一种模拟在日照降雨及风化作用下水流对库岸边坡岩体冲刷作用的装置

技术领域

本发明涉及岩土力学试验领域中在考虑自然条件时，如日照、降雨、风化作用等，水流冲刷作用对库岸边坡岩体产生的影响及水位升降对消落带岩体的作用。

技术背景

在现有的试验装置中，涉及水流冲刷作用及水位升降对消落带岩体影响的试验装置和设备还比较少，尤其是在考虑各种常见的自然状况包括日照、降雨、风化作用时，同时开展关于水流对库岸边坡岩体冲刷作用的装置更是寥寥无几。本装置的设计可以较为直观的模拟在日照、降雨、风化作用的交替作用下，库水冲刷和水位升降对库岸边坡消落带岩石的作用，并且可控制水流流速、消落带面积、日照时间、降雨量大小及作用时间、干湿循环时间及次数等不同变量对试验结果产生的不同影响，进一步探究库岸边坡岩体的水岩耦合作用及岩石力学损伤机理。根据水流冲刷作用对岩石特定表面的侵蚀磨损状况，对水流冲刷作用展开量化研究，后期可对试验岩样进行CT探伤扫描、微观电镜扫描、切片分析等，进而分析评价岩石的物理性质及力学特征。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种仪器能够模拟在日照、降雨及风化作用条件下水流对库岸边坡岩体冲刷作用和库水水位升降所产生的消落带对岩石的外形、物理及力学性质的影响。

本发明的目的是这样实现的：一种模拟在日照降雨及风化作用下水流对库岸边坡岩体冲刷作用的装置包括试验仓、及设在所述试验仓内的螺旋搅拌器轴，螺旋搅拌器轴上设有螺旋搅拌器叶片，岩样容器边缘与试验仓边缘相接、且与试验仓连通；

试验仓内壁顶部轴心处有日照模拟器。

进一步讲,岩样容器内壁设有密封层。

进一步讲,试验仓内壁顶面固定中空环状的喷水器，喷水器与外接供水装置相连接,喷水器表面设有喷水孔洞。

进一步讲,试验仓外部顶面处连接有鼓风机。

还可以,所述喷水器内部设有旋转挡片,旋转挡片绕喷水器中心旋转。

本发明的优点在于，本装置可考虑水流冲刷岩样的速度、侵入水中的岩样高度、岩样干湿循环时间和次数、降雨量大小、日照时长及温度等因素单独对岩样的影响和作用效果，还可综合考虑上述因素后模拟在日照降雨、风化作用的实际自然条件下水流对库岸边坡岩体的冲刷作用和水位升降产生的消落带对库岸边坡岩体的影响。

同时本装置弥补了在室内条件下模拟水流冲刷和水位升降产生的消落带对库岸边坡岩体影响的试验设备空白，减小了对库岸边坡岩体研究的难度。通过水流冲刷作用对岩石特定表面的侵蚀磨损状况，从而对冲刷作用展开量化研究，后期可对试验岩样进行CT探伤扫描、微观电镜扫描、切片分析、三轴压缩试验等，进一步量化分析评价岩石的物理性质及力学特征。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步说明。

图1为本发明的结构示意图。

图2为环状喷水器的结构示意图。

图3为图2的A-A断面视图。

图4是岩样容器横断面示意图。

图5是图1的顶视图。

如图所示，试验仓1，岩样容器2，岩样3，螺旋搅拌器轴4，螺旋搅拌器叶片5，电动机6，喷水器7，日照模拟器8，鼓风机9，出水口10，喷水孔洞11，旋转挡片12，充气垫13，水位感应器14。

具体实施方式

参见图1、图5，一种模拟在日照、降雨及风化作用条件下水流对库岸边坡岩体冲刷作用的装置包括试验仓1及设在所述试验仓内的螺旋搅拌器轴4，试验仓1优选的为圆桶状,螺旋搅拌器轴4上设有螺旋搅拌器叶片5,螺旋搅拌器轴4与试验仓1外的电动机6连通，电动机6转动带动搅拌器转动为试验仓1中的水产生沿容器内壁流动动力，沿试验仓1圆周周长四等分处分别设有四个岩样容器2，岩样容器2边缘与试验仓1边缘相接且与试验仓1连通。岩样容器2内壁设有密封层,如图4中在岩样容器2内壁与密封层之间设有冲气垫13,冲气垫13与高压气源连通,以此模拟不同水流流速对岩样的冲刷作用,从而实现部分岩样受到水流冲刷，更真实的模拟自然条件下受到水流冲刷的库岸岩体状态(现实中只有局部岩石受到水流的冲刷)。

工作时,岩样3放置在所述岩样容器2中，岩样3侧表面部分置于岩样容器中，部分裸露于试验仓1内，当试验仓1内的螺旋搅拌器轴4带动螺旋搅拌器叶片5旋转,使试验仓水流沿试验仓内壁匀速流动时，经过裸露于试验仓内的岩样会受到定向水流的冲刷作用，且可通过调节螺旋搅拌器轴4转速达到控制水流流速的目的。

试验仓1上表面内壁处固定有中空环状喷水器7，与外接供水装置相连接，如图2、图3中,喷水器7外表面向下一侧被平均分成若干等面积部分,每隔一定间距分布有细小喷水孔洞11,水流从喷水孔洞11中喷出，喷洒到试验仓1内的岩样3裸露的表面上，喷水器内部设有可绕喷水器中心旋转的旋转挡片12，通过调节旋转挡片12的旋转数度，可调控水流喷出所要流经孔洞的数量，从而达到控制水流流量大小的目的。环状喷水器位于内壁顶面轴心处，以确保喷出的水能均匀喷洒在周围岩样裸露表面上。试验仓内壁设有水位感应器，可随时监控水位。

试验仓1内壁顶部轴心处有日照模拟器8能辐射热量和可见光，可模拟在日照条件对岩样的影响。

试验仓1外部顶面处连接有鼓风机9，在进行干湿循环试验及风化作用模拟试验时，打开出水口，放干所有试验仓内的水，打开鼓风机和日照模拟器，对试验仓内的岩样裸露表面进行风干或者烘干，然后关闭出水口、鼓风机和日照模拟器，打开环状喷水器和螺旋搅拌器，重复浸泡试验或者降雨模拟试验。

环状喷水器轴心处有日照模拟器8，对日照模拟器8可进行日照时长和日照强度的调节，且能够使光照和热辐射均匀的照射到岩样上，从而模拟日照强度及日照温度对裸露岩样表面的影响。

试验仓1设有出水口10，可与喷水器7相互协调调节容器内部水位液面高度，内置于试验仓1内部的水位感应器14能实测试验仓1内的水位高度,使岩样浸泡在水中的高度发生预定的变化，从而模拟水位升降产生的消落带对库岸边坡岩体的影响。

试验仓1外部顶面处连接有鼓风机9，在进行干湿循环试验及风化作用模拟试验时，打开出水口10，放干所有试验仓1内的水，打开鼓风机9和日照模拟器8，对试验仓1内的岩样裸露表面进行风干或者烘干，然后关闭出水口10、鼓风机9和日照模拟器8，打开环状喷水器7和螺旋搅拌器，重复浸泡试验或者降雨模拟试验。