一种用于强-中风化硅质板岩节理裂隙密集区渗流特征的测试装置的制作方法

一种用于强
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中风化硅质板岩节理裂隙密集区渗流特征的测试装置
技术领域
1.本实用新型涉及一种用于强
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中风化硅质板岩节理裂隙密集区渗流特征的测试装置，属于地质灾害防治技术领域。


背景技术：

2.强
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中风化硅质板岩地层是普遍存在的复杂地质软岩体地层，由于该地层具有层理发育、层间胶结差及遇水易软化等典型特点，因此隧道在穿越时极易发生破坏变形，导致隧道开挖断面成型差、初期支护变形大且难以收敛等突出问题，被迫进行大面积钢拱架拆换等，甚至造成较大的经济损失和人员伤亡。节理与裂隙作为岩石中由于地质作用产生的一种地质现象，大规模存在与岩体内部，在隧道开挖过程中经常会遇到穿越节理裂隙密集区，由于节理裂隙密集区围岩强度较低并且针对强
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中风化硅质板岩层理发育、层间胶结差及遇水易软化的特点，发生降雨后节理裂隙密集区内发生渗流，岩石内部含水率升高，节理裂隙密集区围岩强度由于含水率变化进而降低，同时由于水的作用引起除节理裂隙区周边围岩强度降低，影响隧道施工，并降低隧道施工中安全系数。降雨引起的渗流过程会引起土体孔隙水压力、含水率等一系列的改变，不同降雨强度以及降雨时间均会对上述渗流特征产生影响。
3.现有针对降雨情况下渗流过程实验及模拟设备主要是针对于土体进行实验研究，但隧道围岩节理裂隙密集区岩石性质与土体有较大差异。


技术实现要素：

4.本实用新型针对隧道开挖过程中强
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中风化硅质板岩节理裂隙密集区渗流过程中含水率、孔隙水压力变化过程，提出一种用于强
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中风化硅质板岩节理裂隙密集区渗流特征的测试装置，本实用新型可用于研究不同裂隙分布、不同降雨时间、不同隧道倾斜角度以及降雨强度情况下的节理裂隙密集区内部渗流特征。
5.本实用新型为解决其技术问题而采用的技术方案是：
6.一种用于强
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中风化硅质板岩节理裂隙密集区渗流特征的测试装置，包括测试箱体2、支撑装置、数据采集装置和降雨模拟装置，测试箱体2通过支撑装置设置在底座12上，测试箱体2的内侧底部水平设置有透水板4，透水板4与测试箱体2底壁的腔体为水流腔体，测试箱体2的侧壁底端设置有排水口，排水口位于水流腔体的底部，透水板4上填充有土体，数据采集装置的传感器均匀埋设在土体内，降雨模拟装置的喷头15设置在测试箱体2的正上方；
7.所述测试箱体2的侧壁竖直设置有标尺11；
8.所述排水口设置有排水阀3；
9.所述测试箱体2的土体顶端铺设有海绵层7；海绵层7辅助测试箱体2内形成稳定渗流；
10.优选的，海绵层7的高为15～20mm，长为900～1000mm；
11.所述透水板4上均匀开设有若干个透水孔；透水板4可防止大块土颗粒堵塞测试箱体2的排水口，同时便于观察渗流情况；
12.优选的，所述测试箱体2为透明有机玻璃箱体，透水板4为透明有机玻璃板，可便于观察渗流情况；
13.更优选的，测试箱体2的壁厚10～15mm，测试箱体2的长为1000～1100mm、宽为200～250mm、高为500～600mm，透水板4与测试箱体2底板的距离为50～60mm，排水口与测试箱体2底板的距离为10～mm20；透水板4上透水孔的孔径为10～15mm，相邻透水孔的间距为10～15mm；
14.所述数据采集装置包括数据采集仪1、孔隙水压传感器5和含水率传感器6，孔隙水压传感器5和含水率传感器6均通过数据线与数据采集仪1连接，孔隙水压传感器5阵列埋设在土体内，含水率传感器6阵列埋设在土体内；
15.优选的，孔隙水压传感器5的测量范围0～50kpa，精度0.04kpa；含水率传感器6的含水率测量范围0
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100％，精度为0.1％；在铺土过程中，每铺30～40mm土体放置一组传感器，每层土交错排布孔隙水压传感器5和含水率传感器6，孔隙水压传感器5和含水率传感器6两种传感器的横向间距为40～50mm；
16.所述支撑装置包括转动连接装置、液压装置和锁定装置，转动连接装置、液压装置和锁定装置的顶端均与测试箱体2的底端连接，转动连接装置、液压装置和锁定装置的顶端均与底座12固定连接，液压装置位于转动连接装置与锁定装置之间且转动连接装置靠近测试箱体2的排水口；
17.进一步的，所述转动连接装置包括支撑杆i、转动轴承i8和支撑杆ii，支撑杆i的顶端与测试箱体2的底端固定连接，支撑杆ii的底端固定设置在底座12上，支撑杆i的底端通过转动轴承i8与支撑杆ii的顶端转动连接；
18.进一步的，所述液压装置包括液压支撑杆9和转动轴承ii，转动轴承ii的顶端与测试箱体2的底端连接，转动轴承ii的底端与液压支撑杆9的顶端转动连接，液压支撑杆9的底端固定设置在底座12上；
19.优选的，转动轴承ii为半圆形结构；
20.进一步的，所述锁定装置包括支撑杆iii、锁定件10和支撑杆iv，支撑杆iii的顶端与测试箱体2的底端固定连接，支撑杆iv的底端固定设置在底座12上，支撑杆iii的底端设置锁定件10，支撑杆iv的顶端开设有锁定凹槽，锁定件10的活动端插设在锁定凹槽内；
21.所述锁定件10为半圆环结构；
22.所述降雨模拟装置为喷淋系统，包括水箱20、水管19、喷头15和水管封闭装置13，水管19与水箱20底部的出水口连通，水管19延伸至测试箱体2的正上方，与水管19连通的喷头15设置在水管19的下端，水管封闭装置13固定设置在水管19的端头；
23.进一步的，所述水管19上设置有止水阀18、水泵17和电子流量控制器16；
24.优选的，水泵17的最大压力为6kpa，电子流量控制器16的流量控制范围为20
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200ml/min，精度1ml/min；
25.优选的，水管19包括若干段水管节串联组成，相邻水管节之间通过水管连接装置14固定连接；
26.优选的，水管连接装置14为空心管；
27.更优选的，水管节两端外壁均设置有外螺纹，水管连接装置14内设置有内螺纹，水管节的外螺纹与水管连接装置14的内螺纹配合连接。
28.基于强
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中风化硅质板岩节理裂隙密集区渗流特征的测试装置的测试方法，包括以下具体步骤：
29.(1)打开锁定装置的锁定件，通过支撑装置的液压装置调整测试箱体的倾斜角度至预设角度；
30.(2)调节降雨装置至预设高度，并调节降雨装置的流量达到预设降雨强度；
31.(3)依据实地情况在测试箱体内填装强
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中风化硅质板岩节理裂隙密集区岩土体，并在铺土填装过程中，每铺30～40mm土体放置一组传感器，每层土交错排布孔隙水压传感器5和含水率传感器6，孔隙水压传感器5和含水率传感器6两种传感器的横向间距为40～50mm；
32.(4)土体填装完毕后，土体顶端铺设海绵层以辅助测试箱体2内形成稳定渗流；
33.(5)开启降雨装置，对测试箱体内填装的强
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中风化硅质板岩节理裂隙密集区岩土体进行预设强度降雨；
34.(6)降雨过程中土体渗流状态下，通过数据采集装置的含水率传感器和孔隙水压力传感器采集土体不同位置的含水率和不同位置的水压力，并通过标尺观测测试箱体内渗流情况下岩土体中的浸润线变化状态。
35.本实用新型的有益效果：
36.(1)本实用新型可针对隧道开挖过程中强
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中风化硅质板岩节理裂隙密集区渗流过程监测含水率、孔隙水压力变化过程；可通过转动连接装置调整箱体角度用以模拟不同隧道倾斜角度情况下的节理裂隙密集区内部渗流特征；可通过调节降雨模拟装置，调节降雨强度与降雨时间，用以模拟不同降雨时间、不同降雨强度情况下的节理裂隙密集区域内部渗流情况；通过调节填装岩土体过程中岩土体节理分布，用以模拟不同降雨时间、不同降雨强度情况下的节理裂隙密集区域内部渗流情况；
37.(2)本实用新型可通过液压装置、转动装置、锁定装置共同作用，准确控制实验箱倾斜角度，保证整体稳定性、安全性、提高实验精确程度；可通过降雨模拟装置准确控制降雨量，确保复现实际工况中降雨情况；可通过海绵层确保降雨渗流过程均匀且持续。确保复现实际工况中隧道渗流情况；可通过透水板与排水口共同作用，确保实验过程中实验箱底部无积水，复现实际工况中隧道渗流情况；可通过可调节水管与喷头用以搭配模拟不同隧道倾斜角度下降雨情况，确保降雨均匀且稳定。
附图说明
38.图1为强
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中风化硅质板岩节理裂隙密集区渗流特征的测试装置结构图；
39.图2为强
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中风化硅质板岩节理裂隙密集区渗流特征的测试装置倾斜状态结构示意图；
40.图3为支撑装置倾斜主视图；
41.图4为水管与喷头装配图；
42.图5为透水板结构示意图；
43.图中，1
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数据采集仪、2
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测试箱体、3
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排水阀、4
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透水板、5
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孔隙水压传感器、6
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含水率传感器、7
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海绵层、8
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转动轴承i、9
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液压支撑杆、10
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锁定件、11
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标尺、12
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底座、13
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水管封闭装置、14
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水管连接装置、15
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喷头、16
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电子流量控制器、17
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水泵、18
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止水阀、19
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水管、20
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水箱。
具体实施方式
44.下面结合具体实施方式，对本实用新型作进一步说明。
45.实施例1：如图1和2所示，一种用于强
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中风化硅质板岩节理裂隙密集区渗流特征的测试装置，包括测试箱体2、支撑装置、数据采集装置和降雨模拟装置，测试箱体2通过支撑装置设置在底座12上，测试箱体2的内侧底部水平设置有透水板4，透水板4与测试箱体2底壁的腔体为水流腔体，测试箱体2的侧壁底端设置有排水口，排水口位于水流腔体的底部，透水板4上填充有土体，数据采集装置的传感器均匀埋设在土体内，降雨模拟装置的喷头15设置在测试箱体2的正上方；
46.测试箱体2的侧壁竖直设置有标尺11；
47.测试箱体2的土体顶端铺设有海绵层7；
48.数据采集装置包括数据采集仪1、孔隙水压传感器5和含水率传感器6，孔隙水压传感器5和含水率传感器6均通过数据线与数据采集仪1连接，孔隙水压传感器5阵列埋设在土体内，含水率传感器6阵列埋设在土体内；
49.如图3所示，支撑装置包括转动连接装置、液压装置和锁定装置，转动连接装置、液压装置和锁定装置的顶端均与测试箱体2的底端连接，转动连接装置、液压装置和锁定装置的顶端均与底座12固定连接，液压装置位于转动连接装置与锁定装置之间且转动连接装置靠近测试箱体2的排水口；
50.基于强
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中风化硅质板岩节理裂隙密集区渗流特征的测试装置的测试方法，包括以下具体步骤：
51.(1)打开锁定装置的锁定件，通过支撑装置的液压装置调整测试箱体的倾斜角度至预设角度；
52.(2)调节降雨装置至预设高度，并调节降雨装置的流量达到预设降雨强度；
53.(3)依据实地情况在测试箱体内填装强
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中风化硅质板岩节理裂隙密集区岩土体，并在铺土填装过程中，每铺30～40mm土体放置一组传感器，每层土交错排布孔隙水压传感器5和含水率传感器6，孔隙水压传感器5和含水率传感器6两种传感器的横向间距为40～50mm；
54.(4)土体填装完毕后，土体顶端铺设海绵层以辅助测试箱体2内形成稳定渗流；
55.(5)开启降雨装置，对测试箱体内填装的强
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中风化硅质板岩节理裂隙密集区岩土体进行预设强度降雨；
56.(6)降雨过程中土体渗流状态下，通过数据采集装置的含水率传感器和孔隙水压力传感器采集土体不同位置的含水率和不同位置的水压力，并通过标尺观测测试箱体内渗流情况下岩土体中的浸润线变化状态。
57.实施例2：本实施例用于强
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中风化硅质板岩节理裂隙密集区渗流特征的测试装置与实施例1的用于强
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中风化硅质板岩节理裂隙密集区渗流特征的测试装置基本相同，不同
之处在于：排水口设置有排水阀3；海绵层7的高为15～20mm，长为900～1000mm；
58.如图5所示，透水板4上均匀开设有若干个透水孔；透水板4可防止大块土颗粒堵塞测试箱体2的排水口，同时便于观察渗流情况；
59.测试箱体2为透明有机玻璃箱体，透水板4为透明有机玻璃板，可便于观察渗流情况；
60.测试箱体2的壁厚10～15mm，测试箱体2的长为1000～1100mm、宽为200～250mm、高为500～600mm，透水板4与测试箱体2底板的距离为50～60mm，排水口与测试箱体2底板的距离为10～20mm；透水板4上透水孔的孔径为10～15mm，相邻透水孔的间距为10～15mm；
61.数据采集装置包括数据采集仪1、孔隙水压传感器5和含水率传感器6，孔隙水压传感器5和含水率传感器6均通过数据线与数据采集仪1连接，孔隙水压传感器5阵列埋设在土体内，含水率传感器6阵列埋设在土体内；
62.孔隙水压传感器5的测量范围0～50kpa，精度0.04kpa；含水率传感器6的含水率测量范围0
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100％，精度为0.1％；在铺土过程中，每铺30～40mm土体放置一组传感器，每层土交错排布孔隙水压传感器5和含水率传感器6，孔隙水压传感器5和含水率传感器6两种传感器的横向间距为40～50mm；
63.转动连接装置包括支撑杆i、转动轴承i8和支撑杆ii，支撑杆i的顶端与测试箱体2的底端固定连接，支撑杆ii的底端固定设置在底座12上，支撑杆i的底端通过转动轴承i8与支撑杆ii的顶端转动连接；
64.液压装置包括液压支撑杆9和转动轴承ii，转动轴承ii的顶端与测试箱体2的底端连接，转动轴承ii的底端与液压支撑杆9的顶端转动连接，液压支撑杆9的底端固定设置在底座12上；
65.转动轴承ii为半圆形结构；
66.锁定装置包括支撑杆iii、锁定件10和支撑杆iv，支撑杆iii的顶端与测试箱体2的底端固定连接，支撑杆iv的底端固定设置在底座12上，支撑杆iii的底端设置锁定件10，支撑杆iv的顶端开设有锁定凹槽，锁定件10的活动端插设在锁定凹槽内；
67.锁定件10为半圆环结构；
68.降雨模拟装置为喷淋系统，包括水箱20、水管19、喷头15和水管封闭装置13，水管19与水箱20底部的出水口连通，水管19延伸至测试箱体2的正上方，与水管19连通的喷头15设置在水管19的下端，水管封闭装置13固定设置在水管19的端头；
69.水管19上设置有止水阀18、水泵17和电子流量控制器16；
70.水泵17的最大压力为6kpa，电子流量控制器16的流量控制范围为20
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200ml/min，精度1ml/min；
71.水管19包括若干段水管节串联组成，相邻水管节之间通过水管连接装置14固定连接(见图4)；
72.水管连接装置14为空心管；
73.水管节两端外壁均设置有外螺纹，水管连接装置14内设置有内螺纹，水管节的外螺纹与水管连接装置14的内螺纹配合连接。
74.上面结合附图对本实用新型的具体实施例作了详细说明，但是本实用新型并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本实用新型
宗旨的前提下作出各种变化。