【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及灰岩质石窟寺赋存岩体加固保护，特别是涉及一种灰岩质石窟寺裂隙防渗效果的试验装置及试验方法。
技术介绍
1、我国石窟寺赋存地质条件多样，灰岩质石窟寺是其中重要的一种。受岩性特征、地形地貌和地址活动等因素的影响，灰岩质石窟寺赋存岩体多发育有平行于崖面且顶部贯通的卸荷裂隙，不仅影响石窟寺的结构稳定，而且，岩体顶部贯通的卸荷裂隙形成了天然的岩石渗水通道，导致雨水沿岩体内部裂隙入渗至塑像表面，加速了文物的风化及其他相关病害的发展。
2、针对灰岩质石窟寺卸荷裂隙，常用的保护加固措施为先采用无机矿物聚合物、超细水泥等为主材的浆液进行灌浆处理，然后，在石窟寺顶部表面铺设多层不同种类的防渗材料，确保裂隙不会再次渗漏。选择的防渗材料及组合形式带来的防渗效果，是灰岩质石窟寺卸荷裂隙防渗措施的质量评价指标之一，目前，防渗效果以防渗材料的渗透系数测试为主，常采用“常水头法”或“变水头法”渗透试验，采用该方法测出岩土体或其他单个材料的渗透系数。
3、然而，由于灰岩质石窟寺赋存环境的多样性，加之防渗措施材料组合的复杂性，现有的渗透试验往往并不能反映灰岩质石窟寺卸荷裂隙顶部防渗措施在其赋存环境下实际工程的防渗效果。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种灰岩质石窟寺裂隙防渗效果的试验装置及试验方法，以解决上述现有技术存在的问题，能够模拟防渗材料在自然降雨环境下的渗透特征，实现量化评价灰岩质石窟寺卸荷裂隙顶部防渗措施在其赋存环境下实际工程的防渗效果，从而确保防渗措施的有效
2、为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
3、本专利技术提供一种灰岩质石窟寺裂隙防渗效果的试验装置，包括防渗试验箱、降雨模拟系统、降雨收集测量系统以及降雨渗透红外监测系统，所述防渗试验箱能够盛放防渗试验材料，以在所述防渗试验箱内模拟灰岩质石窟寺卸荷裂隙防渗措施，所述防渗试验箱的底部为透水隔板；所述降雨模拟系统用于在所述防渗试验箱的上方模拟自然降雨；所述降雨收集测量系统用于收集测量所述防渗试验箱内的所述防渗试验材料下渗的雨水；所述降雨渗透红外监测系统用于监测雨水在防渗试验箱内的渗透位置以及所述防渗试验箱的箱体表面的温度变化。
4、优选的，所述透水隔板上均匀布设有多个透水孔。
5、优选的，所述透水孔为直径0.2mm的圆孔，相邻所述透水孔的间距为0.8mm。
6、优选的，所述防渗试验箱的底部支撑有多个支柱。
7、优选的，所述降雨收集测量系统包括降雨汇集漏斗、烧杯以及电子天平，所述降雨汇集漏斗设置于所述透水隔板的底部，所述烧杯设置于所述降雨汇集漏斗的下方，并放置于所述电子天平上。
8、优选的，所述降雨渗透红外监测系统包括红外成像摄像机和三脚架，所述红外成像摄像机通过所述三脚架设置于所述防渗试验箱的一侧，用于记录所述防渗试验箱表面的温度变化。
9、优选的，所述降雨模拟系统包括降雨模拟喷洒器、支架、供水管、供水机构以及水量调节机构，所述降雨模拟喷洒器通过所述支架设置于所述防渗试验箱的上方，并通过所述供水管与所述供水机构连通，所述供水机构用于向所述降雨模拟喷洒器供水，以使所述降雨模拟喷洒器向所述防渗试验箱喷水进行降雨；所述水量调节机构设置于所述供水管上，用于调节所述降雨模拟喷洒器降雨的雨速和雨量。
10、优选的，所述供水机构为泵水型纯净水箱；所述水量调节机构为无级水流控制器。
11、本专利技术还提供一种灰岩质石窟寺裂隙防渗效果的试验方法，采用上述的灰岩质石窟寺裂隙防渗效果的试验装置，其特征在于：包括以下步骤：
12、步骤一，将防渗试验材料填铺于防渗试验箱中；
13、步骤二，待防渗试验材料固化完成后，通过降雨模拟系统将水降入防渗试验箱内，进行人工降雨渗透试验；
14、步骤三，通过降雨渗透红外监测系统监测试验过程中雨水在防渗试验箱内的渗透位置以及防渗试验箱的箱体表面的温度变化；
15、步骤四，通过降雨收集测量系统收集测量不同时刻的防渗试验箱内的防渗试验材料下渗的雨水；
16、步骤五，通过渗透速率计算公式计算单位时间内防渗试验箱内的防渗材料的渗透速率，渗透速率计算公式为：
17、
18、式中：δk12为单位时间内渗透速率，m1为在t1时刻防渗试验材料下渗的雨水质量，m2为在t2时刻防渗试验材料下渗的雨水质量。
19、优选的，所述步骤一中，所述防渗试验材料包括与基岩结合层材料、防渗层、碎石以及上层覆土，将所述与基岩结合层材料、所述防渗层、所述碎石以及所述上层覆土由下至上依次填铺于所述防渗试验箱中，并将所述防渗层的边缘与所述防渗试验箱的内壁之间的缝隙用硅酮密封胶进行封堵；
20、所述步骤二中，所述降雨模拟系统以30ml/s的流速将8000ml的水降入所述防渗试验箱内，24h后以40ml/s的流速将8000ml的水降入所述防渗试验箱内，其后依次逐日以50ml/s、60ml/s、70ml/s、80ml/s、90ml/s的流速进行人工降雨渗透试验。
21、本专利技术相对于现有技术取得了以下技术效果：
22、本专利技术提供的灰岩质石窟寺裂隙防渗效果的试验装置，包括防渗试验箱、降雨模拟系统、降雨收集测量系统以及降雨渗透红外监测系统，试验时，首先，在防渗试验箱内放入防渗试验材料，模拟灰岩质石窟寺卸荷裂隙防渗措施，然后，通过降雨模拟系统在防渗试验箱的上方模拟自然降雨，实现梯度式、人工控制模拟自然降雨，防渗试验箱内的防渗材料下渗的雨水经箱底的透水隔板流出，通过降雨收集测量系统对下渗的雨水进行收集测量，以实时监测人工降雨在防渗试验箱中的渗透速率，通过降雨渗透红外监测系统监测雨水在防渗试验箱内的渗透位置以及防渗试验箱的温度变化，有利于研究雨水入渗对防渗材料温度的影响，从而分析评估防渗材料的耐老化能力。本专利技术实现了量化评价灰岩质石窟寺卸荷裂隙顶部防渗措施在其赋存环境下实际工程的防渗效果，从而确保防渗措施的有效性，相较于目前防渗效果多以单种防渗材料的渗透系数作为评价指标，更为贴切工程实际，有益于石质文物保护防渗工程的科学化与规范化。
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1.一种灰岩质石窟寺裂隙防渗效果的试验装置，其特征在于：包括防渗试验箱、降雨模拟系统、降雨收集测量系统以及降雨渗透红外监测系统，所述防渗试验箱能够盛放防渗试验材料，以在所述防渗试验箱内模拟灰岩质石窟寺卸荷裂隙防渗措施，所述防渗试验箱的底部为透水隔板；所述降雨模拟系统用于在所述防渗试验箱的上方模拟自然降雨；所述降雨收集测量系统用于收集测量所述防渗试验箱内的所述防渗试验材料下渗的雨水；所述降雨渗透红外监测系统用于监测雨水在防渗试验箱内的渗透位置以及所述防渗试验箱的箱体表面的温度变化。
2.根据权利要求1所述的灰岩质石窟寺裂隙防渗效果的试验装置，其特征在于：所述透水隔板上均匀布设有多个透水孔。
3.根据权利要求2所述的灰岩质石窟寺裂隙防渗效果的试验装置，其特征在于：所述透水孔为直径0.2mm的圆孔，相邻所述透水孔的间距为0.8mm。
4.根据权利要求1-3中任意一项所述的灰岩质石窟寺裂隙防渗效果的试验装置，其特征在于：所述防渗试验箱的底部支撑有多个支柱。
5.根据权利要求1所述的灰岩质石窟寺裂隙防渗效果的试验装置，其特征在于：所述降雨收集
6.根据权利要求1所述的灰岩质石窟寺裂隙防渗效果的试验装置，其特征在于：所述降雨渗透红外监测系统包括红外成像摄像机和三脚架，所述红外成像摄像机通过所述三脚架设置于所述防渗试验箱的一侧，用于记录所述防渗试验箱表面的温度变化。
7.根据权利要求1所述的灰岩质石窟寺裂隙防渗效果的试验装置，其特征在于：所述降雨模拟系统包括降雨模拟喷洒器、支架、供水管、供水机构以及水量调节机构，所述降雨模拟喷洒器通过所述支架设置于所述防渗试验箱的上方，并通过所述供水管与所述供水机构连通，所述供水机构用于向所述降雨模拟喷洒器供水，以使所述降雨模拟喷洒器向所述防渗试验箱喷水进行降雨；所述水量调节机构设置于所述供水管上，用于调节所述降雨模拟喷洒器降雨的雨速和雨量。
8.根据权利要求7所述的灰岩质石窟寺裂隙防渗效果的试验装置，其特征在于：所述供水机构为泵水型纯净水箱；所述水量调节机构为无级水流控制器。
9.一种灰岩质石窟寺裂隙防渗效果的试验方法，采用如权利要求1-8中任意一项所述的灰岩质石窟寺裂隙防渗效果的试验装置，其特征在于：包括以下步骤：
10.根据权利要求9所述的灰岩质石窟寺裂隙防渗效果的试验方法，其特征在于：所述步骤一中，所述防渗试验材料包括与基岩结合层材料、防渗层、碎石以及上层覆土，将所述与基岩结合层材料、所述防渗层、所述碎石以及所述上层覆土由下至上依次填铺于所述防渗试验箱中，并将所述防渗层的边缘与所述防渗试验箱的内壁之间的缝隙用硅酮密封胶进行封堵；
...【技术特征摘要】
1.一种灰岩质石窟寺裂隙防渗效果的试验装置，其特征在于：包括防渗试验箱、降雨模拟系统、降雨收集测量系统以及降雨渗透红外监测系统，所述防渗试验箱能够盛放防渗试验材料，以在所述防渗试验箱内模拟灰岩质石窟寺卸荷裂隙防渗措施，所述防渗试验箱的底部为透水隔板；所述降雨模拟系统用于在所述防渗试验箱的上方模拟自然降雨；所述降雨收集测量系统用于收集测量所述防渗试验箱内的所述防渗试验材料下渗的雨水；所述降雨渗透红外监测系统用于监测雨水在防渗试验箱内的渗透位置以及所述防渗试验箱的箱体表面的温度变化。
2.根据权利要求1所述的灰岩质石窟寺裂隙防渗效果的试验装置，其特征在于：所述透水隔板上均匀布设有多个透水孔。
3.根据权利要求2所述的灰岩质石窟寺裂隙防渗效果的试验装置，其特征在于：所述透水孔为直径0.2mm的圆孔，相邻所述透水孔的间距为0.8mm。
4.根据权利要求1-3中任意一项所述的灰岩质石窟寺裂隙防渗效果的试验装置，其特征在于：所述防渗试验箱的底部支撑有多个支柱。
5.根据权利要求1所述的灰岩质石窟寺裂隙防渗效果的试验装置，其特征在于：所述降雨收集测量系统包括降雨汇集漏斗、烧杯以及电子天平，所述降雨汇集漏斗设置于所述透水隔板的底部，所述烧杯设置于所述降雨汇集漏斗的下方，并放置于所述电子天平上。
6.根据权利要求1所述的灰岩质石窟寺裂隙防渗效果的试验装置，其特征在于...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘鸿，裴强强，李志强，陈嘉睿，豆龙，
申请(专利权)人：敦煌研究院，
类型：发明
国别省市：
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