一种裂隙岩体渗透系数演化测试装置及试验方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种裂隙岩体渗透系数演化测试装置及试验方法，包括岩芯夹持器以及设置于岩芯夹持器上方的注水箱、设置于岩芯夹持器下方的储水箱，所述岩芯夹持器中部具有置放夹持岩芯式样的置物腔，所述注水箱下部具有与置物腔联通的进水口，所述储水箱上部具有与置物腔联通的入水口，所述储水箱的下方设置有伸入储水箱的加压杆，所述加压杆由驱动装置驱动上下运行以施压作用于岩芯试样，所述岩芯夹持器置物腔内表面还具有加压垫层，所述加压垫层内设置有加压空腔，所述加压空腔与用于输入液压油的液压管路联通，所述液压管路上设置有油泵。本发明专利技术结构利用该仪器测试单裂隙岩体在剪切‑渗流耦合作用下变形破坏演变过程中渗透系数变化特征，获取其全过程变化特征。并且，在试验仪器的维护方面能够做到反复使用，零部件能够方便安装拆卸、更新替换等。

A test device for the permeability coefficient evolution of fractured rock mass and its test method

The invention provides a fractured rock mass permeability coefficient evolution test device and test method, including tank core holder and a core holder at the top of the injection water tank, is arranged in the core holder below, the central core holder with a holding cavity placing the clamping core of the injection style. The lower part of the water tank with a water inlet communicated with the storage cavity, the upper part of the water storage tank is communicated with the storage cavity inlet, a pressure rod extends into the water storage tank is arranged below the water storage tank, the pressure rod is driven by a driving device driver to run under pressure acting on the core samples, the core holder. The cavity surface has the pressure of the pressure cushion, cushion is arranged in the pressurizing cavity, the cavity pressure and hydraulic lines for the input of the hydraulic oil Unicom, the hydraulic pipe is provided with an oil pump on the road. Penetration coefficient variation characteristics of the structure of the invention using the instrument to test single fracture rock deformation in shear seepage coupling damage evolution process, obtain the whole process variation. Moreover, it can be used repeatedly in the maintenance of the test instruments, and the parts can be easily installed, disassembled, updated and replaced.

【技术实现步骤摘要】
一种裂隙岩体渗透系数演化测试装置及试验方法
本专利技术涉及一种裂隙岩体渗透系数演化测试装置及试验方法。
技术介绍
裂隙岩体赋存于地质环境之中，经常会受到应力与渗流的耦合作用，其作用结果可能导致裂隙岩体沿原有裂隙滑动破坏，或者产生新的裂隙、形成新的地下水流场，使得裂隙岩体发生整体性破坏，从而产生岩体灾害。边坡工程、地下工程等经常由裂隙岩体构成，房屋、大坝等建构筑物经常以裂隙岩体作为持力层。这些工程建设成败的关键往往在于准确认识剪切-渗流耦合作用下裂隙岩体变形破坏过程及机理。其中，裂隙岩体渗透系数的演化过程是其变形破坏过程的一个关键表征量。因此，测定裂隙岩体渗透系数的试验装置是尤为重要的。目前，剪切-渗流耦合作用下裂隙岩体渗透系数的测试装置主要基于剪切盒开展，该装置能测试单裂隙岩体在剪切-渗流耦合作用下的裂隙渗透系数随剪切位移的变化。但是，大量的试验案例已经表明，基于剪切盒的测试装置有以下弊端：（1）能承受的剪切位移较小，一般不超过20mm，若剪切位移超过此值，极易导致剪切盒两侧错断漏水。（2）能承受的水压力值较小，一般不超过1MPa，若剪切位移超过此值，也极易使剪切盒两侧漏水和毁坏。（3）由于剪切盒限制了水流只能在既有裂隙中流动，故无法测试剪切过程新生裂隙对裂隙岩体渗透系数的影响，即无法测试剪切-渗流耦合作用下裂隙岩体变形破坏全过程中的渗透系数。（4）无法测试孔隙水-裂隙水协同作用下裂隙岩体受剪切时的渗透特征及变形破坏特征。
技术实现思路
本专利技术对上述问题进行了改进，即本专利技术要解决的技术问题是现有的剪切-渗流耦合作用下裂隙岩体渗透系数的测试装置主要基于剪切盒开展，该装置存在承受的剪切位移及压力值较小且无法测试孔隙水-裂隙水协同作用下裂隙岩体受剪切时的渗透特征及变形破坏特征。本专利技术的具体实施方案是：一种裂隙岩体渗透系数演化测试装置，包括岩芯夹持器以及设置于岩芯夹持器上方的注水箱、设置于岩芯夹持器下方的储水箱，所述岩芯夹持器中部具有置放夹持岩芯式样的置物腔，所述注水箱下部具有与置物腔联通的进水口，所述储水箱上部具有与置物腔联通的入水口，所述储水箱的下方设置有伸入储水箱的加压杆，所述加压杆由驱动装置驱动上下运行以施压作用于岩芯试样，所述岩芯夹持器置物腔内表面还具有加压垫层，所述加压垫层内设置有加压空腔，所述加压空腔与用于输入液压油的液压管路联通，所述液压管路上设置有油泵。进一步的，所述岩芯夹持器与注水箱之间还设置有上堵头，所述上堵头中部具有联通置物腔与注水腔内部的液体流动通道，所述液体流动通道的下部位于液体流动通道旁侧具有弓形槽口以给剪切作用下局部岩芯试样位移预留一定的空间。进一步的，所述岩芯夹持器与储水箱之间还设置有下堵头，所述下堵头中具有两条联通置物腔与储水腔的联通通道，其中一条联通通道截面面积大于加压杆截面积，以保证加压杆穿过下堵头伸入置物腔下部，另一条联通通道截面面积较小，用于传导渗过岩芯试样的液体至储水箱中。进一步的，所述上堵头下端面、下堵头上端面及加压杆顶部固定有高渗透性垫块。进一步的，所述注水箱侧部设置有注水口及排水口，所述储水箱侧部设置有泄水口，所述储水腔旁侧具有液位计。进一步的，岩芯夹持器两侧设置有轴承，所述轴承固定于支架上，所述固定支架下方设有滚轮。进一步的，所述驱动装置为气缸、液压缸或丝杠螺母机构。进一步的，支架旁侧具有控制柜，所述注水箱内设置有压力传感器，注水箱连接有注水管路，所述注水管路上设置有液体流量计，所述控制柜内设置有电源，所述控制柜上设置有背压阀、环压阀、注水箱压力表、显示器、环腔压力表，所述控制箱下部设置有向加压垫层充入油液的围压手摇泵和向注水箱注入具有压力的水的电动注入泵，所述电动注入泵与注水管路联通，控制箱上还设有用于显示岩芯试样的剪切速度的加载调速表、用于显示注水箱内液体的流量液体流量表、液体泵电源开关、总电源开关。本专利技术还包括一种裂隙岩体渗透系数演化测试试验方法，利用上述一种裂隙岩体渗透系数演化测试装置：（1）制作规格为直径Φ=100mm，高度h=200mm的圆柱形岩体试样，岩体试样在中轴线处含有裂隙，将其装入岩芯三轴夹持器，并固定装置；（2）内部加压垫层充入油液，实现对岩体试样施加围压，直至预定的围压值并稳定该量值；（3）将水源通过连接管路经注水口注入注水箱中，所述连接管路上设置有电动注入泵，通过电动注入泵施加水压力并确保水压力均小于试验时的围压，直至达到预定的水压值后，通过注水箱背压阀稳定水压；（4）利用加压电机推动加压杆对岩体试样逐级加载剪应力，在这一过程中，每隔一段时间，记录一次剪应力和剪切作用下岩体试样发生的剪切位移量，同时，记录相应时刻的岩体裂隙渗水量。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：本专利技术的试验装置利用上部注水箱、下部储水箱封闭岩体试样两端面，以形成良好封闭体系，并利用该仪器测试单裂隙岩体在剪切-渗流耦合作用下变形破坏演变过程中渗透系数变化特征。本试验装置可在5MPa的水压力条件下，对单裂隙岩体在围压作用下、剪切位移-围压联合作用下的渗透系数进行试验，获取其全过程变化特征。并且，在试验仪器的维护方面能够做到反复使用，零部件能够方便安装拆卸、更新替换等。附图说明附图1为本专利技术仪器的主视结构图。附图2为本专利技术仪器的侧视结构图。附图3为本专利技术仪器的上堵头端面图。附图4为本专利技术仪器的下堵头端面图。附图5为本专利技术仪器的加压杆端面图。附图中，1、注水箱，2、稳压排水口，3、上堵头，4、加压垫层，5、岩芯夹持器，6、岩芯试样，7、高渗透性渗水垫块，8、下堵头，9、支架、轴承，10、加压杆，11、液位计，12、储水箱，13、加压电机，14、注水口，15、排水口，16、接口法兰，17、液体流量表，18、剪切加载调速表，19、注水箱压力表，20、环腔压力表，21、注水箱背压阀，22、环压阀，23、总电源，24、加压电源、液体泵电源，25、围压手摇阀，26、电动注入泵。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术做进一步详细的说明。参考图1所示，本专利技术的试验装置包括岩芯夹持器5及位于岩芯夹持器5上方的注水箱1，岩芯夹持器5下方的储水箱12，本实施例中，注水箱1与岩芯夹持器5通过上堵头3和渗水垫块7（高渗透性垫块）连接，储水箱12与岩芯夹持器5通过下堵头8和渗水垫块7（高渗透性垫块）连接；岩芯夹持器5通过侧部设置的支撑旋转杆组件与钢支架8连接，起支撑作用。支撑旋转杆组件包括轴承及固定于钢支架8上的轴承座，通过固定以岩芯夹持器为核心的仪器主体部位，防止其在实验过程中发生过大的振动，影响实验的准确性。同时，由于仪器总体较大，故在仪器底部设置滚轮，方便仪器的移动。所述的试验装置，本实施例中，其上部注水箱内腔部分尺寸为直径Φ=270mm，高度h=80mm，其底部左右两侧连接口分别为注水口14和稳压排水口15，注水口14连接电动泵以提供预设恒压水流，稳压排水口连接背压阀以控制、稳定箱内水压。使用时，岩芯夹持器5内放置Φ=100mm，h=200mm的岩芯试样，并且在岩芯试样周围设置加压垫层4，加压垫层4的材质可以是橡胶，加压垫层4联通有具有向内加入液压油的注油管，岩芯夹持器5下方连接口与围压手摇泵相连，通过摇动手摇泵对岩芯夹持器内部加压垫层4注液压油，从而达到对试样施加围本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种裂隙岩体渗透系数演化测试装置，其特征在于，包括岩芯夹持器以及设置于岩芯夹持器上方的注水箱、设置于岩芯夹持器下方的储水箱，所述岩芯夹持器中部具有置放夹持岩芯式样的置物腔，所述注水箱下部具有与置物腔联通的进水口，所述储水箱上部具有与置物腔联通的入水口，所述储水箱的下方设置有伸入储水箱的加压杆，所述加压杆由驱动装置驱动上下运行以施压作用于岩芯试样，所述岩芯夹持器置物腔内表面还具有加压垫层，所述加压垫层内设置有加压空腔，所述加压空腔与用于输入液压油的液压管路联通，所述液压管路上设置有油泵。

【技术特征摘要】
1.一种裂隙岩体渗透系数演化测试装置，其特征在于，包括岩芯夹持器以及设置于岩芯夹持器上方的注水箱、设置于岩芯夹持器下方的储水箱，所述岩芯夹持器中部具有置放夹持岩芯式样的置物腔，所述注水箱下部具有与置物腔联通的进水口，所述储水箱上部具有与置物腔联通的入水口，所述储水箱的下方设置有伸入储水箱的加压杆，所述加压杆由驱动装置驱动上下运行以施压作用于岩芯试样，所述岩芯夹持器置物腔内表面还具有加压垫层，所述加压垫层内设置有加压空腔，所述加压空腔与用于输入液压油的液压管路联通，所述液压管路上设置有油泵。2.根据权利要求1所述一种裂隙岩体渗透系数演化测试装置，其特征在于，所述岩芯夹持器与注水箱之间还设置有上堵头，所述上堵头中部具有联通置物腔与注水腔内部的液体流动通道，所述液体流动通道的下部位于液体流动通道旁侧具有弓形槽口以给剪切作用下局部岩芯试样位移预留一定的空间。3.根据权利要求2所述一种裂隙岩体渗透系数演化测试装置，其特征在于，所述岩芯夹持器与储水箱之间还设置有下堵头，所述下堵头中具有两条联通置物腔与储水腔的联通通道，其中一条联通通道截面面积大于加压杆截面积，以保证加压杆穿过下堵头伸入置物腔下部，另一条联通通道截面面积较小，用于传导渗过岩芯试样的液体至储水箱中。4.根据权利要求3所述一种裂隙岩体渗透系数演化测试装置，其特征在于，所述上堵头下端面、下堵头上端面及加压杆顶部固定有高渗透性垫块。5.根据权利要求4所述一种裂隙岩体渗透系数演化测试装置，其特征在于，所述注水箱侧部设置有注水口及排水口，所述储水箱侧部设置有泄水口，所述储水腔旁侧具有液位计。6.根据权利要求1所述一种裂隙岩体渗透系数演化测...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹洋兵，邱冬冬，黄真萍，陈玉华，曾焕接，
申请(专利权)人：福州大学，
类型：发明
国别省市：福建,35