[发明专利]基于劣化特征隧道富水及枯水交替突涌试验装置与方法

说明书

本发明公开了一种基于劣化特征隧道富水及枯水交替突涌试验装置与方法，包括试验台框架，所述试验台框架的下表面固定连接有若干个承载加固板，且试验台框架内填充有模拟围岩岩石结构，所述模拟围岩岩石结构内预埋有储水构造、压力盒和渗压计。通过设置储水构造，利用高压的氮气提供压力，从而驱动蓄水罐内的水，为试验系统的储水构造提供稳定的水压力，同时，气体在压缩作用下具有快速膨胀性，当隧道发生突水的瞬间，气体可以迅速膨胀，从而提供持续的水压力，有效避免了普通水泵等装置由于突然性大流量水突出导致水压力的瞬间泄压，实现了隧道富水及枯水交替突涌水作用等力学参数的实施记录，能保证此类地质试验和工程设计精准。

技术领域

本发明涉及岩土工程技术领域，具体为一种基于劣化特征隧道富水及枯水交替突涌试验装置与方法。

背景技术

随着我国经济建设的蓬勃发展，对基础设施、尤其是交通设施建设的要求也在不断的提高。在公路、铁路等基础设施的建设过程中，隧道具有缩短线路里程、改善交通运营条件等特点，得到广泛的应用。近十几年来，我国重大工程建设重心由地形地质条件良好的区域向地形地质条件极端复杂的西部山区与岩溶地区转移，正在或即将修建大量的高风险深长隧道工程。深长隧道工程由于埋深大、洞身长、地质条件复杂，在修建过程中，会遇到一系列特殊的地质灾害问题，如:软弱破碎带、节理发育、断层发育、高地应力、岩爆、突水、突泥、突砂、高瓦斯、高地温等问题，其中又以岩溶隧道突涌水最为常见，危害性也最大。同时，我国是世界上岩溶分布最广的国家，西部已建和在建隧道中位于岩溶地区的隧道占有相当大的比例，在这些隧道中，围岩富含水体，给隧道的施工和运营带来了很大的突水风险。

隧道突涌水灾害是指在铁路、公路、水利水电、矿井等地下工程开挖过程中，由于揭露岩溶通道的组成部分、构造富水带、或渗流击穿隧洞壁而产生的突水现象。隧道突涌水通常具有突发性、高流速、压力大、破坏性强等特点，因其发生过程突然，规模和动力特征很难预测，容易造成大规模围岩失稳，堵塞隧道，淹埋设备，导致隧道报废或人身伤亡事故，使工程建设遭受严重损失，影响隧道的长期运营及地表的生态环境。

隧道突涌水的主要成因是岩溶溶腔水位变化使隧道隔水岩体处于富水及干枯交替环境中，在此环境中的隔水岩体强度逐渐劣化，承载能力变弱，使得隧道断面在地应力作用下呈现收敛趋势，同时叠加因溶腔内水压力直接作用在隔水岩体上给岩层外侧面带来的张拉效应，使得隔水岩层强度劣化更加显著，随着干湿交替次数的增加，最终隧道隔水围岩失稳破坏，溶腔内压力水体涌入隧道形成突水，为此，我们提出一种基于劣化特征隧道富水及枯水交替突涌试验装置与方法。

发明内容

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种基于劣化特征隧道富水及枯水交替突涌试验装置与方法，解决了背景技术提出的问题。

(二)技术方案

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于劣化特征隧道富水及枯水交替突涌试验装置与方法，包括试验台框架，所述试验台框架的下表面固定连接有若干个承载加固板，且试验台框架内填充有模拟围岩岩石结构，所述模拟围岩岩石结构内预埋有储水构造、压力盒和渗压计，所述模拟围岩岩石结构内开设有让位孔，且让位孔内设置有隧道模型，所述隧道模型靠近储水构造设置，且隧道模型的一侧固定连接有位移传感器，所述位移传感器、压力盒和渗压计均通过导线电性连接有计算机，所述模拟围岩岩石结构的上方设置有加载装置；

所述储水构造包括蓄水罐、储气瓶和两个电控阀门，所述储气瓶通过管道与蓄水罐的上端连通设置，且蓄水罐的下端连通有排水管，两个所述电控阀门分别位于管道和排水管内设置，所述蓄水罐、储气瓶靠近试验台框架设置，且排水管位于试验台框架内设置。

作为本发明进一步的方案，所述试验台框架的上端固定连接有密封盖，且密封盖位于加载装置下方设置，所述试验台框架的内壁固定连接有密封阻水带，且密封阻水带与密封盖为过盈配合。