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原文传递一种模拟心墙坝水力劈裂的可视化试验装置及试验方法

专利名称：	一种模拟心墙坝水力劈裂的可视化试验装置及试验方法
摘要：	本发明公开了一种模拟心墙坝水力劈裂的可视化试验装置及试验方法，包括压力室壳体、围压施压机构、轴压施加机构、试样裂缝破坏机构和监测机构；压力室壳体包括底座、压力室顶盖、钢板和高强钢化玻璃。心墙试样放置在压力室中部，心墙试样两侧布设砂层，砂层与钢板间形成围压腔；心墙试样具有初始裂缝；初始裂缝内填充具有彩色示踪剂的砂层；围压施压机构包括围压进孔、围压出孔和围压溢出管；轴压施加机构用于向心墙试样施加轴向压力；试样裂缝破坏机构包括水压进孔和水压出孔；监测机构包括围压传感器、水压传感器、轴压传感器和电磁流量计。本发明能实现水力劈裂试验过程的可视化，从而能有效地应用于心墙坝水力劈裂试验研究。
专利类型：	发明专利
申请人：	河海大学
发明人：	甘磊;陈官运;马洪影;吴健;马泽锴;徐超群
专利状态：	有效
申请日期：	1900-01-20T10:00:00+0805
发布日期：	1900-01-20T19:00:00+0805
申请号：	CN202010026502.7
公开号：	CN111175139A
代理机构：	南京经纬专利商标代理有限公司
代理人：	石艳红
分类号：	G01N3/12;G01N3/06;G01N1/36;G;G01;G01N;G01N3;G01N1;G01N3/12;G01N3/06;G01N1/36
申请人地址：	211100 江苏省南京市江宁开发区佛城西路8号
主权项：	1.一种模拟心墙坝水力劈裂的可视化试验装置，其特征在于：包括压力室壳体、围压施压机构、轴压施加机构、试样裂缝破坏机构和监测机构；压力室壳体包括底座、压力室顶盖和连接底座和压力室顶盖的四块侧板，其中两块相对设置的侧板为钢板，另外两块相对设置的侧板为透明板；心墙试样放置在压力室的中部，心墙试样朝向透明板的两侧面与透明板内壁面相接触，心墙试样朝向钢板的两侧面均设置有砂层，且砂层与对应的钢板之间均具有间隙，并形成两个围压腔；其中一个围压腔为进水围压腔，另一个围压腔为出水围压腔；与进水围压腔相接触的砂层称为进水砂层，与出水围压腔相接触的砂层称为出水砂层；心墙试样具有垂直于透明板且水平贯穿的初始裂缝；初始裂缝邻近进水砂层设置，且内部填充有示踪砂层，示踪砂层为预埋有彩色示踪剂的砂层；围压施压机构包括水体、围压进孔、围压出孔和围压溢出管；水体通过围压进孔向进水围压腔施加围压，围压出孔和围压溢出管均与出水围压腔相连通；轴压施加机构位于心墙试样顶部，用于向心墙试样施加轴向压力；试样裂缝破坏机构包括水体、水压进孔和水压出孔；水体通过水压进孔向进水砂层施加初始裂缝破坏水压；水压出孔设置在位于出水砂层底部的底座中；监测机构包括围压传感器、水压传感器、轴压传感器和电磁流量计；围压传感器设置在围压进孔中，水压传感器设置在水压进孔中，轴压传感器设置在轴压施加机构中，电磁流量计设置在水压出孔中。 2.根据权利要求1所述的模拟心墙坝水力劈裂的可视化试验装置，其特征在于：监测机构还包括孔压传感器，孔压传感器设置在孔压引水管上，孔压引水管按设定间距埋置在心墙试样中。 3.根据权利要求2所述的模拟心墙坝水力劈裂的可视化试验装置，其特征在于：孔压引水管具有5根，均布设在初始裂缝与出水砂层之间，5根孔压引水管与初始裂缝之间的距离分别为1mm、10mm、20mm、35mm、55mm；孔压引水管插入心墙试样中部且位于初始裂缝截面以下20mm，每根孔压引水管上均布设进水孔，且外周均包裹有透水土工布，孔压引水管顶端连接孔压传感器。 4.根据权利要求1所述的模拟心墙坝水力劈裂的可视化试验装置，其特征在于：透明板为高强钢化玻璃，能承担不低于10MPa的围压。 5.一种模拟心墙坝水力劈裂的可视化试验方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤1，制作试样模具：制作一个与心墙试样尺寸相匹配的试样模具；步骤2，制备心墙试样，具体制备方法，包括如下步骤：步骤21，安装试样模具：将试样模具安装在底座上，在试样模具内表面设置一层透明膜；步骤22，试样填筑：在试样模具内分层填筑进水砂层、出水砂层及粘土心墙；步骤23，埋置孔压引水管：当试样填筑到距离心墙试样中部截面以下20mm处，将包裹有透水土工布的孔压引水管按设定间距摆放并固定，继续试样填筑；步骤24，制作初始裂缝：当试样填筑至中部截面时，在邻近进水砂层处布设贯穿心墙前后侧面的示踪砂层，示踪砂层中的砂石中预埋有彩色示踪剂；步骤25，完成试样制作：继续填筑试样至设定高度，将试样压盖压在试样顶部，拆除试样模具；步骤3，安装压力室壳体：在制备的心墙试样外侧安装压力室壳体，压力室壳体与进水砂层及出水砂层之间均具有围压腔，与初始裂缝相接触的压力室壳体为透明板；步骤4，加载围压：打开围压溢出管的闸阀，通过围压进孔向围压腔内输水，直至围压溢出管有水流出，关闭围压溢出管的闸阀，继续向围压腔内输水；此时，围压传感器实时监测围压进孔内的输水压力，当达到设定的输入压力时，停止向围压进孔输水；步骤5，加载轴向压力：轴压施加机构向下移动，从而向心墙试样施加轴压，此时，轴压传感器实时监测所施加的轴压，当达到设定的轴压时，轴压施加机构停止下移；步骤6，加载试样裂缝破坏压力：通过水压进孔向进水砂层中输水，直至心墙试样完全破坏；步骤7，破坏过程的可视化监测：在加载试样裂缝破坏压力的同时，透过透明板观察初始裂缝的发展，通过观测彩色示踪剂的运动，能直观地观测到初始裂缝内水流的流向和初始裂缝的发展过程。 6.根据权利要求5所述的模拟心墙坝水力劈裂的可视化试验方法，其特征在于：步骤7中，通过孔压传感器实时监测破坏过程中孔压的变化情况，通过连接在水压出孔上的电磁流量计监测出水量。 7.根据权利要求5或6所述的模拟心墙坝水力劈裂的可视化试验方法，其特征在于：还包括步骤8，不同工况下的可视化试验：改变加载条件，重复步骤1至步骤7，进行不同工况下的可视化试验。 8.根据权利要求7所述的模拟心墙坝水力劈裂的可视化试验方法，其特征在于：还包括步骤9，水力劈裂机理分析：通过对比分析多组试验成果，总结得出水力劈裂的发生条件以及影响因素。
所属类别：	发明专利