一种断层泥本构测定装置及其测定方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种断层泥本构测定装置及其测定方法，包括试验仓和流量显示记录装置，试验仓上设置有用于填入填料的空间、注水口和隧道口，注水口设置于试验仓的上方，隧道口设置于试验仓的侧面，取样口与隧道口的大体处于同一平面内，将断层泥填入试验仓内，通过注水口向试验仓中注入水，使断层泥逐渐发生状态的改变，促使突泥发生，突泥从隧道口流出，流量显示记录装置与隧道口连接或设置于试验仓的下端，通过称取单位时间内的重量差，显示记录突泥的流速。该装置操作简单、组装灵活方便、研究突泥发生过程中断层泥本构关系的变化规律、试验仓透明易于观察整个突泥过程、便于观察分析断层泥状态、本构参数及本构模型的变化规律的试验装置。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术具体涉及一种断层泥本构测定装置及其测定方法。
技术介绍
隧道及地下工程修建穿越断层破碎带过程中，常发生大规模的突水突泥等地质灾害，给隧道施工安全和周边环境带来巨大的威胁，制约着隧道建设的发展。因此，对隧道断层破碎带突水突泥机理等关键科学问题进行研究，具有重大的科学意义和工程应用价值。隧道断层突水突泥机理涉及地质学、地下水动力学、岩体力学以及突变理论等多个学科领域，目前国内外对其机理的研究相对较少，相关领域研究者通过理论研究、数值计算以及模型试验等手段，开展了地下工程突水突泥的一系列研究，取得了多方面的成果，为隧道断层突水突泥机理的研究提供了参考和借鉴。目前国内外关于地下工程突水突泥机理等方面的研究取得了较为丰硕的成果，对理论研究和工程实践具有重要的指导作用。但是仍然存在一定的不足之处：对突水突泥的机理研究主要集中在矿山和岩溶隧道等方面，而对隧道断层突水突泥机理的研究则相对较少；对隧道断层突水突泥的研究主要集中在地质构造因素、地下水运动规律、突水突泥成因以及突水突泥治理措施等方面，尚未深入揭示其突水突泥机理；对隧道断层突水突泥机理的研究多是结合具体工程实践案例进行的，未能很好地将突水突泥各因素有机的结合起来，所得结论常缺乏系统性和规律性，所得研究成果使用范围受到一定的限制。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服上述现有技术的不足，提供了一种断层泥本构测定装置及其测定方法，该装置操作简单、组装灵活方便、研究突泥发生过程中断层泥本构关系的变化规律、试验仓透明易于观察整个突泥过程、便于观察分析断层泥状态、本构参数及本构模型的变化规律的试验装置。为实现上述目的，本专利技术采用下述技术方案：一种断层泥本构测定装置，包括试验仓和流量显示记录装置，试验仓上设置有用于填入填料的空间、注水口和隧道口，注水口设置于试验仓的上方，隧道口设置于试验仓的侧面，取样口与隧道口的大体处于同一平面内，将断层泥填入试验仓内，通过注水口向试验仓中注入水，使断层泥逐渐发生状态的改变，促使突泥发生，突泥从隧道口流出，流量显示记录装置与隧道口连接或设置于试验仓的下端，通过称取单位时间内的重量差，显示记录突泥的流速。加水孔的作用是向装置中注水，从而使装置中的断层泥状态由固态逐渐变为流动状态，即可模拟突泥过程。优选的，所述试验仓为局部透明或全部透明。试验仓透明方便观察试验仓内的断层泥的状态和突泥过程。进一步优选的，所述试验仓由透明的钢化玻璃制备而成。优选的，所述试验仓的顶部还设置有取样口，取样口上设置有控制开关。进一步优选的，控制开关包括旋转控制杆和隔泥圆板，隔泥圆板固定在旋转控制杆的下端，且固定点偏离隔离圆板的圆心，隔泥圆板盖合在取样口上，通过旋转所述旋转控制杆控制隔泥圆板的旋转，进而打开或关闭取样口。在一定的时间间隔下，通过取样口可以取出一定质量的断层泥，采用液塑限仪测定断层泥状态，并采用流变仪对断层泥的粘度、剪切速率、剪应力进行扫描监测，或采用剪应力测定仪对初具流动性的断层泥的剪应力进行测量，从而确定断层泥在半固态、可塑状态、流动状态下的本构方程。优选的，所述试验仓的顶部还设置有加速孔，加速孔与气源连通。通过加速孔向试验仓内通入气体，从而加速断层泥的流动，进而研究断层泥的不同流速下的突泥规律。进一步优选的，所述加速孔上设置的加速管道向下延伸到试验仓的底部。加速孔从试验仓的底部向断层泥中通入气体，可以更好地加速断层泥的流动。优选的，所述流量显示记录装置为台秤，台秤上设置有显示屏，流量显示装置固定在试验仓的底部，流量显示装置通过显示记录试验仓的重量差，确定突泥流速。进一步优选的，试验仓与流量显示装置之间设置有支撑架，支架用于固定试验仓。进一步优选的，所述台秤的下端固定有底座，底座上设置有用于放置取样控制开关把手的支架。优选的，所述流量显示记录装置包括管道、流量传感器和控制系统，控制系统上设置显示记录仪，所述管道与隧道口连通，流量传感器设置于管道的内部，用于感应管道中的突泥的瞬间流量，流量传感器与控制系统连接。优选的，所述试验仓的底部设置有用于增强试验仓强度的交叉支撑肋。上述断层泥本构测定装置的测定方法，包括如下步骤：1)将断层泥装填于试验仓中，使其没过隧道口，通过注水口向试验仓中注水；2)当取样孔底部位置的断层泥开始泥化的时候，连续不间断地进行取样，对样品的参数进行测定，确定断层泥在半固态、可塑状态、流动状态下的本构方程；3)当水加入至一定程度，对隧道口进行开挖过程，促使突泥过程的发生，并用显示记录装置显示记录突泥的流速，研究不同流速下的突泥规律；4)一次试验结束后，改变断层泥的组成成分，重新填料，改变注入水的水温，重复以上步骤研究断层泥组成成分及温度对断层泥状态变化和本构模型的影响。优选的，步骤1)中，向试验仓中注水时，保证其他开口处于关闭状态。优选的，步骤1)中，向试验仓中注水的速度为0-0.6m/s。优选的，步骤1)中，向试验仓中注水的同时，向试验仓中通入气体，以加速突泥过程。优选的，步骤2)中，对样品的参数进行测定的方式为采用液塑限仪测定断层泥状态，并采用流变仪对断层泥的粘度、剪切速率、剪应力进行扫描监测；或采用剪应力测定仪对初具流动性的断层泥的剪应力进行测量。优选的，步骤4)中，注入水的水温范围为20-80℃。本专利技术的有益效果为：1、本专利技术的试验仓能够成功地模拟隧道突泥过程，继而研究突泥发生过程中断层泥本构参数及本构模型的变化规律，为富水断层隧道突水突泥机理的研究提供有效参考依据；2、试验仓为局部透明或全部透明，尤其采用透明钢化玻璃制备而成，能够清晰地观察到断层泥的状态和突泥过程；3、试验仓的密封性好，强度和刚度大，能够承受较大的压力，保证试验台架的稳定性；4、试验仓底部的台秤设实时显示装置，可以实时显示记录重量随时间变化，从而计算出不同时间段突泥过程中突泥物的流速；或将管道与隧道口连通，将突泥导出，并通过管道中的流量传感器记录突泥流速，可以研究不同速度下的突泥规律；5、通过加速孔向试验仓内通入气体，从而加速断层泥的流动；通过开挖扰动隧道促使突泥过程的发生，研究断层泥在不同流速下突泥规律；6、整个装置结构简单，易于组装操作，便于做填料、取料，可以改变断层泥的组成成分重新填料来研究断层泥组成成分对断层泥状态变化及本构模型的影响。附图说明图1为断层泥本构测定装置的结构示意图；其中：1、试验仓，2、托架，3、立柱，4、台秤，5、底座，6、钢架，7、取样孔，8、注水孔，9、加速孔，10、隧道口，11、实时显示装置，12、控制开关。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术进一步说明：实施例1如图1所示，本专利技术的一种断层泥本构测定装置，包括由透明玻璃塑钢制备的试验仓1、不锈钢材质的托架2、不锈钢材质的立柱3、台秤4、底座5、刚架6、液塑限仪和流变仪。试验仓1上设置取样孔7、注水孔8、加速孔9和隧道口10，取样孔7、注水孔8和加速孔9均设置在试验仓1的顶端，试验仓1顶部可打开，用于填料，取样孔7上设控制开关12，方便打开和关闭取样孔，台秤4一侧设实时显示装置11、能够记录重量和时间的数据变化，计算出不同时刻突泥过程中突泥物的流速。一种断层泥本构测定装置的组装及使用方法，包括以下步骤：A.进行试验仓1的加工，预留取样孔7、注水孔8、加速孔9本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种断层泥本构测定装置，其特征在于：包括试验仓和流量显示记录装置，试验仓上设置有用于填入填料的空间、注水口和隧道口，注水口设置于试验仓的上方，隧道口设置于试验仓的侧面，取样口与隧道口的大体处于同一平面内，将断层泥填入试验仓内，通过注水口向试验仓中注入水，使断层泥逐渐发生状态的改变，促使突泥发生，突泥从隧道口流出，流量显示记录装置与隧道口连接或设置于试验仓的下端，通过称取单位时间内的重量差，显示记录突泥的流速。

【技术特征摘要】
1.一种断层泥本构测定装置，其特征在于：包括试验仓和流量显示记录装置，试验仓上设置有用于填入填料的空间、注水口和隧道口，注水口设置于试验仓的上方，隧道口设置于试验仓的侧面，取样口与隧道口的大体处于同一平面内，将断层泥填入试验仓内，通过注水口向试验仓中注入水，使断层泥逐渐发生状态的改变，促使突泥发生，突泥从隧道口流出，流量显示记录装置与隧道口连接或设置于试验仓的下端，通过称取单位时间内的重量差，显示记录突泥的流速。2.根据权利要求1所述的测定装置，其特征在于：所述试验仓为局部透明或全部透明。试验仓透明方便观察试验仓内的断泥层的状态和突泥过程；优选的，所述试验仓由透明的钢化玻璃制备而成。3.根据权利要求1所述的测定装置，其特征在于：所述试验仓的顶部还设置有取样口，取样口上设置有控制开关；优选的，控制开关包括旋转控制杆和隔泥圆板，隔泥圆板固定在旋转控制杆的下端，且固定点偏离隔离圆板的圆心，隔泥圆板盖合在取样口上，通过旋转所述旋转控制杆控制隔泥圆板的旋转，进而打开或关闭取样口。4.根据权利要求1所述的测定装置，其特征在于：所述试验仓的顶部还设置有加速孔，加速孔与气源连通；优选的，所述加速孔所在的加速管道向下延伸到断层泥的下端。5.根据权利要求1所述的测定装置，其特征在于：所述流量显示记录装置为台秤，台秤上设置有显示屏，流量显示装置固定在试验仓的底部，流量显示装置通过显示记录试验仓的重量差，确定突泥流速；优选的，试验仓与流量显示装置之间设置有支撑架，支架用于固定试验仓；优选的，所述台秤的下端固定有底座，底座上设置有用于放置取样控制开关把手的支架。6.根据权利要求1所...

【专利技术属性】
技术研发人员：张乾青，刘善伟，谭英华，张健，成帅，袁永才，陈迪杨，柳尚，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：山东;37