一种柱状节理岩体渗流试验装置及制作方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种柱状节理岩体渗流试验装置，包括壳体，在壳体的两端分别设有进水装置和出水装置，在进水装置和出水装置之间放置有试件，所述进水装置和出水装置与试件之间分别设有圆砾层，所述进水装置与高压供水系统连接，所述壳体外设有自动拍照系统和同位素追踪系统，在试样内布设有微型传感器，微型传感器与孔隙水压力数据采集系统连接；所述高压供水系统通过进水装置向试件中供水，高压供水系统所供的水中放入了含染色剂的同位素化学试液。本发明专利技术可实现柱状节理渗流路径、流量、孔隙水压与水力耦合行为可视化、动态化、宏细观研究，可为柱状节理岩体地区坝基工程、边坡工程与引水隧洞工程等领域各向异性渗流行为研究提供可靠的方法支撑。

Column jointed rock mass seepage test device and manufacturing method thereof

The invention discloses a device, a jointed rock mass seepage test column comprises a shell, a water inlet device and a water outlet device are respectively arranged at both ends of the shell body, between the water inlet device and a water outlet device placed in specimen, the water inlet device and a water outlet device and the test piece is respectively arranged between the gravel layer, the water inlet device with high pressure the water supply system is connected, the shell is provided with an automatic camera system and isotope tracing system, micro sensor is arranged in a sample is, the sensor is connected with the micro pore water pressure data acquisition system; the high pressure water supply system to supply water to the specimen through the water inlet device, a high-pressure water supply system for water into a solution containing isotope chemistry staining agent. The invention can realize the columnar jointed seepage path, flow rate, pore water pressure and hydraulic coupling behavior visualization, dynamic, macro and micro research, can provide research support reliable method for dam foundation engineering, columnar jointed rock mass in slope engineering and tunnel engineering anisotropic seepage behavior.

【技术实现步骤摘要】
一种柱状节理岩体渗流试验装置及制作方法
本专利技术涉及柱状节理岩体渗流试验装置及制作方法，属于岩体力学、渗流力学、化学与界面力学等多学科的交叉领域。
技术介绍
柱状节理岩体作为一种特殊结构性的岩体，除了具有非连续性、均质性、非线性特征外，还具有强烈的几何各向异性和强界面透水性之特点。柱状节理岩体力学性质复杂，却缺乏实际适用的本构关系及参数分析方法，已成为水电工程主要的岩石力学问题之一，因此对断续柱状节理岩体进行各向异性、非线性渗流特征研究具有重大的理论与实际价值。柱状节理岩体不同于层状、裂隙节理岩体，因此它们各自的渗流特征也不近相同，关于柱状节理岩体渗流特征当下研究很少。岩石力学试验主要包括现场试验与室内试验，原位试验受环境因素影响大且经济性较差，国内学者基于室内模型试验对柱状节理岩体力学行为开展了一系列有益研究，但针对柱状节理各向异性、非线性特性的室内模型试验较少。在室内采用相似材料研究岩体水力学行为时，应基于相似原理制作与原型相似的材料，常用模拟岩石材料主要有石膏类材料、松香油酒精类材料、水泥砂浆材料、树脂类透明岩石材料等。
技术实现思路
专利技术目的：为了克服现有技术中存在的不足，本专利技术提供一种柱状节理岩体渗流试验装置及制作方法，可实现柱状节理渗流路径、流量、孔隙水压与水力耦合行为可视化、动态化、宏细观研究，可为柱状节理岩体地区坝基工程、边坡工程与引水隧洞工程等领域各向异性渗流行为研究提供可靠的方法支撑。技术方案：为实现上述目的，本专利技术的柱状节理岩体渗流试验装置，包括壳体，在壳体的两端分别设有进水装置和出水装置，在进水装置和出水装置之间放置有试件，所述进水装置和出水装置与试件之间分别设有圆砾层，所述进水装置与高压供水系统连接，所述壳体为透明材质制作，所述壳体外设有自动拍照系统和同位素追踪系统，在试样内布设有微型传感器，微型传感器与孔隙水压力数据采集系统连接；所述高压供水系统通过进水装置向试件中供水，高压供水系统所供的水中放入了含染色剂的同位素化学试液，自动拍照系统、同位素追踪系统和孔隙水压力数据采集系统同时与控制器连接。作为优选，所述试样的原料包含水泥、砂、水和消泡液，各组分的质量比为水泥：砂：水：消泡液＝2：1：0.8：0.04。一种上述的柱状节理岩体渗流试验装置的制作方法，包括以下步骤：(1)试样制作：a、模具制作：制作四周侧板、两块隔板、底座，四周侧板与隔板高度为105mm，由于底板刻槽可使侧板和隔板可插入底座内5mm，利用四周侧板和底座组成一个整体，在底座上安装两个隔板，分隔为三个腔体，拼接完成的模具在长边两侧通过四个长螺栓固定形成一个统一整体；b、在三个腔体中分别插入纵横交错的钢板，制备四棱柱、五棱柱与六棱柱，形成柱状节理网络；c、按质量比为水泥：砂：水：消泡液＝2：1：0.8：0.04均匀振捣拌合后浇铸到三个腔体中，采用微型振捣棒对单柱浇注体进行振捣，浇铸完成后常温常湿度养护；d、浇铸后试件养护8小时将高硬度不锈钢板组成的柱状节理网络拔出；e、按质量比为细砂：石膏：白水泥：水＝2：1：0.5：(1～1.5)均匀振捣拌合后灌注到柱状节理网络中，根据不同的节理充填程度，确定所需灌入柱状节理网络的材料质量，并在柱状节理网络中埋设微型传感器，养护24小时候后拆模形成单柱为四棱柱、或五棱柱或六棱柱中的一种或几种形状组合的立方体试样，拆模后养护28天用于渗流试验；(2)将试件放入到壳体内，在试件的两端放置圆砾层，在壳体上盖上透明的盖板，在壳体的两端放置进水装置和出水装置，进水装置与高压供水系统连接；(3)在壳体的周围布置自动拍照系统和同位素追踪系统；(4)高压供水系统实现0～1MPa梯度水压供给，自动拍照系统实现0.1～1s间隔拍照功能，同位素追踪系统实现全行程、全覆盖同位素示踪。作为优选，所述步骤(4)中，试验初始阶段，高压供水系统提供低于100kPa低压纯净水，在渗透水压的作用下节理充填物会慢慢失去粘结强度而从出水口流失。作为优选，所述步骤(4)中，当出水口流出物逐渐变清至流量稳定时，将染色剂与同位素掺入到纯净水中。作为优选，所述步骤(a)中，四周侧板和隔板上设有刻槽，刻槽深度为5mm有益效果：与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：(1)该方法简单可靠、经济效益高。克服了原位试验受环境影响大、经济性差的弊端，室内模型试验可做操作性强、可重复性高，试验结果离散性较小，因此更加可靠；(2)该方法结合了最新的图像处理、同位素示踪与元器件尺寸优化等技术，可实现柱状节理渗流路径、流量、孔隙水压与水力耦合行为可视化、动态化、宏细观研究；(3)该方法弥补了国内外关于柱状节理岩体各向异性、非线性渗流特征研究的不足，且该方法可验证各种相似岩石材料与充填节理材料、单柱形状与尺寸、界面粗糙度等对渗流特征的影响，系统性强；(4)该方法可为柱状节理岩体地区坝基工程、边坡工程与引水隧洞工程等领域各向异性渗流行为研究提供可靠的方法支撑。附图说明图1为本专利技术的三维示意图。图2为本专利技术的内部结构示意图。图3为制备试件的模具示意图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作更进一步的说明。如图1至图3所示，本专利技术的柱状节理岩体渗流试验装置，包括壳体7，在壳体7的两端分别设有进水装置2和出水装置5，在进水装置2和出水装置5之间放置有试件4，所述试样的原料包含水泥、砂、水和消泡液，各组分的质量比为水泥：砂：水：消泡液＝2：1：0.8：0.04，所述进水装置2和出水装置5与试件4之间分别设有圆砾层3，所述进水装置2与高压供水系统16连接，所述出水装置5与流量计量系统连接，所述壳体7为透明材质制作，所述壳体7外设有自动拍照系统和同位素追踪系统15，在试样内布设有微型传感器，微型传感器与孔隙水压力数据采集系统16连接；所述高压供水系统16通过进水装置2向试件4中供水，高压供水系统16所供的水中放入了含染色剂的同位素化学试液，自动拍照系统、同位素追踪系统15和孔隙水压力数据采集系统16同时与控制器连接。一种上述的柱状节理岩体渗流试验装置的制作方法，包括以下步骤：(1)试样制作：a、模具制作：制作四周侧板8、10、两块隔板9、底座11，各个板的厚度为3cm，四周侧板与隔板9高度为105mm，由于底板刻槽可使侧板和隔板9可插入底座内5mm，由于底板刻槽可使侧板、隔板9可插入底座内5mm，在底座上安装两个隔板9，分隔为三个腔体，拼接完成的模具在长边两侧通过四个长螺栓13固定形成一个统一整体；b、在三个腔体中分别插入纵横交错的厚度为1.5mm高硬度不锈钢板，制备单柱边长为2cm的四棱柱、五棱柱与六棱柱，形成柱状节理网络12；c、按质量比为水泥：砂：水：消泡液＝2：1：0.8：0.04均匀振捣拌合后浇铸到三个腔体中，分别制备单柱边长为2cm四棱柱、五棱柱与六棱柱等的类柱状节理岩体立方型试件4，采用微型振捣棒对单柱浇注体进行振捣，浇铸完成后常温常湿度养护；d、浇铸后试件4养护8小时将高硬度不锈钢板组成的柱状节理网络12拔出；e、按质量比为细砂：石膏：白水泥：水＝2：1：0.5：(1～1.5)均匀振捣拌合后灌注到柱状节理网络12中，根据不同的节理充填程度，确定所需灌入柱状节理网络12的材料质。并在柱状节理网络12中埋设微型传感器，养护24小时候拆模形成单柱边长本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种柱状节理岩体渗流试验装置，其特征在于：包括壳体，在壳体的两端分别设有进水装置和出水装置，在进水装置和出水装置之间放置有试件，所述进水装置和出水装置与试件之间分别设有圆砾层，所述进水装置与高压供水系统连接，所述壳体为透明材质制作，所述壳体外设有自动拍照系统和同位素追踪系统，在试样内布设有微型传感器，微型传感器与孔隙水压力数据采集系统连接；所述高压供水系统通过进水装置向试件中供水，高压供水系统所供的水中放入了含染色剂的同位素化学试液，自动拍照系统、同位素追踪系统和孔隙水压力数据采集系统同时与控制器连接。

【技术特征摘要】
1.一种柱状节理岩体渗流试验装置，其特征在于：包括壳体，在壳体的两端分别设有进水装置和出水装置，在进水装置和出水装置之间放置有试件，所述进水装置和出水装置与试件之间分别设有圆砾层，所述进水装置与高压供水系统连接，所述壳体为透明材质制作，所述壳体外设有自动拍照系统和同位素追踪系统，在试样内布设有微型传感器，微型传感器与孔隙水压力数据采集系统连接；所述高压供水系统通过进水装置向试件中供水，高压供水系统所供的水中放入了含染色剂的同位素化学试液，自动拍照系统、同位素追踪系统和孔隙水压力数据采集系统同时与控制器连接。2.根据权利要求1所述的柱状节理岩体渗流试验装置，其特征在于：所述试样的原料包含水泥、砂、水和消泡液，各组分的质量比为水泥：砂：水：消泡液＝2：1：0.8：0.04。3.一种如权利要求2所述的柱状节理岩体渗流试验装置的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)试样制作：a、模具制作：制作四周侧板、两块隔板、底座，利用四周侧板和底座组成一个整体，在底座上安装两个隔板，分隔为三个腔体，拼接完成的模具在长边两侧通过四个长螺栓固定形成一个统一整体；b、在三个腔体中分别插入纵横交错的钢板，制备四棱柱、五棱柱与六棱柱，形成柱状节理网络；c、按质量比为水泥：砂：水：消泡液＝2：1：0.8：0.04均匀振捣拌合后浇铸到三个腔体中，采用微型振捣棒对单柱浇注体进行振捣，浇铸完成后常温常湿度养护；d、浇铸后试件养护...

【专利技术属性】
技术研发人员：孔洋，朱珍德，阮怀宁，曹松华，卢文斌，杨涛，
申请(专利权)人：河海大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32