一種模擬膨脹圍巖隧道降雨入滲的試驗裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種膨脹圍巖隧道領域的試驗裝置，特別涉及一種包括引水導流系統(tǒng)部分和模型箱部分，用于模擬膨脹圍巖隧道物理模型降雨入滲的試驗裝置。
【背景技術】
[0002]膨脹性巖土是一種多裂隙，且遇水膨脹軟化，失水收縮干裂的具有顯著脹縮特性的巖土體。當隧道穿越膨脹巖土這種特殊地質體時，常因大氣降雨入滲及自然風干蒸發(fā)引發(fā)這種不良特性，給隧道結構造成嚴重的破壞。
[0003]目前，在對膨脹圍巖隧道物理模型進行降雨入滲方面的研究尚不多見，室內模擬大氣降雨入滲的方式和方法也較為普通，一般是向圍巖采用人工灑水或灌水的方式來模擬大氣降雨。這種方法在模擬降雨入滲的過程中，因大部分水流沿模型箱各側壁直接流出箱體外，導致降雨入滲效果不佳。并且在降雨過程中不能使水分均勻分散于圍巖內，常造成不同區(qū)域的圍巖含水量相差較大，致使與實際降雨情況相差甚遠。此外，在模型試驗對單位時間降雨量有具體要求的情況下，不能有效的控制單位時間水流量及水流速度。

【發(fā)明內容】

[0004]本實用新型的目的是為了彌補現(xiàn)有對膨脹圍巖隧道物理模型進行降雨入滲的方法及方式的不足，而提供一種可使水流有效滲入圍巖內且能方便控制降雨均勻性及降雨量的試驗裝置。
[0005]本實用新型為國家自然科學基金項目“炎熱多雨環(huán)境下膨脹圍巖隧道施工的時變力學性態(tài)研究”項目編號:51368014。
[0006]本實用新型是這樣實現(xiàn)的:模擬膨脹圍巖隧道物理模型降雨入滲的試驗裝置，包括引水導流系統(tǒng)部分和模型箱部分。引水導流系統(tǒng)安裝于模型箱上部，二者通過均勻對稱插入模型頂部巖體中且管壁帶小孔的金屬管連接。利用二者之間的高差所產生的水頭壓力將水流壓入巖體內，其中高差不得小于2m。
[0007]引水導流系統(tǒng)部分起到引水入滲的作用，其由盛水瓶、12通分流器、導流管組成。盛水瓶用于盛裝模擬降雨時用的水。分流器用于將導流總管中的水流分成12注分水流，平均分給各導流分水管。導流管包括導流總管、總管止水閥、導流分水管、流量觀察器、分水管流量控制閥、排氣閥、管壁帶小孔的金屬管。導流總管上端和盛水瓶出水口連接，中部安裝總管止水閥，下端和12通分流器連接，各導流分水管接于分流器12個出水口，分水管從上至下依次連接流量觀察器、分水管流量控制閥、排氣閥、管壁帶小孔的金屬管。
[0008]模型箱部分包括帶圓孔的頂板、帶圓孔的底板、前大面?zhèn)劝?、后大面?zhèn)劝?、左邊側板、右邊側板。模型箱體尺寸為寬度X厚度X高度:110CmX40CmX110Cm。模型箱一方面作為隧道模型夯筑時用于盛裝圍巖材料的成型模具。另一方面，各側板給圍巖提供邊界約束條件用以限制膨脹圍巖吸水后的膨脹變形。頂板上的圓孔可方便管壁帶小孔的金屬管能透過鋼板插入巖體中。底板上的圓孔則用于當水流滲透到模型底部時，積水能順利流出模型體外。
[0009]本實用新型的有益效果是，能通過將管壁帶小孔的金屬管均勻對稱的插入模型頂部巖體中，達到將水流引入巖體中及使圍巖水分分布均勻的效果。能通過觀察流量觀察器及調節(jié)分水管流量控制閥來控制水流量及水流速度。
【附圖說明】
[0010]圖1為本實用新型引水導流系統(tǒng)部分示意圖。
[0011]圖2為本本實用新型模型箱部分示意圖。
[0012]圖3為本本實用新型試驗裝置整體示意圖。
[0013]圖中標記:1-盛水瓶，2-/K，3-出水口，4-導流總管，5-總管止水閥，6-12通分流器，7-導流分水管，8-流量觀察器，9-分水管流量控制閥，10-排氣閥，11-管壁帶小孔的金屬管，12-頂板，13-頂板圓孔，14-頂板縱肋，15-頂板提手，16-前大面?zhèn)劝澹?7-后大面?zhèn)劝澹?8-左邊側板，19-右邊側板，20-底板，21-螺栓，22-側板提手，23-底板圓孔，24-底板橫肋，25-拉條，26-隧道洞室，27-隧道圍巖材料。
【具體實施方式】
[0014]實施例:
[0015]如圖1所示，引水導流系統(tǒng)部分包括1000mL容量盛水瓶1、12通分流器6、導流管；其中導流管包括導流總管4、總管止水閥5、導流分水管7、流量觀察器8、分水管流量控制閥9、排氣閥10、管壁帶小孔的金屬管11 ;導流總管4上端和盛水瓶I出水口 3連接，中部安裝總管止水閥5，下端和12通分流器6連接，各導流分水管7接于分流器12個出水口，導流分水管7從上至下依次連接流量觀察器8、分水管流量控制閥9、排氣閥10、管壁帶小孔的金屬管11。
[0016]水流從盛水瓶I經導流總管4流入分流器6中，通過分流器6將水流分成12注分水流，各分水流再經導流分水管7流入管尖插入巖體10~15cm深的管壁帶小孔的金屬管11中，由于管中水流具有一定的水頭壓力，通過這種壓力將管壁帶小孔的金屬管11中的水流壓入巖體中。導流分水管7中的水流速度可以通過流量觀察器8來觀察、速度大小可通過分水管流量控制閥9來調節(jié)，單位時間水流量可通過1mL量筒量取單位時間內的水量來計算。當導流分水管7中進入空氣造成水流不暢時，可通過排氣閥10將管內空氣排出，以保持水流暢通。
[0017]如圖2所示，鋼制模型箱由頂板12、底板20、前大面?zhèn)劝?6、后大面?zhèn)劝?7、左邊側板18、右邊側板19組成。為保證箱體具有較大的剛度，各板均由1mm厚鋼板及角鋼焊接制成。同時為便于拼裝和拆卸，各側板通過螺栓21連接。另外，頂板12做成可活動式的，以便圍巖材料27的澆筑。
[0018]如圖3所示，引水導流系統(tǒng)安裝于模型箱上部，二者由插入模型頂部巖體中的管壁帶小孔的金屬管11連接。其中管壁帶小孔的金屬管11管尖的入土深度為10~15cm，盛水瓶I和管壁帶小孔的金屬管11管尖的高差為2m，利用二者之間的高差所產生的水頭壓力將水流注入巖體內。在整個模擬降雨過程中，因隧道洞室的開挖前大面?zhèn)劝?6是被拆除掉的，為了能限制膨脹圍巖吸水后的膨脹變形，用兩塊鋼板拉條25拉結左邊側板18和右邊側板19，以保證模型箱的整體剛度。
【主權項】
1.一種模擬膨脹圍巖隧道物理模型降雨入滲的試驗裝置，其特征在于模擬膨脹圍巖隧道物理模型降雨入滲的試驗裝置包括引水導流系統(tǒng)部分和模型箱部分；引水導流系統(tǒng)安裝于模型箱上部，二者由管壁帶小孔的金屬管(11)連接； 引水導流系統(tǒng)部分包括盛水瓶(1)、12通分流器(6)、導流管；其中導流管包括導流總管(4)、總管止水閥(5)、導流分水管(7)、流量觀察器(8)、分水管流量控制閥(9)、排氣閥(10)、管壁帶小孔的金屬管(11);導流總管(4)上端和盛水瓶(1)出水口( 3)連接，中部安裝總管止水閥(5)，下端和12通分流器(6)連接，各導流分水管(7)接于分流器12個出水口，導流分水管(7 )從上至下依次連接流量觀察器(8 )、分水管流量控制閥(9 )、排氣閥(10 )、管壁帶小孔的金屬管(11); 模型箱部分包括帶圓孔的頂板(12)、底板(20)、前大面?zhèn)劝?16)、后大面?zhèn)劝?17)、左邊側板(18)、右邊側板(19)，并通過螺栓(21)連接及拼裝，兩塊拉條(25)連接左邊側板(18)和右邊側板(19)。
【專利摘要】本實用新型公開了一種模擬膨脹圍巖隧道物理模型降雨入滲的試驗裝置。包括引水導流系統(tǒng)和模型箱部分。引水導流系統(tǒng)包括盛水瓶、12通分流器、導流管。其中導流管包括導流總管、總管止水閥、導流分水管、流量觀察器、分水管流量控制閥、排氣閥、管壁帶小孔的金屬管。導流總管上端和盛水瓶出水口連接，中部安裝總管止水閥，下端和12通分流器連接，各導流分水管接于分流器12個出水口，分水管從上至下依次連接流量觀察器、分水管流量控制閥、排氣閥、管壁帶小孔的金屬管。模型箱部分包括帶圓孔的頂板、帶圓孔的底板、前大面?zhèn)劝?、后大面?zhèn)劝濉⒆筮厒劝?、右邊側板。本實用新型結構簡單，能達到將水流引入巖體中并使圍巖水分分布均勻以及能有效控制單位時間降雨量的效果。
【IPC分類】G01N15/08
【公開號】CN205067290
【申請?zhí)枴緾N201520821687
【發(fā)明人】楊軍平, 王沾義, 周立新, 樊永華, 馬勇
【申請人】桂林理工大學
【公開日】2016年3月2日
【申請日】2015年10月22日