构造裂隙充填结构突水突泥试验装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及交通与水工隧道工程技术领域，尤其是一种用于模拟交通和水工隧道中构造裂隙充填结构突水突泥灾害的试验装置。
【背景技术】
[0002]构造裂隙充填结构突水突泥是交通和水工隧道施工的多发工程灾害，构造裂隙充填结构突水突泥灾害轻者会影响工程施工及运营，重者会导致重大经济损失乃至人员伤亡。限于构造裂隙充填结构突水突泥灾害源的隐蔽性，孕灾地质环境的复杂性，使得交通和水工隧道中构造裂隙充填结构突水突泥灾害的预测非常困难，已成为该领域的一个研究热点与难点。
[0003]鉴于此，国内外学者针对上述问题开展了大量的研究工作，其中物理模拟研究为最常用、最有效的手段之一。但在实际模拟过程中，由于构造裂隙充填结构突水突泥过程的影响因素较多，相关的突水突泥物理试验模拟装置均存在明显的缺陷，例如专利2008100453044公开了一种大尺寸岩石试样高压渗透试验装置，但其只针对岩样测试；专利CN101308126A公开了一种开挖突水的模拟装置，但其最大承受水压仅为IMPa，且其加压系统难以持续稳压，不能满足高承压水作用下隧道突水突泥试验模拟的要求。由此可见，相关的构造裂隙突水突泥试验装置有待于更进一步改进。
【发明内容】
[0004]本发明所要解决的就是现有交通和水工隧道中，构造裂隙充填结构突水突泥灾害的物理试验模拟装置均存在明显的缺陷的问题，提供一种构造裂隙充填结构突水突泥试验装置，结构简单、刚度大、强度高、密封性较好、测量数据准确，能够模拟不同类型、不同突涌水条件下的构造裂隙充填结构突水突泥试验装置。
[0005]本发明的构造裂隙充填结构突水突泥试验装置，其特征在于该装置包括压力加载装置、突涌通道模拟装置、水压加压及稳压装置和数据采集及分析装置，压力加载装置设置在突涌通道模拟装置的顶部及底部，为突涌通道模拟装置提供轴向压力；水压加压及稳压装置通过进水管与突涌通道模拟装置顶部连接，为突涌通道模拟装置提供带有稳定压力的水压；所述的数据采集及分析装置安装在突涌通道模拟装置底部的出水管上。
[0006]所述的压力加载装置为电子万能试验机，提供最大试验压力为300kN。
[0007]所述的突涌通道模拟装置包括活塞、缸筒以及透水板，缸筒呈圆筒状，壁厚大于15mm ;活塞为两个，分别设置在缸筒顶部及底部，顶部的活塞与进水管连接，底部的活塞与出水管连接；所述的透水板为三块，分上、中、下顺序设置在缸筒内部，其中上、下两块透水板分别与两个活塞连接，中间一块透水板固定在缸筒中间位置。
[0008]所述的透水板上设置有透水孔，三块上、中、下设置的透水板，其透水孔直径分别为10mm、2mm以及5mm，分别允许通过不大于其透水孔直径的物质通过；最上面一块透水板底部还设置有一层透水毛毡。
[0009]所述的活塞下部设置有“O”型密封圈，提升密封效果。
[0010]所述的水压加压及稳压装置包括恒压水箱和高压氮气加压装置，恒压水箱包括进水阀、出水阀、氮气注入管路，进水阀设置在恒压水箱上部，出水阀设置在恒压水箱下部，并与进水管连接，氮气注入管路与高压氮气加压装置连接；高压氮气加压装置由数瓶高压氮气瓶串联组成。
[0011]所述的数据采集及分析装置包括渗透压力传感器、流量计及泥砂分离装置，用于不间断的采集数据和图像以及进行数据分析，监测构造裂隙充填结构突水突泥过程中渗透压力、突水量及突泥量的变化。
[0012]所述的三块透水板与缸筒之间的空间形成两个试验腔体，用于进行构造裂隙充填结构充填物突水突泥试验。
[0013]所述的构造裂隙充填结构突水突泥试验装置，通过以下步骤进行试验测试:
(1)将构造裂隙充填结构充填物分为上下两部分分别填入模型试验腔体中，并压实，压实压力根据所模拟断层的实测地应力为准，该充填物组分通过现场采集的构造裂隙充填结构充填物试样的物质组分、及充填物结构性状参数确定；
(2)构造裂隙充填结构充填物铺设完成后，将突涌通道模拟装置置于电子万能试验机上，通过电子万能试验机对构造裂隙充填结构充填物施加竖向荷载至设定值；
(3)通过连接管路将高压氮气加压装置与气液复合型的恒压水箱连接，同时将恒压水箱上部的进水阀接至供水水源；
(4)通过高压水管将恒压水箱与突涌通道模拟装置顶部的进水管连接；
(5)在突涌通道模拟装置底部出水管处设置渗透压力传感器、流量计及泥砂分离装置；
(6)调节高压氮气加压装置，由高压氮气瓶组向恒压水箱内注入高压氮气，再通过恒压水箱向突涌通道模拟装置中注入稳定的压力的水源；
(7)构造裂隙充填结构突水突泥过程中，数据采集及分析装置不间断的采集数据和图像，监测构造裂隙充填结构突水突泥过程中渗透压力、突水量及突泥量的变化。
[0014]本发明的构造裂隙充填结构突水突泥试验装置，采用高强度的厚钢管及厚钢板作为模型试验台，模型整体刚度较高，能够承受较大的加载压力；在模型缸筒和活塞之间设置“O”型橡胶圈，封水效果较好；通过设置三层带有直径分别为10mm、2mm及5mm透水孔的透水板，能够模拟构造裂隙充填结构在突水过程中不同粒径充填物颗粒的运移情况；通过气液复合型恒压水箱来施加水压力，可以更精准的调节水压力；竖向压力加载装置可以模拟不同地应力条件下的构造裂隙充填结构突水突泥过程。
【附图说明】
[0015]图1为本发明突涌通道模拟装置结构示意图。
[0016]图2为本发明恒压水箱结构示意图。
[0017]其中，压力加载装置1，数据采集及分析装置2，进水管3，出水管4，活塞5，缸筒6，透水板7，密封圈8，恒压水箱9，进水阀10，出水阀11，氮气注入管路12，试验腔体13，透水毛毡14。
【具体实施方式】
[0018]实施例1:一种构造裂隙充填结构突水突泥试验装置，包括压力加载装置1、突涌通道模拟装置、水压加压及稳压装置和数据采集及分析装置2，其中:
(1)压力加载装置I为电子万能试验机，提供最大试验压力为300kN，设置在突涌通道模拟装置的顶部及底部，为突涌通道模拟装置提供轴向压力；
(2)水压加压及稳压装置通过进水管3与突涌通道模拟装置顶部连接，水压加压及稳压装置包括恒压水箱9和高压氮气加压装置，恒压水箱9包括进水阀10、出水阀11、氮气注入管路12，进水阀10设置在恒压水箱9上部，出水阀11设置在恒压水箱9下部，并与进水管3连接，氮气注入管路12与高压氮气加压装置连接；高压氮气加压装置由数瓶高压氮气瓶串联组成，由高压氮气瓶组向恒压水箱9内注入高压氮气，再通过恒压水箱9向突涌通道模拟装置中注入稳定的压力的水源；
(3)数据采集及分析装置2安装在突涌通道模拟装置底部的出水管4上，包括渗透压力传感器、流量计及泥砂分离装置，用于数据采集及分析装置2不间断的采集数据和图像，监测构造裂隙充填结构突水突泥过程中渗透压力、突水量及突泥量的变化。
[0019]该突涌通道模拟装置包括