[发明专利]单裂隙非饱和渗流试验系统

说明书

技术领域

本发明涉及裂隙非饱和渗流特性测试技术领域，尤其涉及一种单裂隙非饱和渗流试验系统。

背景技术

在裂隙岩体渗流分析中，为了更好的描述裂隙岩体的非均质各向异性，通常采用离散裂隙网络模型作为数学模型。即认为岩块本身不透水，整个地下水运动是通过较大尺度的裂隙网络来进行的。

传统的离散裂隙网络模型假定立方定律适用于单裂隙渗流，并通过实验和数值模拟研究证明该假定在以下条件下是合理的：(i)裂隙内水流是恒定流；(ii)壁面上下基本平行、不可渗透，粗糙度很小，且足够宽以能忽略其边界效应；(iii)速度场是一维的。

由于立方定律的应用范围受到了上述条件的限制，因此不能正确描述非平面、非平行等特殊裂隙的水流流动规律和平行裂隙内的非恒定流动问题。为了研究各种不同条件下的裂隙水流规律，室内模型实验是一种有效的途径。以往试验采用有机玻璃或钢板形成单裂缝，不能真实模拟裂隙岩体材料，而且试验多是验证立方定律的适用范围，即裂隙内水流是饱和恒定流且壁面光滑。

发明内容

本发明针对现有单裂隙渗流试验不能准确、真实的反映裂隙岩体材料变水头、变裂缝厚度、变裂隙表面粗糙度的水平干裂隙中水流从无到有这个非稳态过程，提供一种单裂隙非饱和渗流试验系统，其测试过程简单、操作方便，结果更符合实际。

为了解决上述问题，本发明提供一种单裂隙非饱和渗流试验系统，包括：常水头供水系统、两块条石、两个垫片、支架和数据采集系统，其中，

所述常水头供水系统用于提供实验用水，通过导流管将水输送至两块条石的石缝中，并控制石缝入水口的压力恒定；；

所述两块条石叠放在一起，两块条石相对的两个面上粘贴有均匀的沙粒，两块条石除入水口和出水口之外的石缝四周密封，实现不透水边界；

所述垫片为细长形状，与条石的长度相等，位于两块条石之间长边的两侧，用于实现缝宽控制，形成水平单裂缝；

所述支架用于固定条石；

所述数据采集系统包括相连的水流位置检测电路和工控机，所述水流位置检测电路在石缝中设置有多个监测点，利用水的导电原理，工控机监测水流流到各个监测点的时刻，实现石缝内水流位置监测。

优选地，上述系统还具有以下特点：

所述常水头供水系统包含有水箱，水箱设有进水口和出水口，水箱的出水口通过恒定水箱内的水面高度来保持恒定压力，通过改变水箱的高度实现进水口的不同定压边界。

优选地，上述系统还具有以下特点：

通过改变如下信息中的一种或多种，进行单裂隙非饱和渗流试验：

（1）水箱内的水面高度；

（2）垫片的厚度；

（3）沙粒的粒径；

（4）沙粒的密度。

优选地，上述系统还具有以下特点：所述垫片的厚度为0.5～2毫米，沙粒的粒径为0.1～0.5mm。

优选地，上述系统还具有以下特点：

所述水流位置检测电路包括多个位置测试电路，每个位置测试电路对应一个监测点；

所述位置测试电路包括第一电阻和第二电阻，所述第一电阻一端接电源及工控机，另一端连接第一端点；所述第二电阻的一端接电源，另一端接工控机和第二端点，其中，

所述第一端点位于条石入水口，第二端点位于监测点；或者，所述第一端点位于监测点，第二端点位于条石入水口。

优选地，上述系统还具有以下特点：

所述第一电阻为小电阻），第二电阻为大电阻。

所述小电阻是指：100～200欧姆的电阻；

大电阻是指：大于等于1M欧姆的电阻。

优选地，上述系统还具有以下特点：

所述条石为天然花岗岩。

优选地，上述系统还具有以下特点：

所述条石的长度为1米，宽度和厚度均为10厘米。

优选地，上述系统还具有以下特点：

所述垫片的长度为1米，宽度为1厘米。

优选地，上述系统还具有以下特点：

所述数据采集系统还包括压力传感器，所述压力传感器设置在石缝入水口处，与工控机相连，用于校核定压边界。

优选地，上述系统还具有以下特点：

所述工控机包含16位多功能数据采集卡（DAQ）可提供高达16位精度的测量，并可与LabVIEW软件轻松集成，监测电压从而采集水流流到某监测点的时刻。