毛細水帶分層取樣試驗裝置制造方法及圖紙

本發(fā)明專利技術涉及一種毛細水帶分層取樣試驗裝置。該裝置由n個單元柱串聯(lián)累疊而成，單元柱的隔離網(wǎng)嵌入嵌網(wǎng)板中，密封槽為沿嵌網(wǎng)板的內沿向外沿打磨約20mm寬、1mm深的淺槽圓環(huán)，其圓環(huán)直徑和深度約等于隔離網(wǎng)的直徑和厚度；下法蘭盤下表面、密封槽邊沿、嵌網(wǎng)板上表面均勻涂抹有機玻璃膠，使下法蘭盤與嵌網(wǎng)板粘合在一起，進而將隔離網(wǎng)與有機玻璃柱管緊密固定；單元柱上法蘭盤與下法蘭盤和嵌網(wǎng)板內外徑尺寸相同，上一單元柱的下法蘭盤可以無縫隙的累疊到下一層單元柱的上法蘭盤上；上下法蘭盤與有機玻璃柱管連接處設有筋板；各單元柱通過法蘭螺孔內的螺栓實現(xiàn)相互連接，從而實現(xiàn)各單元柱密封串聯(lián)累疊。該裝置結構簡單、制造和維修成本低、操作方便、適用性強，可廣泛推廣應用于土木工程、巖土工程等領域，進行毛細水作用下各種巖土體的物理模擬研究。

【技術實現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術屬于巖土工程領域，具體涉及尾礦壩壩體的相似模擬、模擬壩體內毛細水上升速度和高度的測試、毛細水存在下尾礦壩壩體受力情況分析，方便對模擬壩體內毛細水帶不同高度處的尾礦砂進行分層取樣，進而分別測試其物理力學性質，研究毛細水帶不同高度處壩體的物理力學性質及其變化規(guī)律的分層取樣裝置。
技術介紹
尾礦壩是尾礦庫用來擋尾礦和水的圍護構筑物。用當?shù)赝痢⑹炔牧闲拗傻牡蛪谓凶龀跗趬位蚧鶋巍Ｔ谏a(chǎn)過程中隨著尾礦的不斷排入，逐漸用尾礦來沉積加高的壩叫做后期壩或尾礦堆積壩。然而，隨著礦產(chǎn)資源的大規(guī)模開采，我國修筑了數(shù)以萬計的尾礦壩。與之相對的卻是近年來，尾礦壩潰壩事故的頻頻發(fā)生，給人民的生命和財產(chǎn)造成了重大損失，同時也給周邊環(huán)境造成了嚴重破壞，因此，有關尾礦壩穩(wěn)定性的研究顯得日益重要。而垮壩事故絕大部分均是由于水的作用引起的，國內外有關水對尾礦壩穩(wěn)定性的研究也證明了水的存在的確對尾礦壩穩(wěn)定性構成影響。在水對尾礦壩穩(wěn)定性的影響研究方面，Kealy等(1971)建立了確定尾礦壩滲流特征的有限元方法。隨后，國內外學者們進一步地建立了滲流失效、流固耦合作用等多種分析模型。其中，Van(1977)分析了地下排水對尾礦壩穩(wěn)定狀況的改善情況；Abadjiev(1976)和Van(1980)建立了水在尾礦壩內的滲流模型；Klohn(1979)探討了尾礦壩穩(wěn)定性分析中的滲流控制問題 Jeyapalan(1981，1983)、C. B.阿巴德耶夫(1982)、Chandler (1995)和Blight(1997)等研究了滲透靜力對尾礦壩穩(wěn)定性的影響；速寶玉(1991，1994)、尹光志(2005)、Mihai (2009)、信文山(2009)和王強(2009)等研究了尾礦壩滲流場的數(shù)值模擬技術；陳友根等(1991)采用極限平衡理論，評價了壩體抗滑和抗?jié)B穩(wěn)定性；Martin(1999)研究了孔隙水壓力的分布特征；FOUrie(2000)研究了靜力作用下的液化問題；路美麗(2002)分析了多種因素對尾礦壩內滲流場的影響；鄭懷昌等(2005)將界殼理論引入到尾礦庫管理中，在分析尾礦庫界殼結構和各類界門物量交換率的基礎上，探討了通過界殼的物質(水、巖土)對尾礦庫穩(wěn)定性的影響；潘建平等(2006)提出了尾礦壩超靜孔壓的簡化計算式；Rico(2008)探討了洪水漫灘時潰壩的原因；敬小非等(2009)則采用尾礦壩堆壩物理模型試驗模擬了尾礦壩堆積的全過程，并對模型中滲流場進行了監(jiān)測，最后采用有限元法分析了尾礦壩的穩(wěn)定性。馬池香等(2009)運用地球化學、力學及相關理論，從宏觀和微觀兩方面探討了尾礦壩內水土交互作用，并將其概括為水土化學作用、水土物理作用和滲流力學作用。上述研究對尾礦壩的設計建造，及減小尾礦壩潰壩事故起到了重要作用，但這些研究提出的方法和模型都忽略了毛細水的作用。2001年，ICOLD(國際大壩委員會)在一份公告文獻中提出，毛細現(xiàn)象對于尾礦壩的穩(wěn)定性可能存在著影響。2009年,Mari a等采用數(shù)值模擬方法研究了毛細水對尾礦壩穩(wěn)定性的影響，提出尾礦壩的穩(wěn)定性在很大程度上取決于毛細水的作用，毛細水的存在，使得尾礦壩的安全儲備大大降低。這是Maria等通過數(shù)值模擬研究首次得到的結論，具有開創(chuàng)性的意義。因此，研究尾礦壩中毛細水帶的物理力學性質，進而分析尾礦壩的安全儲備，對尾礦壩的穩(wěn)定性進行評估，以確保其安全穩(wěn)定，這對于豐富和發(fā)展鈾尾礦壩穩(wěn)定性分析理論、對于防范垮壩事故的發(fā)生都具有重要意義。分析Maria等的研究發(fā)現(xiàn)，其不足之處在于將毛細水帶作為一個整體來進行分析尾礦壩的穩(wěn)定性，這樣的分析結果與實際值會存在較大的偏差。這是因為，尾礦壩中毛細水帶不同高度處的尾礦砂含水率是有變化的，其差別可能會很大，而含水率的不同必將導致其物理力學性質的不同，從而影響穩(wěn)定性分析結果。因此，必須對毛細水帶進行分層研究，其結果才能與實際情況更加吻合。而傳統(tǒng)的毛細水試驗裝置，當裝置直徑較小時，試樣很難取出；裝置直徑較大時，取樣深度則很難控制，且只能在表層進行正常取樣，對于深層試樣，取樣時則無法做到少擾動或不擾動尾礦砂原有狀態(tài)并保持其應有的含水率。因此，不能對毛細水帶不同高度處的尾礦砂進行取樣，就無法準確研究尾礦壩壩體物理力學性質隨毛細水帶不同高度的變化規(guī)律，也就無法準確分析尾礦壩的穩(wěn)定性。此外，由于尾礦砂中毛細水帶的水份含量較少，且在自然狀態(tài)下蒸發(fā)速度很快，所以必須控制和保持取樣時毛細水帶中砂土樣的狀態(tài)。基于此，對傳統(tǒng)試驗裝置進行改進，研究和創(chuàng)造新的毛細水試驗裝置，對評估毛細水對尾礦壩穩(wěn)定性的影響、豐富尾礦壩穩(wěn)定性研究理論，有著極其重要的科學意義和現(xiàn)實意義。
技術實現(xiàn)思路
針對上述情況，本專利技術提供了一種取樣簡單、操作方便，制造、維修成本低的毛細水帶分層取樣試驗裝置。本裝置能直觀地模擬毛細水存在下的尾礦壩壩體，準確地觀測尾礦壩壩體毛細水上升過程和上升速度，精確地量測壩體內毛細水的上升高度。其最具特色之處在于可進行毛細水帶不同高度處尾礦砂試樣的取樣工作，以實現(xiàn)對其物理力學性質的研究，進而推導出尾礦壩壩體中不同高度處毛細水帶的物理力學性質和變化規(guī)律，而這些研究內容依靠現(xiàn)有實驗裝置是無法完成的。毛細水帶分層取樣試驗裝置，由η個單元柱豎向串聯(lián)累疊而成，上下層單元柱通過螺釘固定連接，裝置最下層為進水單元柱，其特征在于，單元柱包括尾礦砂1、上法蘭盤2、螺孔3、有機玻璃柱管4、筋板5、下法蘭盤6、隔離網(wǎng)7、密封槽8、嵌網(wǎng)板9、土工布10、進水口 11、排水口 12、底座13，其中，隔離網(wǎng)7嵌入嵌網(wǎng)板9中，密封槽8為沿嵌網(wǎng)板9的內沿向外沿打磨的淺槽圓環(huán)；下法蘭盤6下表面、密封槽8邊沿、嵌網(wǎng)板9上表面均勻涂抹有機玻璃膠，使下法蘭盤6與嵌網(wǎng)板9粘合在一起，將隔離網(wǎng)7與有機玻璃柱管4緊密固定；單元柱上法蘭盤2與下法蘭盤6和嵌網(wǎng)板9內外徑尺寸相同，上一單元柱的下法蘭盤6可以無縫隙的累疊到下一層單元柱的上法蘭盤2上；上下法蘭盤與有機玻璃柱管4連接處加有筋板5 ;各單元柱通過螺孔3內的螺栓實現(xiàn)相互連接，從而實現(xiàn)各單元柱密封串聯(lián)累疊；在進水單元柱距底座5cm處布有兩個進水口 11，對稱布置于柱管兩側；設置排水口 12兩個，對稱布置于兩進水口之間，用于保持水位，模擬浸潤線的位置；進水口和排水口內側均布設有土工布10防止尾礦砂流出；底座13為加厚有機玻璃板。其中，所述η個單元柱為6-15個單元柱，具體所需單元柱的個數(shù)需根據(jù)實際尾礦壩壩體密實度、尾礦砂粒徑、預估壩體毛細水高度、試驗所需取樣高度等因素綜合確定；隔離網(wǎng)7厚約1mm，與嵌網(wǎng)板9打磨深度相同；有機玻璃柱管4的內徑d=20cm，其水平截面內可同時用標準環(huán)刀取3-4個試樣做平行試驗；上法蘭盤2、下法蘭盤6、嵌網(wǎng)板9的內徑等于有機玻璃柱管4的外徑，外徑d=30cm，保證整個單元柱水平內徑截面面積始終相同；隔離網(wǎng)7的網(wǎng)格密度根據(jù)試驗尾礦砂I粒徑而定,一般為1. 5 — 2cm ;單元柱整體高度由土力學試驗所需試樣量而定，即應滿足土樣的密度試驗、含水率試驗、抗剪強度試驗以及三軸試驗所需，取為15cm。其中，所述密封槽8沿嵌網(wǎng)板9的內沿向外沿打磨約20mm寬、Imm深，密封槽的圓環(huán)直徑和深度約等于隔離網(wǎng)7的直徑和厚度。其中，所有單元柱沿豎向疊放，每本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術保護點】
毛細水帶分層取樣試驗裝置，由n個單元柱豎向串聯(lián)累疊而成，上下層單元柱通過螺釘固定連接，裝置最下層為進水單元柱，其特征在于，單元柱包括尾礦砂（1）、上法蘭盤（2）、螺孔（3）、有機玻璃柱管（4）、筋板（5）、下法蘭盤（6）、隔離網(wǎng)（7）、密封槽（8）、嵌網(wǎng)板（9）、土工布（10）、進水口（11）、排水口（12）、底座（13），其中，隔離網(wǎng)（7）嵌入嵌網(wǎng)板（9）中，密封槽（8）為沿嵌網(wǎng)板（9）的內沿向外沿打磨的淺槽圓環(huán)；下法蘭盤（6）下表面、密封槽（8）邊沿、嵌網(wǎng)板（9）上表面均勻涂抹有機玻璃膠，使下法蘭盤（6）與嵌網(wǎng)板（9）粘合在一起，將隔離網(wǎng)（7）與有機玻璃柱管（4）緊密固定；單元柱上法蘭盤（2）與下法蘭盤（6）和嵌網(wǎng)板（9）內外徑尺寸相同，上一單元柱的下法蘭盤可以無縫隙的累疊到下一層單元柱的上法蘭盤上；上下法蘭盤與有機玻璃柱管（4）連接處設有筋板（5）；各單元柱通過螺孔（3）內的螺栓實現(xiàn)相互連接，從而實現(xiàn)各單元柱密封串聯(lián)累疊；在進水單元柱距底座5cm處布有兩個進水口（11），對稱布置于柱管兩側；設置排水口（12）兩個，對稱布置于兩進水口之間；進水口和排水口內側均布有土工布（10）；底座（13）為加厚有機玻璃板。...

【技術特征摘要】
1.毛細水帶分層取樣試驗裝置，由η個單元柱豎向串聯(lián)累疊而成，上下層單元柱通過螺釘固定連接，裝置最下層為進水單元柱，其特征在于，單元柱包括尾礦砂(I)、上法蘭盤(2)、螺孔(3)、有機玻璃柱管(4)、筋板(5)、下法蘭盤(6)、隔離網(wǎng)(7)、密封槽(8)、嵌網(wǎng)板(9)、土工布(10)、進水口(11)、排水口(12)、底座(13)，其中，隔離網(wǎng)(7)嵌入嵌網(wǎng)板(9)中，密封槽(8)為沿嵌網(wǎng)板(9)的內沿向外沿打磨的淺槽圓環(huán)；下法蘭盤(6)下表面、密封槽(8)邊沿、嵌網(wǎng)板(9)上表面均勻涂抹有機玻璃膠，使下法蘭盤(6)與嵌網(wǎng)板(9)粘合在一起，將隔離網(wǎng)(7)與有機玻璃柱管(4)緊密固定；單元柱上法蘭盤(2)與下法蘭盤(6)和嵌網(wǎng)板(9)內外徑尺寸相同，上一單元柱的下法蘭盤可以無縫隙的累疊到下一層單元柱的上法蘭盤上；上下法蘭盤與有機玻璃柱管(4)連接處設有筋板(5);各單元柱通過螺孔(3)內的螺栓實現(xiàn)相互連接，從而實現(xiàn)各單元柱密封串聯(lián)累疊；在進水單元柱距底座5cm處布有兩個進水口(11)，對稱布置于柱管兩側；設置排水口(12)兩個,對稱布置于兩進水口之間；進水口和排水口內側均布有土工布(10);底座(13)為加厚有機玻璃板。2.根據(jù)權利要求1所述的毛細水帶分層取樣試驗裝置，其特征在于:n個單元柱為6-15個單元柱；有機玻璃柱管(5)的內徑由取樣環(huán)刀的內徑而定的，其水平截面內可同時用標準環(huán)刀取3-4個試樣做平行試驗；上法蘭盤(2)、下法蘭盤￠)、嵌網(wǎng)板(9)的內徑等于有機玻璃柱管(4...

【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：張志軍，劉玄釗，李亞俊，潘文鑫，劉永，賀桂成，章求才，桂榮，楊雨山，李春光，
申請(專利權)人：南華大學，
類型：發(fā)明
國別省市：