一种富水充填型断裂破碎带突水突泥机理试验装置的制作方法

1.本实用新型属于突水突泥试验装置领域，具体是涉及一种富水充填型断裂破碎带突水突泥机理试验装置。


背景技术：

2.随着西南地区经济建设的高速发展，交通网络、水利水电等基础设施在不断完善，将出现越来越多的深埋隧道工程，而西南山区地质条件复杂，深埋隧道工程受高承压水、高地应力、断裂构造威胁，经常遇到突水突泥灾害，给工程建设和人民财产安全带来重大影响。要探究高水压、高地应力及断裂构造控制下隧道发生突水突泥灾变演化机理，需配备相应的试验仪器装置。现有的试验设备主要分为两类：一类是模拟隧道开挖过程的突水突泥试验装置，其中大尺度的试验装置，试验材料制作流程复杂，试验操作不简便；而小尺度的试验装置大多只能在低水压下进行隧道的突水突泥模拟，不能完全符合西南山区复杂的地质特征；另一类是岩石试样的渗透破坏试验装置，虽然这类试验装置能模拟高水压下岩石的破坏过程，但试验仅针对岩样，未能考虑隧道的开挖过程。


技术实现要素：

3.本实用新型的目的在于针对现有技术的不足而提供一种能模拟高水压、高地应力作用且操作简便的小尺度富水充填型断裂破碎带突水突泥机理试验装置。
4.本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的：
5.一种富水充填型断裂破碎带突水突泥机理试验装置，包括试验装置主体、信息监测装置、信息采集装置和压力加载装置，所述信息监测装置用于监测记录破碎带渗流过程中包括但不限于孔隙水压力的变化规律；所述信息采集装置用于采集破碎带渗流过程中包括但不限于孔隙水压力、突水量和突泥量；所述压力加载装置用于为试验装置主体提供压力加载模式；
6.所述试验装置主体包括液压缸、上盖板、压板和箱体，液压缸通过固定座安装在上盖板的顶面上，上盖板安装在箱体上端，上盖板上设有注水口以及供液压缸活塞伸出的孔，上盖板的底面上固定连接有导向柱，压板可上下滑动地套在导向柱上并与伸出上盖板的液压缸活塞的下端固定连接，压板上设有多个供水通过的通孔；充填介质分层装在箱体中，箱体的侧壁上设有开挖口，开挖口处连接有具有开挖通道及端口密封盖的开挖头，箱体的底部设有排水口；
7.所述信息监测装置包括孔隙水压力传感器，孔隙水压力传感器埋设于充填介质中，并通过电缆与信息采集装置连接。
8.进一步地，所述信息采集装置包括信息采集模块、计算机、电子秤和收集容器，所述信息采集模块同时与计算机和孔隙水压力传感器连接，用于采集试验过程中孔隙水压力变化数据，所述电子秤及放置在电子秤上的收集容器设于箱体排水口的下方，用于采集试验过程中泥水混合物质量，分离混合物后，获得突水质量(mw)与突泥质量(mn)，
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其中，qw为突水量；qn为突泥量；ρw为水的密度；ρn试验充填介质密度。
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试验开始前，将收集容器放置在电子秤上进行称重清零校正；试验过程中，泥水混合物落入收集容器中，每隔10s记录一次电子秤读数，并及时分离桶中混合物、记录、处理、分析数据。
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进一步地，所述压力加载装置包括水箱和水泵，水箱和水泵为试验装置主体提供定压力加载模式，水箱和水泵与液压缸结合为试验装置主体提供变压力加载模式。
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进一步地，所述液压缸通过手动泵加压。
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进一步地，所述箱体的一侧设有可视窗。
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进一步地，箱体底部的端面从边缘至中心逐渐向下倾斜，中心位置最低，以方便水从排水口流出。
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进一步地，所述箱体的底部设有透水毛毡。
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本实用新型采用恒压水泵能模拟高水压且可实现良好的稳压效果；采用液压泵垂向加压可模拟真实情况地应力；采用设置的开挖头可实现开挖和密封，本实用新型操作简单，密封性好，可用于开挖与未开挖多种富水充填型断裂构造突水突泥试验。
附图说明
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图1为本实用新型的结构示意图。
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图2为试验装置主体的结构示意图。
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图中标记：1—液压缸 2—固定座 3—高强度螺栓 4—注水口 5—上盖板 6—导向柱 7—压板 8—箱体 9—可视窗 10—排水口 11—开挖头 12—恒压水泵 13—水箱 14—信息采集模块 15—计算机 16—收集容器 17—电子秤 18—孔隙水压力传感器 19—透水毛毡
具体实施方式
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如图1～图2所示，本实施例提供的富水充填型断裂破碎带突水突泥机理试验装置包括试验装置主体、恒压水泵12、水箱13、信息采集模块14、计算机15和孔隙水压力传感器18，所述信息采集模块14与计算机15连接，所述孔隙水压力传感器18埋设于充填介质中并通过电缆与信息采集模块14连接，所述恒压水泵12与水箱13连接并通过高压水管与上盖板5上的注水口4连通。
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所述试验装置主体包括液压缸1、固定座2、高强度螺栓3、上盖板5、导向柱6、压板7和箱体8，充填介质分层装在箱体8中，液压缸1通过固定座2安装在上盖板5的顶面上，液压缸1通过手动泵加压。所述上盖板5通过多个高强度螺栓3安装在箱体8的上端，上盖板5上设有注水口4以及供液压缸1的活塞伸出的孔，上盖板5的底面上固定连接有导向柱6，压板7可上下滑动地套在导向柱6上并与伸出上盖板5的液压缸活塞的下端固定连接，压板7上设有多个供水通过的通孔，箱体8的侧壁上设有开挖口，开挖口处连接有具有开挖通道及端口密
封盖的开挖头11，孔隙水压力传感器18的电缆穿过开挖头11后与信息采集模块14连接，箱体8的底面设有排水口10，排水口10安装有流量计，排水口10的下方设有收集容器16和电子秤17，收集容器16放置在电子秤17上，分离收集容器16采集到的泥水混合物，获得突水质量(mw)与突泥质量(mn)，
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其中，qw为突水量；qn为突泥量；ρw为水的密度；ρn试验充填介质密度。
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本实用新型通过恒压水泵12和水箱13可以为试验装置主体提供定压力加载模式，通过液压缸1、恒压水泵12和水箱13可以为试验装置主体提供变压力加载模式。
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本实施例中箱体8的一个侧面上设有可视窗9，箱体8底部的端面从边缘至中心逐渐向下倾斜，中心位置最低，以方便水从排水口10流出。箱体8的底部设有透水毛毡19，透水毛毡19允许水流和颗粒通过，骨架不能通过。
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本实用新型的试验步骤是：
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(1)设置断层带宽度，将隔板放入箱体8内，再将相似材料的充填介质分层填入箱体8中，并将孔隙水压力传感器18埋入，然后将孔隙水压力传感器18的电缆穿过开挖头11后与信息采集模块14连接，最后用高强度螺栓3将上盖板5与箱体8紧固连接；
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(2)通过高压水管路将恒压水泵12与注水口4连接，调节恒压水泵12，向箱体8中注入稳定压力的水源；
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(3)调节手动泵，向箱体8中注入稳定的垂向应力；
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(4)调节水压和手动泵压力模拟未开挖断裂构造突水突泥过程；调节水压、手动泵压力、以及开挖充填介质模拟开挖断裂构造突水突泥过程；
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试验过程中，用收集容器16和电子秤17每隔10s记录一次突水量，埋设于在充填介质中的孔隙水压力传感器18将采集到的数据传输给信息采集模块14，再由信息采集模块14传送给计算机15，计算机15通过软件计算后将孔隙水压力数据实时显示在计算机15的屏幕上，从而实现突水水压自动监测。
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以上所述仅是本实用新型优选的实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何基于本实用新型所提供的技术方案和发明构思进行的改造和替换都应涵盖在本实用新型的保护范围内。