一种隧道松散软弱围岩渗透失稳与突水灾变模拟装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种隧道松散软弱围岩渗透失稳与突水灾变模拟装置及方法，所述装置包括：渗透试验模拟箱、储水系统、渗透压力加载系统和监测系统；渗透试验模拟箱至少包括箱体和箱体底部的高度可调的支架，箱体上开有进水口和用于放置模拟隧道的预留管口；渗透压力加载系统与储水系统连通，用于进行储水系统的加压；储水系统通与箱体的进水口连通，用于向箱体内供水；监测系统至少包括数据采集仪以及与数据采集仪通信连接的渗压计和应变片，数据采集仪通过箱体内的渗压计和应变片采集围岩试验过程发生的数据；本发明专利技术可模拟不同地下水渗透压力、不同地层岩性、不同防突体厚度以及隧道倾角等多种情况，无需重复制作试验模型，极大地降低了制作成本。大地降低了制作成本。大地降低了制作成本。

【技术实现步骤摘要】
一种隧道松散软弱围岩渗透失稳与突水灾变模拟装置及方法


[0001]本专利技术涉及隧道与地下工程灾害防控理论与技术研究领域，特别涉及一种隧道松散软弱围岩渗透失稳与突水灾变模拟装置及方法。

技术介绍

[0002]本部分的陈述仅仅是提供了与本专利技术相关的
技术介绍
，并不必然构成现有技术。
[0003]目前，隧道与地下工程行业蓬勃发展，工程建设规模与难度不断提升。由于复杂多变的地质条件，隧道与地下工程经常遭遇断层破碎带、砂层、碎裂岩、碎粉岩等松散软弱地层，在富水环境中极易诱发突水突泥、塌方等重大地质灾害，严重威胁工程建设与生态环境安全。
[0004]松散软弱地层通常具有结构松散、胶结性差、强度低、遇水软化等特点，在地应力、渗透压和施工扰动作用下极易发生渗透破坏，在围岩内形成渗/导水通道，并伴随细小颗粒冲刷流失，通道逐渐扩大进而诱发掌子面失稳与突水突泥灾害。松散软弱地层属于典型的致灾性地层，灾害孕育过程具有隐蔽性，灾害发生又具有强突发性。
[0005]阐明隧道松散软弱围岩渗透失稳与突水灾变机理是进行灾害防控的基本前提，也是隧道与地下工程领域普遍关注的重要课题。以往研究多集中于松散岩土介质的渗透劣化过程及物理力学性能演化，而针对隧道工程围岩渗透失稳的试验研究较少，也缺乏相应的模拟试验装置。

技术实现思路

[0006]为解决现有技术的不足，本专利技术提供了一种隧道松散软弱围岩渗透失稳与突水灾变模拟装置及方法，可模拟隧道松散软弱围岩渗透破坏灾变演化过程，具有模拟不同隧道倾角、防突体厚度、地层岩性与渗透压力变化等功能，无需重复制作试验模型，极大地降低了试验成本。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0008]本专利技术第一方面提供了一种隧道松散软弱围岩渗透失稳与突水灾变模拟装置。
[0009]一种隧道松散软弱围岩渗透失稳与突水灾变模拟装置，包括：渗透试验模拟箱、储水系统、渗透压力加载系统和监测系统；
[0010]渗透试验模拟箱至少包括箱体和箱体底部可调高度的支架，箱体上开有进水口和用于放置模拟隧道的预留管口；
[0011]渗透压力加载系统与储水系统连通，用于进行储水系统的加压；储水系统与箱体的进水口连通，用于向箱体内供水；
[0012]监测系统至少包括数据采集仪以及与数据采集仪通信连接的渗压计和应变片，数据采集仪通过箱体内的渗压计和应变片采集围岩试验过程产生的数据。
[0013]进一步的，支架为用于进行箱体角度调节的可伸缩支架。
[0014]进一步的，模拟隧道为柔性圆管，箱体内用于填充各种土样以模拟不同围岩条件。
[0015]进一步的，储水系统至少包括罐体，罐体设有用于监测罐体内压力的压力监测元件，罐体开有进气口、注水口和出水口，进气口通过第一管路与渗透压力加载系统连通，第一管路上设置有第一阀门；
[0016]注水口用于向罐体内灌注水和用于释放罐内气体调节压力，出水口与箱体的进水口通过第二管路连通，第二管路设置有第二阀门。
[0017]进一步的，渗压计和应变片布置在模拟隧道上部、模拟隧道内及模拟隧道下部。
[0018]进一步的，箱体为透明的亚克力长方体箱体。
[0019]本专利技术第二方面提供了一种隧道松散软弱围岩渗透失稳与突水灾变模拟试验方法。
[0020]一种隧道松散软弱围岩渗透失稳与突水灾变模拟试验方法，利用第一方面所述的隧道松散软弱围岩渗透失稳与突水灾变模拟装置，包括以下过程：
[0021]箱体中分层装入试验所需要的土体，控制围岩的组成类型和密实度，装填至预留管口下端时，放入模拟隧道，通过模拟隧道在箱体中的长度，模拟不同隧道防突体厚度，在模拟隧道上方、内部及下部位置放置渗压计和应变片，继续装填土样至充满箱体；
[0022]记录围岩中渗压计和应变片的数据，作为试验初始数据；
[0023]通过渗透压力加载系统向储水系统进行加压，通过注水口向罐体中注水，通过第一阀门控制气体进入罐体，保持稳定的渗透压力，水体从出水口流出，经进水口进入箱体直至围岩发生破坏；
[0024]记录围岩中渗压计和应变片的数据，作为试验对比数据。
[0025]进一步的，通过改变渗透压力加载系统的功率，控制不同的渗透压力；
[0026]透过箱体观察模拟隧道掌子面处围岩渗透破坏；
[0027]获取围岩渗透破坏的各项数据，至少包括渗透压力、土体应变量、破坏时间和破坏形态。
[0028]进一步的，通过改变岩体分布类型和填充岩层孔隙比，模拟隧道开挖过程中可能遇到的各种围岩类型；
[0029]透过箱体观察模拟隧道掌子面处围岩渗透破坏模式；
[0030]获取围岩渗透破坏的各项数据，至少包括渗透压力、土体应变量、破坏时间和破坏形态。
[0031]进一步的，通过支架改变模拟隧道的倾角，通过调整模拟隧道在箱体中的长度，模拟不同隧道防突体厚度；
[0032]透过箱体观察模拟隧道掌子面处围岩渗透破坏；
[0033]获取围岩渗透破坏的各项数据，至少包括渗透压力、土体应变量、破坏时间和破坏形态。
[0034]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0035]1、本专利技术所述的一种隧道松散软弱围岩渗透失稳与突水灾变模拟装置及方法，可模拟多因素影响下的隧道围岩渗透失稳与突水突泥灾变演化过程，无需重复制作试验模型，极大地降低了制作成本；可实现不同隧道倾角、防突体厚度、岩性与地下水渗透压力变化等多工况模拟，有助于系统分析松散软弱地层渗透失稳与突水突泥灾变机理，为隧道与地下工程灾害防控理论与技术研究提供装置与方法支撑。
[0036]2、本专利技术所述的隧道松散软弱围岩渗透失稳与突水灾变模拟装置及方法，可通过支架改变模拟隧道的倾角；通过调整模拟隧道在箱体中的长度，模拟不同厚度条件下的防突体；通过在渗透试验模拟箱中不同空间位置填置不同类型的围岩，模拟不同地层岩性；通过改变空气压缩机的输出功率，模拟不同渗透压力；本专利技术所述的试验装置可实现多种工况条件下隧道围岩渗透失稳与突水灾变模拟。
[0037]3、本专利技术所述的一种隧道松散软弱围岩渗透失稳与突水灾变模拟装置及方法，渗压计和应变片布置在模拟隧道前方，可实时监测隧道围岩渗透失稳过程中多物理场信息的变化过程，为还原隧道松散软弱地层围岩渗透失稳与突水突泥灾变过程提供依据。
[0038]本专利技术附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。
附图说明
[0039]构成本专利技术的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。
[0040]图1为本专利技术实施例1提供的用于模拟隧道开挖时围岩渗透失稳破坏的装置示意图。
[0041]图2为本专利技术实施例1提供的渗透试验模拟箱剖面图。
[0042]图3为本专利技术实施例1提供的底板俯视图。
[0043]图4为本发本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种隧道松散软弱围岩渗透失稳与突水灾变模拟装置，其特征在于：包括：渗透试验模拟箱、储水系统、渗透压力加载系统和监测系统；渗透试验模拟箱至少包括箱体和箱体底部的高度可调的支架，箱体上开有进水口和用于放置模拟隧道的预留管口；渗透压力加载系统与储水系统连通，用于进行储水系统的加压；储水系统通与箱体的进水口连通，用于向箱体内供水；监测系统至少包括数据采集仪以及与数据采集仪通信连接的渗压计和应变片，数据采集仪通过箱体内的渗压计和应变片采集围岩试验过程发生的数据。2.如权利要求1所述的一种隧道松散软弱围岩渗透失稳与突水灾变模拟装置，其特征在于：支架为多个用于进行箱体角度调节的可伸缩支架。3.如权利要求1所述的一种隧道松散软弱围岩渗透失稳与突水灾变模拟装置，其特征在于：模拟隧道为柔性圆管，箱体内用于填充各种土样以模拟不同隧道围岩。4.如权利要求1所述的一种隧道松散软弱围岩渗透失稳与突水灾变模拟装置，其特征在于：储水系统至少包括罐体，罐体设有用于监测罐体内压力的压力监测元件，罐体开有进气口、注水口和出水口，进气口通过第一管路与渗透压力加载系统连通，第一管路上设置有第一阀门；注水口用于向罐体内灌注水和用于释放罐内气体调节压力，出水口与箱体的进水口通过第二管路连通，第二管路设置有第二阀门。5.如权利要求1所述的一种隧道松散软弱围岩渗透失稳与突水灾变模拟装置，其特征在于：渗压计和应变片布置在模拟隧道上部、模拟隧道内及模拟隧道下部。6.如权利要求1所述的一种隧道松散软弱围岩渗透失稳与突水灾变模拟装置，其特征在于：箱体为透明的亚克力长方体箱体。7.一种隧道松散软弱围岩渗透失稳与突水灾变模拟试验方...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨磊，张耀磊，付鑫，盛祥超，于洪豪，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：