CN112630121A - 一种应力作用下深部硐室裂隙围岩渗透试验装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种应力作用下深部硐室裂隙围岩渗透试验装置及方法，其中试验装置包括框架、裂隙岩体、液体加载装置和压力加载装置，裂隙岩体设于框架内部，裂隙岩体的六面均与框架连接，压力加载装置的一端与框架连接，另一端依次连接有加压板、加压壳和加载板，加载板与裂隙岩体接触，加压板与压力加载装置之间设置有压力传感器，加载板上均匀地设有多个通孔，加压壳上可拆卸地连接有与多个通孔对应的加压水管，加压水管与液体加载装置连通，裂隙岩体侧壁上的加压壳上均具有排液口。本发明的有益效果是通过在裂隙岩体不同的方向进行加载压力和施加水压，读取裂隙岩体各个面所渗透的液体量，分析裂隙岩体在各个方向上的渗透特性。

Description

一种应力作用下深部硐室裂隙围岩渗透试验装置及方法

技术领域

本发明涉及岩土工程技术领域，更具体的说是涉及一种应力作用下深部硐室裂隙围岩渗透试验装置及方法。

背景技术

目前，在水利水电、交通、矿山以及核废料处理等各类地下工程中，岩体透水率的确定是一项不可缺少的勘测内容，天然岩体中存在大量三维空间分布的裂隙，这些裂隙相互交汇形成的裂隙网络是地下水主要流通通道，由于天然岩体裂隙几何形状的复杂性以及裂隙表面的粗糙性，流体一般沿着渗透系数较大阻力较小的弯曲路径流动，形成沟槽流现象，这种流体不均匀流动在裂隙岩体渗流中是一个普遍现象，因此，研究揭示岩体三维裂隙网络渗流机理对地下能源开发与利用具有重要意义。

现有技术中的试验装置，在渗透系数的测定过程中，实验室中所用到的试验基体是圆柱形岩石，在测量过程中也无外界应力，并且只能测量试验基体单一方向上的渗透系数，但是，自然状态下的天然裂隙岩体所处的应力状态一般是各向不等压状态，可见，现有实验装置不能真实地模拟自然状态下岩石的渗透系数，存在较大的实验误差。

因此，如何提供一种能够实现从各个方向为试验基体提供压力，同时能够测量三维裂隙网络渗流的试验装置是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是为了解决现有技术中只能单个方向施加压力，且只能单方向地对裂隙岩体的三维裂隙网络渗流特性进行分析。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种应力作用下深部硐室裂隙围岩渗透试验装置，包括：框架、裂隙岩体、液体加载装置和压力加载装置，所述裂隙岩体为长方体结构，所述裂隙岩体设于所述框架内部，所述裂隙岩体的六面均与所述框架连接，所述压力加载装置的一端与所述框架连接，另一端依次连接有加压板、加压壳和加载板，所述加载板与所述裂隙岩体接触，所述加压板与所述压力加载装置之间设置有压力传感器，所述加载板上均匀地设有多个通孔，所述加压壳上可拆卸地连接有与多个所述通孔对应的加压水管，所述加压水管与所述液体加载装置连通，所述裂隙岩体侧壁上的所述加压壳上均具有排液口。

进一步地，管通过管路连接，管路上设置有压力表和阀门，所述空气压缩机与所述恒压水箱连接，用于给所述恒压水箱中的液体加压。

进一步地，所述加载板为透明材质，且所述加载板的侧壁上设有用于量取所述通孔内液体体积的刻度。

进一步地，所述加载板的两侧均设置有用于连接密封的回形密封圈。

进一步地，所述加压板的边缘设有用于与所述加压壳卡接的凸台。

进一步地，所述压力加载装置为千斤顶、油缸或气缸。

另一方面，本发明还提供了一种应力作用下深部硐室裂隙围岩渗透试验方法，该试验方法使用上述所述的一种应力作用下深部硐室裂隙围岩渗透试验装置，具体包括如下步骤：

S1.将裂隙岩体加载在试验装置上；

S2.在X、Y、Z任意一个方向或多个方向通过压力加载装置加载压力；

S3.在裂隙岩体的任意一个面或多个面通过液体加载装置施加水压；

S4.收集并读取裂隙岩体各个面所渗透的液体量，根据裂隙岩体各个面所渗透的液体量分析裂隙岩体在应力作用下每个方向上的渗透特性。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种应力作用下深部硐室裂隙围岩渗透试验装置及方法，具有以下有益效果：通过在裂隙岩体的六面分别单独设置压力加载装置和液体加载装置，可以通过选择不同的方向进行加载压力，然后选择在裂隙岩体的不同面通过液体加载装置施加水压，通过读取裂隙岩体各个面所渗透的液体量，根据液体量分析裂隙岩体在各个方向上的渗透量、渗透系数；同时，本申请采用从六个面固定裂隙岩体，能够使该试验装置适用于多种尺寸的裂隙岩体。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1附图为本发明提供的应力作用下深部硐室裂隙围岩渗透试验装置的结构示意图。

其中：1为框架；2为裂隙岩体；3为液体加载装置；31为恒压水箱；32为空气压缩机；4为压力加载装置；5为加压板；6为加压壳；7为加载板；8为压力传感器；9为通孔；10为加压水管；11为压力表；12为阀门；13为回形密封圈；14为量筒。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参见附图1，本发明实施例公开了一种应力作用下深部硐室裂隙围岩渗透试验装置，包括：框架1、裂隙岩体2、液体加载装置3和压力加载装置4，裂隙岩体2为长方体结构，裂隙岩体2设于框架1内部，裂隙岩体2的六面均与框架1连接，具体的连接方式为：压力加载装置4的一端与框架1连接，另一端依次连接有加压板5、加压壳6和加载板7，加压板5的边缘设有用于与加压壳6卡接的凸台，加载板7与裂隙岩体2接触，加压板5与压力加载装置4之间设置有压力传感器8，加载板7上均匀地设有多个通孔9，加压壳6上可拆卸地连接有与多个通孔9对应的加压水管10，加压水管10与加压壳6密封连接，同时，加压水管10可滑动地连接在通孔9内，加压水管10与液体加载装置3连通，裂隙岩体2侧壁上的加压壳6上均具有排液口，通过排液口将裂隙岩体2侧壁上渗透出的液体导入外界的液体收集装置，在本实施例中，液体收集装置为量筒14，加压壳6为高强度透明玻璃材质所制成。

在上述实施例中，液体加载装置3包括恒压水箱31和空气压缩机32，恒压水箱31与加压水管10通过管路连接，管路上设置有可读管路水压的压力表11和可调节压力大小的阀门12，空气压缩机32与恒压水箱31连接，空气压缩机32用于给恒压水箱31中的液体加压，使恒压水箱31中的压力恒定。

具体地，加载板7为透明材质，加载板7的两侧均设置有用于起连接密封作用的回形密封圈13，且加载板7的侧壁上设有用于量取通孔9内液体体积的刻度，裂隙岩体2顶部的渗流液体通过加载板7侧壁上的刻度进行读取，裂隙岩体2底部的渗流液体收集在加压壳6中，具体通过将裂隙岩体2底部的加压水管10与加载板7上的通孔9断开，并利用橡皮塞将加压水管10的开口端进行封堵，使裂隙岩体2底部的渗流液体流入底部的加压壳6中，加载结束后进行收集读取。

具体地，压力加载装置4为千斤顶、油缸或气缸，在本实施例中，压力加载装置4优选为千斤顶。

另一方面，本发明还公开了一种应力作用下深部硐室裂隙围岩渗透试验方法，该试验方法使用上述的一种应力作用下深部硐室裂隙围岩渗透试验装置，具体包括如下步骤：

S1.将裂隙岩体2加载在试验装置上；

S2.在X、Y、Z任意一个方向或多个方向通过压力加载装置4加载压力；

S3.在裂隙岩体2的任意一个面或多个面通过液体加载装置3施加水压；

S4.收集并读取裂隙岩体2各个面所渗透的液体量，根据裂隙岩体2各个面所渗透的液体量分析裂隙岩体2在应力作用下每个方向上的渗透特性。

在本实施例中，通过在裂隙岩体2的六面分别单独设置压力加载装置4和液体加载装置3，可以通过选择不同的方向进行加载压力，具体可以为X轴、Y轴或Z轴中的任一方向进行压力加载，也可以选择X轴、Y轴和Z轴中两个方向进行组合加载，也可以选择X轴、Y轴和Z轴三轴方向同时加载压力，然后选择在裂隙岩体2的不同面通过液体加载装置3施加水压，通过压力加载和液压加载相结合对裂隙岩体2加载，通过读取裂隙岩体2各个面所渗透的液体量，根据液体量分析裂隙岩体2在应力作用下各个方向上的渗透特性，其中，渗透特性包括渗透量和渗透系数。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (7)

1.一种应力作用下深部硐室裂隙围岩渗透试验装置，其特征在于，包括：框架、裂隙岩体、液体加载装置和压力加载装置，所述裂隙岩体为长方体结构，所述裂隙岩体设于所述框架内部，所述裂隙岩体的六面均与所述框架连接，所述压力加载装置的一端与所述框架连接，另一端依次连接有加压板、加压壳和加载板，所述加载板与所述裂隙岩体接触，所述加压板与所述压力加载装置之间设置有压力传感器，所述加载板上均匀地设有多个通孔，所述加压壳上可拆卸地连接有与多个所述通孔对应的加压水管，所述加压水管与所述液体加载装置连通，所述裂隙岩体侧壁上的所述加压壳上均具有排液口。

2.根据权利要求1所述的一种应力作用下深部硐室裂隙围岩渗透试验装置，其特征在于，所述液体加载装置包括恒压水箱和空气压缩机，所述恒压水箱与所述加压水管通过管路连接，管路上设置有压力表和阀门，所述空气压缩机与所述恒压水箱连接，用于给所述恒压水箱中的液体加压。

3.根据权利要求1所述的一种应力作用下深部硐室裂隙围岩渗透试验装置，其特征在于，所述加载板为透明材质，且所述加载板的侧壁上设有用于量取所述通孔内液体体积的刻度。

4.根据权利要求1所述的一种应力作用下深部硐室裂隙围岩渗透试验装置，其特征在于，所述加载板的两侧均设置有用于连接密封的回形密封圈。

5.根据权利要求1所述的一种应力作用下深部硐室裂隙围岩渗透试验装置，其特征在于，所述加压板的边缘设有用于与所述加压壳卡接的凸台。

6.根据权利要求1所述的一种应力作用下深部硐室裂隙围岩渗透试验装置，其特征在于，所述压力加载装置为千斤顶、油缸或气缸。

7.一种应力作用下深部硐室裂隙围岩渗透试验方法，利用上述权利要求1-6任一项所述的一种应力作用下深部硐室裂隙围岩渗透试验装置，其特征在于，具体包括如下步骤：

S1.将裂隙岩体加载在试验装置上；

S2.在X、Y、Z任意一个方向或多个方向通过压力加载装置加载压力；

S3.在裂隙岩体的任意一个面或多个面通过液体加载装置施加水压；

S4.收集并读取裂隙岩体各个面所渗透的液体量，根据裂隙岩体各个面所渗透的液体量分析裂隙岩体在应力作用下每个方向上的渗透特性。

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