本實(shí)用新型涉及裂隙巖體滲流物理模型試驗(yàn)領(lǐng)域，特別是一種針對(duì)流體在致密巖體交叉裂隙中滲流機(jī)理研究的模擬致密巖體交叉裂隙滲流試驗(yàn)裝置。

背景技術(shù)：

天然巖體中存在不連續(xù)面/裂隙，這些不連續(xù)面的存在為巖體中水或其他有害物質(zhì)的運(yùn)移提供了通道。對(duì)于大壩及邊坡工程，承壓地下水以滲透壓力或水頭壓力的方式在不連續(xù)面中的滲流是導(dǎo)致邊坡工程失穩(wěn)的一個(gè)重要原因；對(duì)于地下石油儲(chǔ)庫(kù)及核電站基礎(chǔ)等，石油或核物質(zhì)等有害污染物易通過(guò)巖體中不連續(xù)面產(chǎn)生運(yùn)移和擴(kuò)散，從而對(duì)周邊環(huán)境產(chǎn)生極大的污染。另外在致密巖體中，比如花崗巖和沉積巖，流體的運(yùn)移基本只沿著其中的不連續(xù)面進(jìn)行，因此展開(kāi)流體在致密巖體裂隙中滲流規(guī)律及機(jī)理的研究對(duì)于邊坡工程穩(wěn)定性及地下(儲(chǔ)藏)工程的安全評(píng)估都具有重要的意義。

申請(qǐng)?zhí)枮镃N201310657945.6的實(shí)用新型專利介紹了一種采用在刻畫(huà)板上刻出一定深度縫隙的方法進(jìn)行裂隙模擬，采用這種方法只能采用人工刻畫(huà)裂隙的手段，無(wú)法模擬刻畫(huà)板自然碎裂后形成的裂隙滲流；而且另一方面人工刻畫(huà)無(wú)法保證整條裂隙的深度一致，人工制作的裂隙的形狀及深度等參數(shù)的精度不易控制。

申請(qǐng)?zhí)枮镃N201210562580.4的實(shí)用新型專利和申請(qǐng)?zhí)枮镃N201410588213.0的實(shí)用新型專利介紹了分別介紹了采用真實(shí)巖石或混凝土試塊進(jìn)行裂隙滲流模擬的裝置和方法，但兩種裝置都只能模擬單一裂隙，而不能模擬更為復(fù)雜的交叉裂隙。

《巖土力學(xué)》2015年第6期題為《交叉裂隙水力學(xué)開(kāi)度的計(jì)算及非線性水力特性研究》中作者劉日成等介紹了一種用于交叉裂隙水力學(xué)開(kāi)度計(jì)算的試驗(yàn)方法，但其中的交叉裂隙是在矩形玻璃板中進(jìn)行預(yù)制的，由于矩形玻璃板中心到各個(gè)出水口的距離不同會(huì)導(dǎo)致存在多個(gè)出水口時(shí)不同滲流路徑的水力梯度不同而只能采取近似平均的方法確定，水力梯度計(jì)算結(jié)果準(zhǔn)確性差。

綜上，現(xiàn)有技術(shù)中針對(duì)巖體裂隙滲流模擬的裝置不能模擬更為復(fù)雜的交叉裂隙。另外，目前對(duì)于交叉裂隙滲流的研究使用的是矩形玻璃，當(dāng)存在多個(gè)滲流路徑時(shí)很難保證沿不同滲流路徑水力梯度是相同的，導(dǎo)致水力梯度計(jì)算結(jié)果準(zhǔn)確性差。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的是提供一種模擬致密巖體交叉裂隙滲流試驗(yàn)裝置，實(shí)現(xiàn)水在致密巖體中滲流的模擬，從而為研究致密巖體裂隙中水滲流的規(guī)律及機(jī)理提供參考，其可模擬更為復(fù)雜的交叉裂隙，提高水力梯度計(jì)算結(jié)果準(zhǔn)確性。

為了實(shí)現(xiàn)上述實(shí)用新型目的，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案為：

一種模擬致密巖體交叉裂隙滲流試驗(yàn)裝置，包括：

交叉裂隙滲流模塊，其包括固定在一起的圓形的第一玻璃板和兩塊第二玻璃板，所述第一玻璃板位于所述兩塊第二玻璃板之間，且所述第一玻璃板與所述兩塊第二玻璃板相互接觸的四周邊緣位置密封；

其中，所述第一玻璃板上具有至少兩個(gè)交叉的裂隙，每個(gè)裂隙的兩端在所述第一玻璃板的邊緣對(duì)應(yīng)的兩端位置分別形成對(duì)應(yīng)的入水口和出水口。

具體的，所述兩塊第二玻璃板的直徑相同，所述第一玻璃板的直徑大于所述兩塊第二玻璃板的直徑，從而形成凸出于所述兩塊第二玻璃板的凸出部，所述入水口和出水口分別位于所述凸出部上。

進(jìn)一步的，每個(gè)所述入水口和出水口分別夾持連接一個(gè)可夾持式流入/流出容器。

具體的，所述可夾持式流入/流出容器包括基體和用于將所述基體連接至所述凸出部的夾持部，所述基體上設(shè)有液體流通的輸入/輸出通道；

在每個(gè)所述入水口處，所述輸入/輸出通道一端與所述入水口連接，另一端與進(jìn)水導(dǎo)管連接，且所述進(jìn)水導(dǎo)管上設(shè)有第一閥門；

在每個(gè)所述出水口處，所述輸入/輸出通道一端與所述出水口連接，另一端與出水導(dǎo)管連接，且所述出水導(dǎo)管上設(shè)有第二閥門；

其中，所述夾持部的形狀與所述凸出部相適應(yīng)，以將所述可夾持式流入/流出容器夾緊在所述交叉裂隙滲流模塊的凸出部，所述夾持部與所述凸出部相接觸的邊緣位置密封。

進(jìn)一步的，所述可夾持式流入/流出容器的基體上嵌有微型滲壓計(jì)。

進(jìn)一步的，所述可夾持式流入/流出容器的夾持部呈矩形凹槽狀結(jié)構(gòu)，所述第一玻璃板的凸出部的一部分伸入所述凹槽后邊緣位置密封。

進(jìn)一步的，所述兩塊第二玻璃板和第一玻璃板以圓心為中心對(duì)齊后壓緊并在三塊玻璃板四周相互接觸的邊緣位置涂抹密封膠密封。

進(jìn)一步的，所述第一玻璃板中的裂隙沿著第一玻璃板的厚度方向是完全貫通的。

進(jìn)一步的，所述第一玻璃板上的至少兩個(gè)交叉的裂隙為具有預(yù)定參數(shù)的裂隙或者為玻璃碎裂自然形成的裂隙。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有如下有益效果：

本實(shí)用新型提供的模擬致密巖體交叉裂隙滲流試驗(yàn)裝置具有交叉裂隙滲流模塊，其包括固定在一起的圓形的第一玻璃板和兩塊第二玻璃板，所述第一玻璃板位于所述兩塊第二玻璃板之間，且所述第一玻璃板與所述兩塊第二玻璃板相互接觸的四周邊緣位置密封；其中，所述第一玻璃板上具有至少兩個(gè)交叉的裂隙，每個(gè)裂隙的兩端在所述第一玻璃板的邊緣對(duì)應(yīng)的兩端位置分別形成對(duì)應(yīng)的入水口和出水口。這樣，由于第一玻璃板上具有至少兩個(gè)交叉的裂隙，本實(shí)用新型在實(shí)現(xiàn)水在致密巖體中滲流的模擬而為研究致密巖體裂隙中水滲流的規(guī)律及機(jī)理提供參考的基礎(chǔ)上，其可模擬更為復(fù)雜的交叉裂隙。另外，采用圓形玻璃板構(gòu)成交叉裂隙滲流模塊，圓形玻璃板圓心到圓周上任意一點(diǎn)的距離都是相等的，因此不同滲流路徑下的水力梯度都相同，從而可以根據(jù)入/出水口的水壓力而準(zhǔn)確計(jì)算得到水力梯度。相比于現(xiàn)有技術(shù)可大大提高水力梯度計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性，從而提高了試驗(yàn)結(jié)果的精確度。

附圖說(shuō)明

圖1為模擬致密巖體交叉裂隙滲流試驗(yàn)裝置示意圖；

圖2為可夾持式流入/流出容器示意圖；

圖3為交叉裂隙滲流模塊示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作更進(jìn)一步的說(shuō)明。

本實(shí)用新型實(shí)施例提供一種模擬致密巖體交叉裂隙滲流試驗(yàn)裝置，包括交叉裂隙滲流模塊，其包括固定在一起的圓形的第一玻璃板和兩塊第二玻璃板，所述第一玻璃板位于所述兩塊第二玻璃板之間，且所述第一玻璃板與所述兩塊第二玻璃板相互接觸的四周邊緣位置密封；其中，所述第一玻璃板上具有至少兩個(gè)交叉的裂隙(本實(shí)施例中以兩個(gè)為例說(shuō)明)，每個(gè)裂隙的兩端在所述第一玻璃板的邊緣對(duì)應(yīng)的兩端位置分別形成對(duì)應(yīng)的入水口和出水口。

具體的，所述兩塊第二玻璃板的直徑相同，所述第一玻璃板的直徑大于所述兩塊第二玻璃板的直徑，從而形成凸出于所述兩塊第二玻璃板的凸出部，所述入水口和出水口分別位于所述凸出部上。每個(gè)所述入水口和出水口分別夾持連接一個(gè)可夾持式流入/流出容器，實(shí)現(xiàn)水流的流入和流出。

具體的，所述可夾持式流入/流出容器包括基體和用于將所述基體連接至所述凸出部的夾持部，所述基體上設(shè)有液體流通的輸入/輸出通道；在每個(gè)所述入水口處，所述輸入/輸出通道一端與所述入水口連接，另一端與進(jìn)水導(dǎo)管連接，且所述進(jìn)水導(dǎo)管上設(shè)有第一閥門；在每個(gè)所述出水口處，所述輸入/輸出通道一端與所述出水口連接，另一端與出水導(dǎo)管連接，且所述出水導(dǎo)管上設(shè)有第二閥門；其中，所述夾持部的形狀與所述凸出部相適應(yīng)，以將所述可夾持式流入/流出容器夾緊在所述交叉裂隙滲流模塊的凸出部，所述夾持部與所述凸出部相接觸的邊緣位置密封。

進(jìn)一步的，所述可夾持式流入/流出容器的基體上嵌有微型滲壓計(jì)，可連接計(jì)算機(jī)，記錄內(nèi)部水壓力。

進(jìn)一步的，所述可夾持式流入/流出容器的夾持部呈矩形凹槽狀結(jié)構(gòu)，所述第一玻璃板的凸出部的一部分伸入所述凹槽后邊緣位置密封。

進(jìn)一步的，所述兩塊第二玻璃板和第一玻璃板以圓心為中心對(duì)齊后壓緊并在三塊玻璃板四周相互接觸的邊緣位置涂抹密封膠密封。

進(jìn)一步的，所述第一玻璃板中的裂隙沿著第一玻璃板的厚度方向是完全貫通的。所述第一玻璃板上的至少兩個(gè)交叉的裂隙為具有預(yù)定參數(shù)的裂隙或者為玻璃碎裂自然形成的裂隙。

本實(shí)用新型提供的模擬致密巖體交叉裂隙滲流試驗(yàn)裝置具有交叉裂隙滲流模塊，其包括固定在一起的圓形的第一玻璃板和兩塊第二玻璃板，所述第一玻璃板位于所述兩塊第二玻璃板之間，且所述第一玻璃板與所述兩塊第二玻璃板相互接觸的四周邊緣位置密封；其中，所述第一玻璃板上具有至少兩個(gè)交叉的裂隙，每個(gè)裂隙的兩端在所述第一玻璃板的邊緣對(duì)應(yīng)的兩端位置分別形成對(duì)應(yīng)的入水口和出水口。這樣，由于第一玻璃板上具有至少兩個(gè)交叉的裂隙，本實(shí)用新型在實(shí)現(xiàn)水在致密巖體中滲流的模擬而為研究致密巖體裂隙中水滲流的規(guī)律及機(jī)理提供參考的基礎(chǔ)上，其可模擬更為復(fù)雜的交叉裂隙。另外，采用圓形玻璃板構(gòu)成交叉裂隙滲流模塊，圓形玻璃板圓心到圓周上任意一點(diǎn)的距離都是相等的，因此不同滲流路徑下的水力梯度都相同，從而可以根據(jù)入/出水口的水壓力而準(zhǔn)確計(jì)算得到水力梯度。相比于現(xiàn)有技術(shù)可大大提高水力梯度計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性，從而提高了試驗(yàn)結(jié)果的精確度。

下面結(jié)合附圖以及具體示例說(shuō)明本實(shí)用新型。

如圖1所示的一種模擬致密巖體交叉裂隙滲流試驗(yàn)裝置，包括入水口1、閥門2、四個(gè)可夾持式流入/流出容器3、交叉裂隙滲流模塊4、出水口5和導(dǎo)水管8(包括進(jìn)水導(dǎo)管和出水導(dǎo)管)。

如圖2所示可夾持式流入/流出容器，是一個(gè)特制夾子，夾子內(nèi)部為中空結(jié)構(gòu)，呈矩形凹槽狀結(jié)構(gòu)，所述第一玻璃板的凸出部的一部分伸入所述凹槽后邊緣位置密封。外部除夾子口部(即夾持部)外其余部分密封良好，利用夾子口部夾緊含交叉裂隙的玻璃板7上一個(gè)裂隙的兩個(gè)端部的位置(對(duì)應(yīng)進(jìn)水口和出水口)，在與之相對(duì)的一端通過(guò)預(yù)留孔外接導(dǎo)水管，可以實(shí)現(xiàn)水流從水源經(jīng)由可夾持式流入/流出容器3而流入裂隙。通過(guò)控制導(dǎo)水管上的閥門2可以控制可夾持式流入/流出容器3中是否有水源流入/出裂隙；通過(guò)微型滲壓計(jì)9可以監(jiān)測(cè)到可夾持式流入/流出容器3內(nèi)部水源的水壓力。

如圖3所示，交叉裂隙滲流模塊4由兩塊直徑相同的高強(qiáng)玻璃板6和一塊含交叉裂隙(即兩個(gè)交叉的裂隙)圓形玻璃板7組成，含交叉裂隙的玻璃板7的尺寸(即直徑)略大于高強(qiáng)玻璃板6，兩塊高強(qiáng)玻璃板6分別放在含交叉裂隙的玻璃板7的兩邊，三塊玻璃板以圓心中心對(duì)齊后壓緊并在三塊玻璃板四周相互接觸的位置涂抹密封膠，可以實(shí)現(xiàn)在滲流過(guò)程中水只在裂隙內(nèi)部產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)。

本實(shí)用新型示例的模擬致密巖體交叉裂隙滲流試驗(yàn)裝置包括入水口1、閥門2、四個(gè)可夾持式流入/流出容器3、交叉裂隙滲流模塊4、出水口5和導(dǎo)水管8組成。其中，所述可夾持式流入/流出容器3上嵌有微型滲壓計(jì)9，所述交叉裂隙滲流模塊4由上至下依次為高強(qiáng)玻璃板6、含交叉裂隙的玻璃7和高強(qiáng)玻璃板6。

可夾持式流入/流出容器3是一個(gè)特制夾子，夾子內(nèi)部為中空結(jié)構(gòu)，外部除夾子口部外其余部分密封良好，利用夾子口部夾緊含交叉裂隙玻璃板7上裂隙端部的位置，在與之相對(duì)的一端通過(guò)預(yù)留孔外接導(dǎo)水管8。

為保證水流裂隙端部進(jìn)入裂隙過(guò)程中不發(fā)生滲漏，在可夾持式流入/流出容器3的夾子口部夾緊含交叉裂隙的玻璃板7后要在兩者相接觸的位置涂抹密封膠。為了確?？蓨A持式流入/流出容器3的夾子口部與玻璃板7之間完全貼合，根據(jù)需要可在二者之間加墊適當(dāng)大小的具有彈性的物質(zhì)，如橡膠等。

在可夾持式流入/流出容器3上嵌有微型滲壓計(jì)9，通過(guò)微型滲壓計(jì)9可以測(cè)得可夾持式流入/流出容器3內(nèi)部的水壓力大小。

交叉裂隙滲流模塊4由兩塊相同的高強(qiáng)玻璃板6和一塊含交叉裂隙的玻璃板7組成，含交叉裂隙的玻璃板7的尺寸(即直徑)略大于高強(qiáng)玻璃板6，高強(qiáng)玻璃板6分別放在含交叉裂隙的玻璃板7的兩邊，三塊玻璃板以圓心中心對(duì)齊后壓緊并在三塊玻璃板四周相互接觸的位置涂抹密封膠。為了防止含交叉裂隙的玻璃板7凸出高強(qiáng)玻璃板6邊緣部分(即凸出部)的裂隙中流入密封膠，可以預(yù)先在這些部位粘貼透明膠帶作為保護(hù)。

本示例中含交叉裂隙的玻璃板7是一塊普通圓形玻璃板，玻璃板中的裂隙沿著厚度方向是完全貫通的，交叉裂隙的粗糙度、長(zhǎng)度、夾角等參數(shù)根據(jù)試驗(yàn)研究的需要是可以任意選取的。對(duì)于具有特定參數(shù)的裂隙可以先將裂隙參數(shù)進(jìn)行數(shù)字化，根據(jù)數(shù)字化結(jié)果通過(guò)程序控制水刀對(duì)玻璃板7進(jìn)行切割從而得到具有特定參數(shù)的交叉裂隙；對(duì)于自然形成的交叉裂隙，可以對(duì)玻璃板7進(jìn)行物理打擊得到。交叉裂隙制作完畢后對(duì)含交叉裂隙玻璃板7進(jìn)行拼接時(shí)，根據(jù)交叉裂隙所需的力學(xué)開(kāi)度選擇具有相同厚度的夾板放在裂隙中，從而可以得到具有一定力學(xué)開(kāi)度的交叉裂隙。由于致密巖體中的滲流基本只發(fā)生在裂隙內(nèi)部，而玻璃的滲透性是極差的，因而選用玻璃模擬致密巖體是合理的。

含交叉裂隙的玻璃板7選擇了圓形玻璃板，圓形玻璃板圓心到圓周上任意一點(diǎn)的距離都是相等的，因此不同滲流路徑下的水力梯度都相同，而且可以根據(jù)入/出水口的水壓力而準(zhǔn)確計(jì)算得到。如果玻璃板7采用矩形等其他形狀，在同時(shí)存在多個(gè)出水口時(shí)由于無(wú)法保證滲流路徑的相同，不同路徑的水力梯度也不相同因而只能采用近似平均的方法計(jì)算各滲流路徑的水力梯度。而采用圓形玻璃板則不存在類似的問(wèn)題，可以計(jì)算得到不同滲流路徑的準(zhǔn)確水力梯度，從而提高了試驗(yàn)結(jié)果的精確度。

本實(shí)用新型示出的模擬致密巖體交叉裂隙滲流試驗(yàn)裝置相比現(xiàn)有技術(shù)，至少具有以下有益效果：

1.模擬致密巖體交叉裂隙滲流試驗(yàn)裝置可以對(duì)巖體中的交叉裂隙進(jìn)行模擬，而不僅限于單一裂隙；對(duì)于交叉裂隙的制作方法簡(jiǎn)單，成本低廉，交叉裂隙的形式多樣，可以滿足多種試驗(yàn)?zāi)康摹?/p>

2.通過(guò)可夾持式流入/流出容器3實(shí)現(xiàn)了水源從外部向裂隙內(nèi)的滲流，交叉裂隙滲流模塊4則實(shí)現(xiàn)了水只在交叉裂隙內(nèi)部進(jìn)行滲流，另外通過(guò)可夾持式流入/流出容器3和交叉裂隙滲流模塊4很好地實(shí)現(xiàn)了滲流試驗(yàn)中對(duì)水的密封問(wèn)題。

3.為了提高含交叉裂隙的玻璃板7中交叉裂隙的精度，交叉裂隙的制作包括但不限于以下方法：對(duì)于具有特定參數(shù)的裂隙可以先將裂隙參數(shù)進(jìn)行數(shù)字化，根據(jù)數(shù)字化結(jié)果通過(guò)程序控制水刀對(duì)玻璃板7進(jìn)行切割從而得到具有特定參數(shù)的交叉裂隙；對(duì)于自然形成的交叉裂隙，可以對(duì)玻璃板7進(jìn)行物理打擊得到。交叉裂隙制作完畢后對(duì)含交叉裂隙玻璃板7進(jìn)行拼接時(shí)，根據(jù)交叉裂隙所需的力學(xué)開(kāi)度選擇具有相同厚度的夾板放在裂隙中，從而可以得到具有一定力學(xué)開(kāi)度的交叉裂隙。

4.為了使交叉裂隙不同滲流路徑上的水力梯度相同，在選擇含交叉裂隙的玻璃板7時(shí)特地選擇了圓形玻璃板。由于圓形中心到邊界任一點(diǎn)的距離是相等的，因而可以確保不同滲流路徑的長(zhǎng)度相同，從而保證不同滲流路徑的水力梯度也相同，從而可以根據(jù)入/出水口的水壓力精確計(jì)算得到各滲流路徑的水力梯度，增加了試驗(yàn)結(jié)果的精確度。

5.通過(guò)控制多個(gè)閥門2的開(kāi)關(guān)狀態(tài)，可以控制交叉裂隙入水口和出水口的數(shù)量和位置，從而可以模擬多種交叉裂隙滲流時(shí)入/出水口組合，豐富了對(duì)不同工況的模擬。

6.通過(guò)可夾持式流入/流出容器3中嵌置的微型滲壓計(jì)9可以測(cè)得裂隙入口位置的水壓力，可以通過(guò)調(diào)節(jié)入水口的水量大小實(shí)現(xiàn)水流以某一穩(wěn)定的水壓力進(jìn)入裂隙，從而可以模擬裂隙入水口定水壓力情況下交叉裂隙的滲流。

以上所述僅是本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出：對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本實(shí)用新型原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。