一种可循环粗糙裂隙高速渗流试验装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种渗流试验装置，特别是涉及一种可循环粗糙裂隙高速渗流试验装置，属于土木工程技术领域。
【背景技术】
[0002]我国西南地区水电资源丰富，域内多高山峡谷，喀斯特地貌分布广泛，深部岩体中裂隙较发育，工程建设过程中多次发生高压隐伏水突水突泥事故。如何解决岩溶地区含高压隐伏水体深部裂隙岩体地层中修建大型水电隧洞工程中遇到的突水灾害问题，成为我国水电及岩土工程领域的迫切问题。
[0003]岩体的天然裂隙结构与渗流行为异常复杂，岩体裂隙渗流机制与定量描述一直是岩土、矿业、地质、石油及天然气工程高度关注的难点问题。在以往的工程实践中，大多采用线性达西渗流定律计算岩体突水量。然而大量科学试验和工程实例表明，特定条件下岩体裂隙中的渗流已经不再遵循达西定律，呈一种非线性运动规律，此时如仍采用线性达西渗流定律进行突涌水量的预测，必然存在较大误差。目前，岩体渗流力学对于粗糙裂隙高速渗流特性的研究较少，还没有统一的准则来描述粗糙裂隙非达西流水力性质；如能通过试验来模拟粗糙岩体裂隙高速非达西渗流的运动，则将为研究岩体裂隙高速非达西渗流运动规律提供强有力的支持。
[0004]目前，对岩体裂隙渗流的研究分为理论研究、室内试验以及数值试验研究，由于岩体高速非达西渗流特性较复杂，目前开展的研究较少尤其试验研究较少。分析原因主要是试验条件要求较为苛刻，以往的高速非达西渗流研究主要是在高压三轴渗流试验仪及其他进口测试仪器上完成，可以获得较好的试验效果；但是，高压三轴渗流试验仪试验主要是分析应力应变对裂隙渗流特性的影响，难以控制裂隙开度的变化，因此无法开展裂隙开度对渗流特性的影响，并且由于传统高压三轴渗流试验仪对试件尺寸规格要求较高，加工难度大，渗径长度较短，局限性较大。
【发明内容】
[0005]本发明的主要目的在于，克服现有技术中的不足，提供一种新型结构的可循环粗糙裂隙高速渗流试验装置，特别适用于研究岩体裂隙高速非达西渗流运动。
[0006]本发明所要解决的技术问题是提供结构紧凑、拆装方便、制作容易、安全可靠、实用性强的可循环粗糙裂隙高速渗流试验装置，不仅实现准确便捷、真实准确的反映粗糙岩体裂隙高速渗流过程，而且工序简明、水量计算简单、用水可循环、经济高效；更重要的是裂隙开度可控，试件尺寸易于加工，极具有产业上的利用价值。
[0007]为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是:
[0008]—种可循环粗糙裂隙高速渗流试验装置，包括依次相连的水槽、供水管路、裂隙试件和回水管路，所述水槽通过安设溢流三角堰形成水流相贯通的下水槽和上水槽两水区。
[0009]其中，所述供水管路的始端与设于下水槽的供水口相连、供水管路的末端通过入水端帽与裂隙试件的入水端相连，所述回水管路的始端通过出水端帽与裂隙试件的出水端相连、回水管路的末端贯穿过设于上水槽的回水口延伸入上水槽中；所述供水管路自始端到末端依次设置有增压栗和调压阀门，所述入水端帽和出水端帽均开设有引水用的水平缝，所述裂隙试件沿轴向依次设置至少三处水压传感器，所述溢流三角堰位于上水槽侧设置有水位测针。
[0010]而且，所述裂隙试件包括试件主体和位于试件主体内的裂隙主体，所述裂隙主体沿试件主体轴向分布并平分试件主体；所述裂隙主体包括裂隙、光滑平槽和橡胶垫片，所述光滑平槽沿裂隙轴向分布于裂隙两侧，所述橡胶垫片填充于光滑平槽将裂隙两侧密封，所述裂隙的轴长两端与水平缝相接、并通过更换不同厚度的橡胶垫片进行裂隙开度调节；所述水压传感器通过探针延伸入裂隙进行测量裂隙过流水压。
[0011]本发明进一步设置为:所述裂隙主体还包括水流过渡区，所述水流过渡区分布于裂隙的轴长两端、并与水平缝相接。
[0012]本发明进一步设置为:所述试件主体通过外套管夹固定。
[0013]本发明进一步设置为:所述供水管路的末端和入水端帽之间设置有缓水箱。
[0014]本发明进一步设置为:所述入水端帽和出水端帽通过长螺杆贯穿后拧紧螺帽进行拉紧固连。
[0015]本发明进一步设置为:所述入水端帽和出水端帽均内垫有密封垫圈。
[0016]本发明进一步设置为:所述水压传感器等间隔分布有三处，依次为靠近裂隙试件入水端的始端水压传感器、位于裂隙试件轴长中心的中间水压传感器、和靠近裂隙试件出水端的末端水压传感器。
[0017]本发明进一步设置为:所述橡胶垫片涂抹玻璃胶后填充入光滑平槽。
[0018]本发明进一步设置为:所述橡胶垫片的厚度为X，0 < X < 9mm。
[0019]本发明进一步设置为:所述橡胶垫片的厚度为lmm、l.5mm、2mm、3mm、3.5mm、4mm、5mm 或 8mm0
[0020]与现有技术相比，本发明具有的有益效果是:
[0021]1、通过依次相连的水槽、供水管路、裂隙试件和回水管路的设置，其裂隙试件包括试件主体和位于试件主体内的裂隙主体，其中裂隙主体包括裂隙、光滑平槽和橡胶垫片，不仅实现准确便捷、真实准确的反映粗糙岩体裂隙高速渗流过程，而且可通过更换不同厚度的橡胶垫片进行裂隙开度调节，实现裂隙开度可控，试件尺寸易于加工的目的，以及进行裂隙开度对渗流特性影响的研究。
[0022]2、利用增压栗使水流获得高水压水头，便于提高试验所需水压值，克服了传统通过提高水箱高度增加水压方法所面临的局限性，从而可避免室内增压等繁琐过程，使高水压渗流试验能得以顺利开展。
[0023]3、通过在裂隙试件的入水端和出水端分别安装入水端帽和出水端帽，且入水端帽和出水端帽均开设有引水用的水平缝，可以引导水流流入裂隙和流出裂隙；通过两个端帽均内垫有密封垫圈，可增强密封性能；而入水端帽和出水端帽通过长螺杆拉紧固定，可解决传统试验中密封效果不好的问题，保障试验顺利进行。
[0024]4、在试验过程中水流通过裂隙后流入上水槽，然后通过溢流三角堰流回下水槽，可以实现水流自循环效果，解决现有进行高水压渗流试验需随时额外供水的问题，大幅提高试验效率、节约研究成本O
[0025]5、试验装置在压力测量方面，于裂隙上、中、下游安装精密的水压传感器来测量三点处的水压，以此来计算获得裂隙过流水压差和水力梯度，可获得精确稳定的压力值，提高试验的精度。
[0026]6、由于进行高水压裂隙渗流试验，试验过程中水流速度较快，流量较大，如果传统体积法进行流量测量是不现实的，而利用三角堰溢流原理，通过溢流三角堰的流量计算公式计算出流量，可以获得较为准确的流量瞬时值，水量计算简单，简明而高效。
[0027]上述内容仅是本发明技术方案的概述，为了更清楚的了解本发明的技术手段，下面结合附图对本发明作进一步的描述。
【附图说明】
[0028]图1为本发明一种可循环粗糙裂隙高速渗流试验装置的结构示意图；
[0029]图2为本发明一种可循环粗糙裂隙高速渗流试验装置中裂隙试件的结构分解图。
【具体实施方式】
[0030]下面结合说明书附图，对本发明作进一步的说明。
[0031]如图1及图2所示，一种可循环粗糙裂隙高速渗流试验装置，包括依次相连的水槽
1、供水管路2、裂隙试件3和回水管路4，所述水槽I通过安设溢流三角堰5形成水流相贯通的下水槽11和上水槽12两水区。
[0032]所述供水管路2的始端与设于下水槽11的供水口 110相连、供水管路2的末端通过入水端帽6与裂隙试件3的入水端相连，所述回水管路4的始端通过出水端帽7与裂隙试件3的出水端相连、回水管路4的末端贯穿过设于上水槽12的回水口 120延伸入上水槽12中。所述入水端帽6和出水端帽7均内垫有密封垫圈，并通过长螺杆贯穿后拧紧螺帽进行拉紧固连。
[0033]所述供水管路2自始端到末端依次设置有增压栗8和调压阀门9，所述入水端帽6和出水端帽7均开设有引水用的水平缝(图中未示出)，所述裂隙试件3沿轴向依次设置至少三处水压传感器30，所述溢流三角堰5位于上水槽12侧设置有水位测针51。所述供水管路2的末端和入水端帽6之间设置有缓水箱10。
[0034]如图2所示，所述裂隙试件3包括可通过外套管夹(图中未示出)得以固定的试件主体31和位于试件主体31内的裂隙主体32，所述裂隙主体32沿试件主体31轴向分布并平分试件主体31 ;所述裂隙主体32包括裂隙32