[发明专利]一种模拟隧道突水的可视化试验装置及方法

摘要

本发明公开了一种模拟隧道突水的可视化模型试验装置及方法，该装置包括模型试验箱、水箱、高压水泵、流量计、水量和充填物流失收集装置、数字照相非接触量测系统、渗压监测系统以及光纤光栅位移监测系统等。该试验装置的特色为模拟隧道突水的灾变演化过程，且能达到直观观测突水过程中防突岩体裂纹扩展和突水通道形成过程的目的。该装置可定量研究不同水压、不同岩性、不同防突岩体厚度下的隧道突水行为，获取隧道突水过程中的应力场、位移场及渗流场等多场耦合信息，确定不同因素影响下突水通道的形成过程及形态，揭示防突岩体结构渐进破坏过程中的力学特征及演化规律，为隧道突水灾害临突判据和最小安全厚度分析方法提供有效依据。

主权项

一种模拟隧道突水的可视化实验装置，其特征在于，包括透明的模型箱(1)、水箱(16)、收集装置和监控装置；长方体的模型箱(1)箱体密封，箱体内填充有流固耦合相似材料(7)；模型箱(1)通过进水管(4)与水箱(16)连接；模型箱(1)包括箱体和可拆卸的箱体上盖，该箱体上盖与箱体之间密封；进水管从箱体一侧的中心伸入；箱体另一侧位于收集装置上方；箱体内侧均匀设置有一组U型的玻璃隔挡(6)，所述玻璃隔挡(6)上布置有若干透水孔(13)，该透水孔(13)的开孔方向与进水管(4)进水方向相同；所述进水管(4)由水箱(16)接出，依次连接控制阀(8)和高压水泵(3)，最后伸入模型箱(1)箱体；所述收集装置包括水量和充填物流失收集容器(2)以及数显电子秤(17)，所述水量和充填物流失收集容器(2)置于数显电子秤(17)上；所述监控装置包括设置在模型箱(1)内腔的渗压计(9)、微型土压力计(10)、光纤光栅位移计(11)和位于箱体外的数字照相非接触量测系统；包括一个流量计(5)；高压水泵(3)提供的高压水通过流量计(5)后进入模型箱(1)中；所述模型箱(1)采用钢化玻璃制作而成，模型箱(1)箱体与上盖之间通过橡胶密封垫(14)密封，并通过螺栓(15)固定；所述进水管(4)伸入箱体的进水管(4)末端，包括一个花洒状出水口(12)，该出水口(12)端面均匀布置有出水小孔；所述模型箱(1)通过一个钢架支座(18)支撑；所述一组玻璃隔挡(6)为均匀布置的五道隔挡，所述隔挡横截面是边长为20mm的正方形；所述透水孔(13)孔径为2mm。