一种水力耦合试验三维裂隙类岩石试件的制作装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种水力耦合试验三维裂隙类岩石试件的制作装置及方法，制作装置包括三维裂隙精确定位试件模具、高压注水裂隙预制装置；三维裂隙精确定位试件模具包括侧板I、侧板II、底板和定位孔板，可实现多条三维裂隙的精确定位及试件成型。高压注水裂隙预制装置包括聚酯薄膜盒、棉线、橡胶水管、芯棒和手扭螺丝，可实现高压注水三维裂隙的预制及注水通道的形成。本发明专利技术基于环向分布孔与横向分布孔相结合的方法，利用定位孔板实现了多条三维裂隙角度、间距及空间位置的精确定位，基于软管成孔、硬芯支撑的方法，利用小孔径橡胶水管与芯棒在试件中预制水力通道并连通张开型裂隙，实现了张开型裂隙的高压注水。本方明结构简单、操作方便、定位精确，可广泛应用于三维裂隙类岩石材料水力耦合试验。

Device and method for preparing three-dimensional fractured rock sample by hydraulic coupling test

The present invention relates to a method and device for producing a kind of hydraulic coupling test 3D fracture rock, making precise positioning device comprises a three-dimensional fracture specimen mold, high pressure water injection device of prefabricated crack; accurate positioning of 3D fracture specimens including side I and side II mold, a bottom plate and positioning plate, can achieve precise positioning of a plurality of 3D crack and specimen. The high pressure water injection fracture pre cutting device includes polyester film box, cotton thread, rubber water pipe, mandrel and hand twist screw. It can realize the pre injection of high pressure water injection and the formation of water injection channel. The method based on the distribution of the circumferential hole and the lateral distribution of hole combination, the positioning hole plate to achieve the precise positioning of a plurality of three-dimensional crack angle, distance and space position, method for hose hole, hard core support based on the use of small aperture rubber hose and mandrel in specimen prefabricated hydraulic channel and open communication the type of fracture, open fracture type high pressure water injection. The method has the advantages of simple structure, convenient operation and accurate positioning, and can be widely applied to the hydraulic coupling test of the three-dimensional fractured rock material.

【技术实现步骤摘要】
一种水力耦合试验三维裂隙类岩石试件的制作装置及方法
本专利技术涉及一种制作类岩石材料的试样制作装置及方法，尤其是一种三维裂隙类岩石试件制作装置及方法。
技术介绍
近年来，随着我国水利水电、交通工程的建设重心向地形和地质复杂的西部地区转移，大量深长隧洞(隧道)、地下硐室修建于高山峡谷区，呈现出大埋深、高地应力、强渗透压的显著特点，为工程建设带来极大挑战。在高地应力、强渗透压的耦合作用下，工程裂隙岩体极易发生破裂演化，导致岩体强度弱化和工程结构失稳，进而诱发严重的工程事故。水利大坝失事、矿井坍塌以及岩质边坡失稳事故往往与水力耦合作用下裂隙岩体的破裂有关。因此，明确水力耦合作用下裂隙岩体的破裂机理，掌握裂隙扩展演化规律及其对岩体宏观力学行为的影响，是控制工程事故发生、确保建设和运营期安全所应亟需解决的关键科学问题。但目前还缺乏水力耦合作用下裂隙岩体的破裂机理的深入研究。室内试验是研究水力耦合作用下三维裂隙岩体的破裂机理的有效手段，然而，国内外关于裂隙岩体的破裂机理研究大都基于纯应力环境下开展的，另外有关耦合作用下裂隙扩展以及水压致裂机理的研究也大都采用二维模型，下面将具有代表性的用于岩体裂隙破裂试验的模具及操作工艺简介如下：2009年1月，公开号为CN101462854A的中国专利申请《用于制作类岩石的脆性材料及其试件预制裂隙的制备方法》中，提出了一种用于制作含三维裂隙类岩石的脆性材料及其试件预制裂隙的制备方法，采用内裂纹固定器和细棉线固定模拟裂隙的片状材料，在纯应力环境下进行裂隙岩体破裂试验。2013年12月，公开号为CN103674658A的中国专利申请《一种随机裂隙试验模型的制备方法》中，提出了一种将不同厚度、不同大小以及不同数量的裂隙碎片随机参入到连续介质的试验模型，适用于大型相似模拟试验，在纯应力环境下进行裂隙岩体破裂试验。2015年3月，公开号为CN104833556A的中国专利申请《裂隙网络岩体试样的制作方法及其制样模具》中，提出了一种不透明的内含非随机三维裂隙网络岩石试样的制作方法，用水溶纸模拟内置裂隙网络，用水溶线定位裂隙网络，用煮沸法饱和试样，适用于纯应力环境下裂隙岩体破裂试验。2016年5月，公开号为CN105973667A的中国专利申请《一种页岩水力压裂实验样品的制备方法》中，提出了一种页岩水力压裂实验样品的制备方法，现场取原样，采用高压水射流技术制作贯穿裂缝，适用于水力压裂试验。2016年8月，公开号为CN106226135A的中国专利申请《一种水力压裂试块导向槽制作装置及制作方法》中，提出了一种水力压裂试块导向槽制作装置及制作方法，采用钢管、铁锥、牵引线和圆木棍预制导向槽。预制一个水平方向导向槽，适用于水力压裂试验。上述代表性的提出了岩石裂隙试件制作方法和用于水力压裂试件的制作方法，在一定程度上解决了岩石裂隙试件和水力压裂试件的制作问题，但仍存在如下不足：(1)已有的岩石裂隙试件的制作方法适用于纯应力环境下裂隙岩体的破裂机理的研究，没有涉及水力耦合岩石裂隙破坏机理的试件制作装置和制作方法。(2)已有水力压裂试件的制作方法适用于水压作用下二维裂隙岩体的破裂机理的研究，没有涉及水压作用下三维裂隙岩体破坏机理的试件制作装置和制作方法。(3)已有的岩石裂隙试件将水力耦合作用与三维裂隙两种试验因数分开考虑制作，没有涉及水力耦合作用下三维裂隙岩体破裂机理的试件制作装置和制作方法。如何在类岩材料或相似材料中设置水压和多组裂隙是研究成功的关键，解决这一问题的方法在于制作试件装置上。目前，对水力耦合作用下裂隙岩体的破裂机理研究所进行的室内试验很少，用于岩体三维裂隙注水破裂试验样品的制作装置，尚未有人做过，因而研究一种用于岩体三维裂隙注水破裂试验的试件制作装置及制作方法具有重要的意义。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种水力耦合试验三维裂隙类岩石试件的制作装置及方法。本专利技术基于环向分布孔与横向分布孔相结合的方法，利用定位孔板实现了多条三维裂隙角度、间距及空间位置的精确定位，基于软管成孔、硬芯支撑的方法，利用小孔径橡胶水管与芯棒在试件中预制水力通道并连通张开型裂隙，实现了张开型裂隙的高压注水。本方明结构简单、操作方便、定位精确，可广泛应用于三维裂隙类岩石材料水力耦合试验。为实现上述目的，本专利技术所采用如下技术方案：一种水力耦合试验三维裂隙类岩石试件的制作装置，其特征在于，包括用于精确定位多条三维裂隙及制备试件成型的三维裂隙精确定位试件模具和用于预制高压注水三维裂隙并形成注水通道的高压注水三维裂隙预制装置；所述的三维裂隙精确定位试件模具，包括由两个侧板和一个底板形成的槽状结构，在所述的槽状结构内依次插装有多个定位孔板，在所述的定位孔板上设有多个定位孔；所述的定位孔可以定位倾斜角度和不同间距的裂隙；所述的高压注水三维裂隙预制装置，包括聚酯薄膜盒，所述的聚酯薄膜盒与橡胶水管相连，用于形成水通道设置裂隙水压；所述的橡胶水管内设有用于对其进行支撑的芯棒，所述的芯棒与旋转把手相连；所述的旋转把手插装在于其中一个侧板上，所述的聚酯薄膜盒与橡胶水管位于定位孔板与侧板形成的试件成型腔内用于形成三维裂隙。进一步的，所述的侧板上设有用于插装定位孔板的纵向凹槽和用于插装底板的横向凹槽；每个纵向凹槽上开设两个用于固定定位孔板、底板以及侧板的内螺纹孔；在所述的侧板上所预制每个试件的端面上开设内螺纹孔，在不同侧板断面上开设不同位置的内螺纹孔，用于形成不同轴心间距的双裂纹或多裂纹。进一步的，所述的底板长度与侧板长度相同，底板宽度为试件高度与两凹槽厚度之和，底板厚度与凹槽宽度相同，在每个纵向凹槽与横向凹槽交汇处相应的底板上开设内螺纹孔。进一步的，在所述的定位孔板上设有用于定位裂隙角度的分布成圆形的孔和用于定位裂隙间距的分布成直线的孔，利用环向辅助线和横向辅助线将定位裂隙角度的孔和定位裂隙间距的孔进行孔位结合，形成孔位分布整体。进一步的，所述的定位孔板可分为单双裂隙定位孔板和三裂隙定位孔板两种类型板件，单双裂隙定位孔板可定位单个或两个预制裂隙，三裂隙定位孔板可定位三个预制裂隙。进一步的，所述的聚酯薄膜盒，由两片相同的聚酯薄膜片按照不同的形状进行叠放后粘结而成，使两个聚酯薄膜片之间形成封闭空腔，保证制作试件时液体不会进入腔内，进行加压测试时可形成水力通道。进一步的，所述的聚酯薄膜盒外粘结有棉线，棉线两端分别穿过两侧定位孔板孔并固定于定位孔板上，并使聚酯薄膜盒中轴置于两侧定位孔板中间处。进一步的，多个所述的聚酯薄膜盒之间用橡胶水管连接。进一步的，所述的芯棒，直径略小于橡胶水管的直径，芯棒上涂有润滑油，将芯棒置于橡胶水管内，使芯棒前端抵在聚酯薄膜盒空腔内侧，芯棒末端抵到安装旋转把手的侧板内侧。本专利技术还提供了一种水力耦合试验三维裂隙类岩石试件的制作方法，包括以下步骤：(1)首先将底板两侧长边分别安插到侧板I、侧板II的横向凹槽上；(2)然后将试验方案所要求的相同孔位的定位孔板安插到中间一组纵向凹槽内，再把已安装定位孔板的纵向凹槽拧上螺丝，使结构达到半稳定状态；(3)然后将试验方案所要求的两片聚酯薄膜片的内边缘用高强胶粘接在一起，形成聚酯薄膜盒，在聚酯薄膜盒中心处开孔，用高强胶粘结橡胶水管，再将两根棉线用高强胶粘结聚酯本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种水力耦合试验三维裂隙类岩石试件的制作装置，其特征在于，包括用于精确定位多条三维裂隙及制备试件成型的三维裂隙精确定位试件模具和用于预制高压注水三维裂隙并形成注水通道的高压注水三维裂隙预制装置；所述的三维裂隙精确定位试件模具，包括由两个侧板和一个底板形成的槽状结构，在所述的槽状结构内依次插装有多个定位孔板，在所述的定位孔板上设有多个定位孔；所述的定位孔可以定位倾斜角度和不同间距的裂隙；所述的高压注水三维裂隙预制装置，包括聚酯薄膜盒，所述的聚酯薄膜盒与橡胶水管相连，用于形成水通道设置裂隙水压；所述的橡胶水管内设有用于对其进行支撑的芯棒，所述的芯棒与旋转把手相连；所述的旋转把手插装在于其中一个侧板上，所述的聚酯薄膜盒与橡胶水管位于定位孔板与侧板形成的试件成型腔内用于形成三维裂隙。

【技术特征摘要】
1.一种水力耦合试验三维裂隙类岩石试件的制作装置，其特征在于，包括用于精确定位多条三维裂隙及制备试件成型的三维裂隙精确定位试件模具和用于预制高压注水三维裂隙并形成注水通道的高压注水三维裂隙预制装置；所述的三维裂隙精确定位试件模具，包括由两个侧板和一个底板形成的槽状结构，在所述的槽状结构内依次插装有多个定位孔板，在所述的定位孔板上设有多个定位孔；所述的定位孔可以定位倾斜角度和不同间距的裂隙；所述的高压注水三维裂隙预制装置，包括聚酯薄膜盒，所述的聚酯薄膜盒与橡胶水管相连，用于形成水通道设置裂隙水压；所述的橡胶水管内设有用于对其进行支撑的芯棒，所述的芯棒与旋转把手相连；所述的旋转把手插装在于其中一个侧板上，所述的聚酯薄膜盒与橡胶水管位于定位孔板与侧板形成的试件成型腔内用于形成三维裂隙。2.如权利要求1所述的用于水力耦合试验三维裂隙类岩石试件的制作装置，其特征在于，所述的侧板上设有用于插装定位孔板的纵向凹槽和用于插装底板的横向凹槽；每个纵向凹槽上开设两个用于固定定位孔板、底板以及侧板的内螺纹孔；在所述的侧板上所预制每个试件的端面上开设内螺纹孔，在不同侧板断面上开设不同位置的内螺纹孔，用于形成不同轴心间距的双裂纹或多裂纹。3.如权利要求2所述的用于水力耦合试验三维裂隙类岩石试件的制作装置，其特征在于，所述的底板长度与侧板长度相同，底板宽度为试件高度与两凹槽厚度之和，底板厚度与凹槽宽度相同，在每个纵向凹槽与横向凹槽交汇处相应的底板上开设内螺纹孔。4.如权利要求1所述的用于水力耦合试验三维裂隙类岩石试件的制作装置，其特征在于，在所述的定位孔板上设有用于定位裂隙角度的分布成圆形的孔和用于定位裂隙间距的分布成直线的孔，利用环向辅助线和横向辅助线将定位裂隙角度的孔和定位裂隙间距的孔进行孔位结合，形成孔位分布整体。5.如权利要求1所述的用于水力耦合试验三维裂隙类岩石试件的制作装置，其特征在于，所述的定位孔板可分为单双裂隙定位孔板和三裂隙定位孔板两种类型板件，单双裂隙定位孔板可定位单个或两个预制裂隙，三裂隙定位孔板可定位三个预制裂隙。6.如权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨磊，随海通，李术才，张庆松，李邦翔，郭孔灵，梅洁，张霄，刘人太，李召峰，张波，杨为民，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：山东,37