一種可循環(huán)粗糙裂隙高速滲流試驗(yàn)裝置

1、說(shuō)明書(shū)摘要本發(fā)明公開(kāi)了一種可循環(huán)粗糙裂隙高速滲流試驗(yàn)裝置，是由裂隙試件主體部分、供壓系統(tǒng)、流量調(diào)節(jié)系統(tǒng)、緩水穩(wěn)壓系統(tǒng)、引流固定系統(tǒng)、壓力測(cè)量系統(tǒng)、流量測(cè)量系統(tǒng)所組成。其特征是：試驗(yàn)過(guò)程中水流由增壓泵獲得高水壓水頭，水流通過(guò)裂隙后流入上水槽，然后通過(guò)三角堰流入下水槽，實(shí)現(xiàn)循環(huán)水流效果；在裂隙上、中、下游安裝精密水壓傳感器測(cè)量三點(diǎn)處的水壓，解決裂隙過(guò)流水壓差測(cè)量問(wèn)題；粗糙裂隙兩測(cè)預(yù)留光滑平槽，通過(guò)更換標(biāo)準(zhǔn)厚度橡膠墊片，解決裂隙開(kāi)度調(diào)整問(wèn)題；粗糙裂隙進(jìn)出水口位置分別安裝端帽，端帽開(kāi)水平縫，兩個(gè)端帽通過(guò)長(zhǎng)螺桿拉緊固定，解決了引流和密封的問(wèn)題；利用水位測(cè)針讀取上水槽水面高度，通過(guò)三角堰流量計(jì)算公式計(jì)算流

2、量，解決了試驗(yàn)過(guò)程中流速較大流量不易測(cè)量問(wèn)題。摘要附圖權(quán)利要求書(shū)1、一種可循環(huán)粗糙裂隙高速滲流試驗(yàn)裝置，是由裂隙試件主體部分、供壓系統(tǒng)、流量調(diào)節(jié)系統(tǒng)、緩水紊壓系統(tǒng)、固定引流系統(tǒng)、壓力測(cè)量系統(tǒng)、流量測(cè)量系統(tǒng)所組成。其特征是：試驗(yàn)過(guò)程中下水槽（1）中水流由增壓泵（2）獲得高水壓水頭，調(diào)壓閥門(mén)（3）調(diào)節(jié)水流流量，水流通過(guò)裂隙主體試件（7）后流入上水槽（8），然后水流通過(guò)溢流三角堰（9）流入下水槽，實(shí)現(xiàn)循環(huán)水流效果；在裂隙主體（7）上、中、下游安裝精密水壓傳感器（6）測(cè)量三點(diǎn)處的水壓，通過(guò)計(jì)算獲得裂隙過(guò)流水壓差，更進(jìn)一步計(jì)算得到水力梯度；粗糙裂隙兩測(cè)預(yù)留光滑平槽，通過(guò)更換標(biāo)準(zhǔn)厚度橡膠墊片，進(jìn)行裂隙開(kāi)度

3、調(diào)節(jié)，研究裂隙開(kāi)度對(duì)滲流特性的影響；粗糙裂隙進(jìn)出水口位置分別安裝端帽（5），端帽開(kāi)水平縫，引導(dǎo)水流進(jìn)入裂隙，兩個(gè)端帽內(nèi)墊密封墊圈，通過(guò)長(zhǎng)螺桿拉緊固定達(dá)到不滲水目的；通過(guò)水位測(cè)針讀取三角堰（9）上水槽水位高度，利用三角堰流量計(jì)算公式計(jì)算流量大小。2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可循環(huán)粗糙裂隙高速滲流試驗(yàn)裝置，其特征是，試驗(yàn)過(guò)程中水流實(shí)現(xiàn)自循環(huán)，不用額外供水。3、根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可循環(huán)粗糙裂隙高速滲流試驗(yàn)裝置，其特征是，通過(guò)增加緩水箱（4）實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定水流的目的，使水壓力傳感器獲得較穩(wěn)定的水壓值。4、根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可循環(huán)粗糙裂隙高速滲流試驗(yàn)裝置，其特征是，可以通過(guò)更換不同厚度的標(biāo)準(zhǔn)厚度橡

4、膠墊片實(shí)現(xiàn)裂隙開(kāi)度的調(diào)節(jié)。5、根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可循環(huán)粗糙裂隙高速滲流試驗(yàn)裝置，其特征是，通過(guò)增加裂隙兩端開(kāi)有水平縫的出入水口端帽（5）實(shí)現(xiàn)水流引流、固定、密封的目的。說(shuō)明書(shū)一種可循環(huán)粗糙裂隙高速滲流試驗(yàn)裝置技術(shù)領(lǐng)域本發(fā)明屬于土木工程技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種可循環(huán)粗糙裂隙高速滲流試驗(yàn)裝置。背景技術(shù)我國(guó)西南地區(qū)水電資源豐富，是國(guó)家未來(lái)一段時(shí)間大規(guī)模開(kāi)發(fā)的重點(diǎn)，域內(nèi)多高山峽谷，喀斯特地貌分布廣泛，深部巖體中裂隙較發(fā)育，工程建設(shè)過(guò)程中多次發(fā)生高壓隱伏水突水突泥事故。如何解決巖溶地區(qū)含高壓隱伏水體深部裂隙巖體地層中修建大型水電隧洞工程中遇到的突水災(zāi)害問(wèn)題，成為我國(guó)水電及巖土工程領(lǐng)域的迫切問(wèn)題。巖體

5、的天然裂隙結(jié)構(gòu)與滲流行為異常復(fù)雜，巖體裂隙滲流機(jī)制與定量描述一直是巖土、礦業(yè)、地質(zhì)、石油及天然氣工程高度關(guān)注的難點(diǎn)問(wèn)題。在以往的工程實(shí)踐中，大多采用線性達(dá)西滲流定律計(jì)算巖體突水量。然而大量科學(xué)試驗(yàn)和工程實(shí)例表明，特定條件下巖體裂隙中的滲流已經(jīng)不再遵循達(dá)西定律，呈一種非線性運(yùn)動(dòng)規(guī)律，此時(shí)如仍采用線性達(dá)西定律進(jìn)行突涌水量的預(yù)測(cè)，必然存在較大誤差，目前巖體滲流力學(xué)對(duì)于粗糙裂隙高速滲流特性的研究較少，還沒(méi)有統(tǒng)一的準(zhǔn)則來(lái)描述粗糙裂隙非達(dá)西流水力性質(zhì)。如能通過(guò)試驗(yàn)來(lái)模擬粗糙巖體裂隙高速非達(dá)西滲流的運(yùn)動(dòng)，則將為研究巖體裂隙高速非達(dá)西滲流運(yùn)動(dòng)規(guī)律提供強(qiáng)有力的支持。本發(fā)明之前，對(duì)巖體裂隙滲流的研究分為理論研究、

6、室內(nèi)試驗(yàn)以及數(shù)值試驗(yàn)研究，由于巖體高速非達(dá)西滲流特性較復(fù)雜，目前開(kāi)展的研究較少尤其試驗(yàn)研究較少，分析原因主要是試驗(yàn)條件要求較為苛刻，以往的高速非達(dá)西滲流研究主要是在高壓三軸滲流試驗(yàn)儀及其他進(jìn)口測(cè)試儀器上完成，可以獲得較好的試驗(yàn)效果，但是高壓三軸滲流試驗(yàn)儀試驗(yàn)主要是分析應(yīng)力應(yīng)變對(duì)裂隙滲流特性的影響，難以控制裂隙開(kāi)度的變化，因此無(wú)法開(kāi)展裂隙開(kāi)度對(duì)滲流特性的影響，并且由于傳統(tǒng)高壓三軸滲流試驗(yàn)儀對(duì)試件尺寸規(guī)格要求較高，加工難度大，滲徑長(zhǎng)度較短，局限性較大。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的就在于克服現(xiàn)有技術(shù)不足，提供一種準(zhǔn)確便捷的、能真實(shí)準(zhǔn)確反映粗糙巖體裂隙高速滲流過(guò)程的一種可循環(huán)粗糙裂隙高速滲流試驗(yàn)裝置。儲(chǔ)水槽下

7、水槽中的水通過(guò)增壓泵獲得高水壓水頭，利用精密調(diào)壓閥門(mén)調(diào)節(jié)入水流量進(jìn)入緩水箱，穩(wěn)定的水流通過(guò)端帽進(jìn)入水平粗糙裂隙，在裂隙上、中、下游預(yù)埋測(cè)孔處安裝精密水壓傳感器，測(cè)量裂隙各測(cè)點(diǎn)處水流的壓力，通過(guò)計(jì)算求得壓力差和水力梯度，水流流過(guò)裂隙通過(guò)導(dǎo)管引入流量測(cè)量槽上水槽，上水槽與下水槽之間由直角三角堰隔開(kāi)，利用三角堰溢流原理，通過(guò)讀取三角堰上水槽水位高度，可以計(jì)算出水流流量及流速，一組試驗(yàn)完畢后，更換裂隙內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)橡膠墊片厚度，實(shí)現(xiàn)裂隙開(kāi)度調(diào)節(jié)的目的。本發(fā)明一種可循環(huán)粗糙裂隙高速滲流試驗(yàn)裝置，其特征是：試驗(yàn)過(guò)程中利用增壓泵使水流獲得高水壓水頭，改變以往通過(guò)提高水箱高度增加水壓的方法；粗糙裂隙進(jìn)出水口位置分別安

8、裝端帽，端帽開(kāi)水平縫，兩個(gè)端帽通過(guò)長(zhǎng)螺桿拉緊固定，引流流入裂隙；水流通過(guò)裂隙后流入上水槽，然后通過(guò)三角堰流回下水槽，可以實(shí)現(xiàn)水流自循環(huán)效果；在裂隙上、中、下游安裝精密水壓傳感器測(cè)量三點(diǎn)處的水壓，計(jì)算獲得裂隙過(guò)流水壓差和水力梯度；粗糙裂隙兩測(cè)預(yù)留光滑平槽，通過(guò)更換標(biāo)準(zhǔn)厚度橡膠墊片，調(diào)整裂隙開(kāi)度，研究裂隙開(kāi)度對(duì)滲流特性的影響；利用水位測(cè)針讀取上水槽水面高度，通過(guò)三角堰流量計(jì)算公式計(jì)算流量，解決流量測(cè)量問(wèn)題。一種可循環(huán)粗糙裂隙高速滲流試驗(yàn)裝置包括以下技術(shù)步驟：1、試驗(yàn)開(kāi)始前，先制備試驗(yàn)的粗糙裂隙試件； 2、準(zhǔn)備好不同標(biāo)準(zhǔn)厚度的橡膠墊片；3、橡膠墊片安放：安放在試件兩側(cè)平槽中，以形成相應(yīng)要求的裂隙開(kāi)度

9、，然后用管夾將上下試件固定，并用螺栓擰緊以防漏水和水壓破壞；4、裂隙開(kāi)度測(cè)量：完成試件和墊片的安裝后，此時(shí)再次用游標(biāo)卡尺對(duì)裂隙寬度進(jìn)行多點(diǎn)測(cè)量取平均值；5、裂隙密封操作：在進(jìn)水口端帽和出水口端帽中也各涂抹上玻璃膠，墊入防水墊圈，以達(dá)到密封時(shí)不透水的目的；6、安裝端帽操作：將試件裝入進(jìn)水口端帽中，蓋上出水口端帽，穿入四根長(zhǎng)螺桿進(jìn)行固定，前后用螺帽擰緊固定；7、密封性檢查：連接進(jìn)水水管和出水管，先驗(yàn)證試驗(yàn)裝置的密封性是否滿足要求，若不滿足則用快干密封膠進(jìn)行補(bǔ)救措施；8、試驗(yàn)操作及讀取數(shù)據(jù)：密封性滿足要求后將調(diào)壓閥門(mén)從小到大進(jìn)行調(diào)節(jié)，待上游數(shù)顯計(jì)指數(shù)發(fā)生變化時(shí)，等待一段時(shí)間，等三角堰上游水位穩(wěn)定再讀

10、取水位測(cè)針讀數(shù)，并記錄水壓傳感器上中下游讀數(shù)和測(cè)針讀數(shù)；9、完成一組試驗(yàn)數(shù)據(jù)的測(cè)量后，卸下水泥裂隙試件，更換橡膠墊片重復(fù)步驟38，進(jìn)行下一裂隙開(kāi)度的試驗(yàn)數(shù)據(jù)的測(cè)量；10、完成所有開(kāi)度試驗(yàn)數(shù)據(jù)的測(cè)量后，卸下水泥裂隙試件，進(jìn)行下一試件的試驗(yàn)數(shù)據(jù)的測(cè)量；11、重復(fù)試驗(yàn)步驟210的操作，直至完成所有裂隙試件的測(cè)量為止；12、所有試驗(yàn)完成后，卸下裂隙試件和試驗(yàn)裝置，歸置好所有試驗(yàn)用具。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和效果在于：（1）試驗(yàn)裝置利用增壓泵使水流獲得高水壓水頭，提高了傳統(tǒng)試驗(yàn)所能達(dá)到的水壓值，本發(fā)明克服了以往通過(guò)提高水箱高度增加水壓的方法面臨的局限性，避免了室內(nèi)增壓等繁瑣過(guò)程，使進(jìn)行高水壓滲流試驗(yàn)成為可能。（2

11、）試驗(yàn)裝置中粗糙裂隙進(jìn)出水口位置分別安裝了自制的圓形端帽，端帽開(kāi)水平縫，可以引導(dǎo)水流流入裂隙和流出裂隙，兩個(gè)端帽內(nèi)墊防水墊層，通過(guò)長(zhǎng)螺桿拉緊固定，解決了以往試驗(yàn)中密封效果不好的問(wèn)題，保障試驗(yàn)順利進(jìn)行。（3）試驗(yàn)裝置在試驗(yàn)過(guò)程中水流通過(guò)裂隙后流入上水槽，然后通過(guò)三角堰流回下水槽，可以實(shí)現(xiàn)水流自循環(huán)效果，解決以往進(jìn)行高水壓滲流試驗(yàn)需隨時(shí)額外供水的問(wèn)題，提高了試驗(yàn)效率，節(jié)約了研究成本。（4）試驗(yàn)裝置在壓力測(cè)量方面進(jìn)行創(chuàng)新，在裂隙上、中、下游安裝精密水壓傳感器測(cè)量三點(diǎn)處的水壓，以此來(lái)計(jì)算獲得裂隙過(guò)流水壓差和水力梯度，獲得的壓力值精確穩(wěn)定，提高了試驗(yàn)的精度。（5）試驗(yàn)裝置通過(guò)在粗糙裂隙試驗(yàn)試件兩測(cè)預(yù)留光

12、滑平槽，通過(guò)更換標(biāo)準(zhǔn)厚度橡膠墊片，調(diào)整裂隙開(kāi)度，可以進(jìn)行裂隙開(kāi)度對(duì)滲流特性影響的研究；（6）由于進(jìn)行高水壓裂隙滲流試驗(yàn)，試驗(yàn)過(guò)程中水流速度較快，流量較大，傳統(tǒng)體積法進(jìn)行流量測(cè)量不現(xiàn)實(shí)，利用三角堰溢流原理，通過(guò)三角堰流量計(jì)算公式計(jì)算流量，可以獲得較為準(zhǔn)確的流量瞬時(shí)值。本發(fā)明工序簡(jiǎn)明，在流體動(dòng)力學(xué)的基礎(chǔ)上，基于以往高速裂隙滲流試驗(yàn)理論研究成果，發(fā)明了一種較為簡(jiǎn)單的高水壓粗糙裂隙滲流試驗(yàn)裝置，裝置組裝操作方便、計(jì)算簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)高效，可以保證試驗(yàn)順利進(jìn)行。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和效果還將在具體實(shí)施方式中進(jìn)一步描述。附圖說(shuō)明：本發(fā)明附圖是一種可循環(huán)粗糙裂隙高速滲流試驗(yàn)裝置結(jié)構(gòu)圖。本發(fā)明的保護(hù)范圍并不以具體實(shí)施方式為

13、限，而是由權(quán)利要求加以限定。具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例進(jìn)一步闡述本發(fā)明。如圖所示：下水槽1、增壓泵2、調(diào)壓閥門(mén)3、緩水箱4、出入水口端帽5、精密水壓傳感器6、裂隙主體7、上水槽8、三角堰9。本發(fā)明實(shí)施的具體技術(shù)步驟包括： 步驟1，試驗(yàn)開(kāi)始前，先制備試驗(yàn)的粗糙裂隙試件，確保用于試驗(yàn)的水泥裂隙試件已經(jīng)養(yǎng)護(hù)28天，水泥試塊強(qiáng)度至少達(dá)到70%； 步驟2，提前準(zhǔn)備好不同標(biāo)準(zhǔn)厚度的橡膠墊片，以標(biāo)準(zhǔn)厚度的橡膠墊片使裂隙形成一定的開(kāi)度，在裂隙試件兩側(cè)平槽和橡膠墊片上分別涂抹一層薄薄的玻璃膠，以達(dá)到較好的密封效果；步驟3，橡膠墊片安放：將標(biāo)準(zhǔn)厚度橡膠墊片安放在試件兩側(cè)平槽中，合上水泥試件的上下面，以形

14、成相應(yīng)要求的裂隙開(kāi)度，然后用管夾將上下試件固定，并用螺栓擰緊以防漏水和水壓破壞；步驟4，裂隙開(kāi)度測(cè)量：完成試件和墊片的安裝后，此時(shí)再次用游標(biāo)卡尺對(duì)裂隙寬度進(jìn)行多點(diǎn)測(cè)量取平均值，并記錄下來(lái)作為最終的裂隙寬度，此時(shí)裂隙主體部分7制成；步驟5，裂隙密封操作：在進(jìn)水口端帽和出水口端帽中也各涂抹上玻璃膠，墊入防水墊圈，以達(dá)到密封時(shí)不透水的目的；步驟6，安裝端帽5操作：將試件裝入進(jìn)水口端帽中，蓋上出水口端帽，穿入四根長(zhǎng)螺桿進(jìn)行固定，前后用螺帽擰緊固定，將水壓力傳感器6安裝在裂隙上測(cè)點(diǎn)位置；步驟7，連接進(jìn)水水管和出水管，再次檢查各管夾和螺栓是否固定緊，打開(kāi)增壓泵2電源開(kāi)關(guān)，用調(diào)壓閥門(mén)3從小到大調(diào)節(jié)水泵流量，打開(kāi)緩水箱4排氣閥排出緩水箱內(nèi)空氣，先驗(yàn)證試驗(yàn)裝置的密封性是否滿足要求，若不滿足則用快干密封膠進(jìn)行補(bǔ)救措施；步驟8，試驗(yàn)操作及讀取數(shù)據(jù)：密封性滿足要求后將調(diào)壓閥門(mén)3從小到大進(jìn)行調(diào)節(jié)，待上游測(cè)壓孔傳感器6數(shù)顯計(jì)指數(shù)發(fā)生變化時(shí)，等待一段時(shí)間，等上水槽8水位穩(wěn)定后再讀取水位測(cè)針讀數(shù)，并記錄水壓傳感器6上中下游讀數(shù)和測(cè)針讀數(shù)，利用三角堰