一种测量应力渗流作用下裂隙宽度变化规律的系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种测量应力渗流作用下裂隙宽度变化规律的系统，动力装置用于向试件施加使试件的裂隙合拢的预设应力，输入装置与试件的裂隙的一端连接，用于向试件的裂隙输入预设压强的液体，输出装置与试件的裂隙的另一端连接，用于导出裂隙内的液体，密封装置用于密封试件的裂隙，使液体只能由输入装置流入且只能由输出装置流出，裂隙宽度测量装置用于测量试件的裂隙的宽度，渗流测量装置用于测量液体流入及流出试件的裂隙的参数，控制装置分别与应力加载系统及渗流系统连接，控制装置用于控制应力加载系统及渗流系统工作，可以准确的测量裂隙岩体在应力‑渗流作用下裂隙宽度的变化规律。

A system and method for measuring the variation of crack width under stress percolation

The invention discloses a method for measuring system changes the width of the crack should force the seepage, power device for applying the preset stress fracture closure parts of the specimen to end, the input device and the specimen fracture connection for fractured specimens to input liquid pressure preset, output device and test the crack is connected with the other end, lead to the cracks within the liquid sealing device for sealing the liquid specimen fracture, only by the input device and the output device can flow into the outflow, fracture width measurement device for measuring the crack width, flow measuring device for measuring the parameters of liquid flowing in and out of the specimen crack, control device is respectively connected with the stress loading system and seepage system, control device used to control the stress loading system and work flow system, can be measured accurately The amount of fractured rock mass in the variation of the width of the crack under the action of seepage force.

【技术实现步骤摘要】
一种测量应力渗流作用下裂隙宽度变化规律的系统及方法
本专利技术涉及裂隙液体流动研究领域，尤其涉及一种测量应力渗流作用下裂隙宽度变化规律的系统及方法。
技术介绍
裂隙岩体是水利水电工程、采矿工程、铁路和公路建设工程、土木建设工程、石油工程、海洋勘探与开发工程等各种工程中经常遇到的复杂介质，应力作用下的裂隙岩体渗流规律始终是岩石力学工作者研究的前沿与热门课题。流体在裂隙面的流动通常采用立方定律进行描述，即流量与裂隙宽度的立方成正比。可见，裂隙宽度对岩体渗流有决定性影响。而裂隙宽度的大小又受作用在裂隙面上的应力所控制，所以通过裂隙面渗流量的大小与应力大小密切相关。现有裂隙应力-渗流试验多通过立方定律反算出初始裂隙宽度，再通过变形测量计获取应力作用下裂隙宽度的变化规律。这种间接方法不能直观明了的辨识应力作用下裂隙宽度演化规律，且在粗糙裂隙中应用具有一定的局限性，误差较大。因此，如何准确的测量裂隙岩体在应力-渗流作用下裂隙宽度的变化规律成为了本领域技术人员亟需解决的问题。
技术实现思路
针对现有技术存在的上述不足，本专利技术要解决的技术问题是：如何提供一种测量应力渗流作用下裂隙宽度变化规律的系统，可以准确的测量裂隙岩体在应力-渗流作用下裂隙宽度的变化规律。为解决上述技术问题，本专利技术采用了如下的技术方案：一种测量应力渗流作用下裂隙宽度变化规律的系统，包括应力加载系统、渗流系统、数据采集系统及控制系统，其中：所述应力加载系统包括定位装置及动力装置，所述定位装置用于安装试件，所述动力装置用于向试件施加使所述试件的裂隙合拢的预设应力；所述渗流系统包括输入装置、输出装置及密封装置，所述输入装置与所述试件的裂隙的一端连接，用于向所述试件的裂隙输入预设压强的液体，所述输出装置与所述试件的裂隙的另一端连接，用于导出所述裂隙内的液体，所述密封装置用于密封所述试件的裂隙，使液体只能由所述输入装置流入且只能由所述输出装置流出；所述数据采集系统包括裂隙宽度测量装置及渗流测量装置，所述裂隙宽度测量装置用于测量所述试件的裂隙的宽度，所述渗流测量装置用于测量液体流入及流出所述试件的裂隙的参数；所述控制装置分别与所述应力加载系统及所述渗流系统连接，所述控制装置用于控制所述应力加载系统及所述渗流系统工作。优选地，所述定位装置包括反力架、第一压头及及第二压头，所述动力装置包括第一液压装置及移动横梁，其中：所述反力架的两端面之间依次设置有所述第一压头、所述第二压头、所述移动横梁及所述第一液压装置，所述第一液压装置能够推动所述移动横梁带动所述第二压头朝所述第一压头移动。优选地，所述输入装置包括第二液压装置、输入管及输入压盘，所述输出装置包括输出压盘、输出管及液体收集装置，其中：所述第二液压装置的输出端通过输入管与所述输入压盘的输入端连接，所述输入压盘的输出端与所述试件的裂隙的一端连接，所述试件的裂隙的另一端与所述输出压盘的输入端连接，所述输出压盘的输出端通过输出管与所述液体收集装置连接。优选地，所述密封装置为缠绕在所述试件上的透明热缩管。优选地，所述裂隙宽度测量装置包括图像采集装置及图像处理器，其中：所述图像采集装置与所述处理器连接，所述图像采集装置用于采集所述试件的裂隙的图像，所述处理器用于基于所述图像采集装置采集的图像计算所述试件的裂隙的宽度。优选地，所述渗流测量装置包括输入流量计、输出流量计及重度计算装置，其中：所述输入流量计与所述输入装置连接，用于测量流入所述试件的裂隙的液体的流量，所述输出流量计与所述输出装置连接，用于测量流出所述试件的裂隙的液体的流量，所述重度计算装置用于测量所述液体收集装置内的液体的重度。一种测量应力渗流作用下裂隙宽度变化规律的方法，本方法使用上述测量应力渗流作用下裂隙宽度变化规律的系统，包括如下步骤：将所述试件安装在所述定位装置上；将所述输入装置及所述输出装置与所述试件连接；使用所述密封装置对所述试件进行密封；使用所述控制装置控制所述动力装置向所述试件施加预设应力；使用所述控制装置控制所述输入装置向所述试件的裂隙输入预设压强的液体当液体在所述试件中的渗流处于稳定阶段时，使用所述裂隙宽度测量装置测量所述试件的裂隙的宽度且使用所述渗流测量装置测量液体流入及流出所述试件的裂隙的参数；基于所述渗流测量装置测量液体流入及流出所述试件的裂隙的参数计算所述试件的渗透系数。优选地，所述密封装置为缠绕在所述试件上的透明热缩管，所述使用所述密封装置对所述试件进行密封包括：使用所述透明热缩管缠绕包裹所述试件与所述输入装置的连接处、所述试件与所述输出装置的连接处及所述试件；加热所述透明热缩管；等待所述透明热缩管冷却至常温。优选地，在所述使用所述密封装置对所述试件进行密封之前，还包括如下步骤：沿所述试件的裂隙的边缘间隔预设距离做标记。优选地，其特征在于，所述渗流测量装置包括输入流量计、输出流量计及重度计算装置，所述输入流量计与所述输入装置连接，所述输出流量计与所述输出装置连接，所述重度计算装置用于测量所述液体收集装置内的液体的重度；当所述输入流量计与所述输出流量计测得的流量相同时，利用公式k=qlγ/pA计算渗透系数k，其中k为试件的渗透系数，单位m/s；q为流量，单位m3/s；l为渗流路径，单位m；γ为液体的重度，单位：N/m3；p为所述试件的液压差，单位Pa；A为试件的过流断面面积，单位m2。综上所述，本专利技术公开了一种测量应力渗流作用下裂隙宽度变化规律的系统，包括应力加载系统、渗流系统、数据采集系统及控制系统，应力加载系统包括定位装置及动力装置，定位装置用于安装试件，动力装置用于向试件施加使试件的裂隙合拢的预设应力，渗流系统包括输入装置、输出装置及密封装置，输入装置与试件的裂隙的一端连接，用于向试件的裂隙输入预设压强的液体，输出装置与试件的裂隙的另一端连接，用于导出裂隙内的液体，密封装置用于密封试件的裂隙，使液体只能由输入装置流入且只能由输出装置流出，数据采集系统包括裂隙宽度测量装置及渗流测量装置，裂隙宽度测量装置用于测量试件的裂隙的宽度，渗流测量装置用于测量液体流入及流出试件的裂隙的参数，控制装置分别与应力加载系统及渗流系统连接，控制装置用于控制应力加载系统及渗流系统工作，可以准确的测量裂隙岩体在应力-渗流作用下裂隙宽度的变化规律。附图说明为了使专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术作进一步的详细描述，其中：图1为本专利技术公开的一种测量应力渗流作用下裂隙宽度变化规律的系统的结构示意图；图2为本专利技术公开的应力加载系统的剖面图；图3为本专利技术公开的一种测量应力渗流作用下裂隙宽度变化规律的方法的流程图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步的详细说明。如图1所示，为本专利技术公开的一种测量应力渗流作用下裂隙宽度变化规律的系统的结构示意图，包括应力加载系统、渗流系统、数据采集系统及控制系统，其中：应力加载系统包括定位装置及动力装置，定位装置用于安装试件1，动力装置用于向试件1施加使试件1的裂隙合拢的预设应力；渗流系统包括输入装置、输出装置及密封装置，输入装置与试件1的裂隙的一端连接，用于向试件1的裂隙输入预设压强的液体，输出装置与试件1的裂隙的另一端连接，用于导出裂隙内的液体，密封装置用于密封试件1的裂隙，使液体只能由输入装置流入本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种测量应力渗流作用下裂隙宽度变化规律的系统，其特征在于，包括应力加载系统、渗流系统、数据采集系统及控制系统，其中：所述应力加载系统包括定位装置及动力装置，所述定位装置用于安装试件，所述动力装置用于向试件施加使所述试件的裂隙合拢的预设应力；所述渗流系统包括输入装置、输出装置及密封装置，所述输入装置与所述试件的裂隙的一端连接，用于向所述试件的裂隙输入预设压强的液体，所述输出装置与所述试件的裂隙的另一端连接，用于导出所述裂隙内的液体，所述密封装置用于密封所述试件的裂隙，使液体只能由所述输入装置流入且只能由所述输出装置流出；所述数据采集系统包括裂隙宽度测量装置及渗流测量装置，所述裂隙宽度测量装置用于测量所述试件的裂隙的宽度，所述渗流测量装置用于测量液体流入及流出所述试件的裂隙的参数；所述控制装置分别与所述应力加载系统及所述渗流系统连接，所述控制装置用于控制所述应力加载系统及所述渗流系统工作。

【技术特征摘要】
1.一种测量应力渗流作用下裂隙宽度变化规律的系统，其特征在于，包括应力加载系统、渗流系统、数据采集系统及控制系统，其中：所述应力加载系统包括定位装置及动力装置，所述定位装置用于安装试件，所述动力装置用于向试件施加使所述试件的裂隙合拢的预设应力；所述渗流系统包括输入装置、输出装置及密封装置，所述输入装置与所述试件的裂隙的一端连接，用于向所述试件的裂隙输入预设压强的液体，所述输出装置与所述试件的裂隙的另一端连接，用于导出所述裂隙内的液体，所述密封装置用于密封所述试件的裂隙，使液体只能由所述输入装置流入且只能由所述输出装置流出；所述数据采集系统包括裂隙宽度测量装置及渗流测量装置，所述裂隙宽度测量装置用于测量所述试件的裂隙的宽度，所述渗流测量装置用于测量液体流入及流出所述试件的裂隙的参数；所述控制装置分别与所述应力加载系统及所述渗流系统连接，所述控制装置用于控制所述应力加载系统及所述渗流系统工作。2.如权利要求1所述的测量应力渗流作用下裂隙宽度变化规律的系统，其特征在于，所述定位装置包括反力架、第一压头及及第二压头，所述动力装置包括第一液压装置及移动横梁，其中：所述反力架的两端面之间依次设置有所述第一压头、所述第二压头、所述移动横梁及所述第一液压装置，所述第一液压装置能够推动所述移动横梁带动所述第二压头朝所述第一压头移动。3.如权利要求1所述的测量应力渗流作用下裂隙宽度变化规律的系统，其特征在于，所述输入装置包括第二液压装置、输入管及输入压盘，所述输出装置包括输出压盘、输出管及液体收集装置，其中：所述第二液压装置的输出端通过输入管与所述输入压盘的输入端连接，所述输入压盘的输出端与所述试件的裂隙的一端连接，所述试件的裂隙的另一端与所述输出压盘的输入端连接，所述输出压盘的输出端通过输出管与所述液体收集装置连接。4.如权利要求1所述的测量应力渗流作用下裂隙宽度变化规律的系统，其特征在于，所述密封装置为缠绕在所述试件上的透明热缩管。5.如权利要求1所述的测量应力渗流作用下裂隙宽度变化规律的系统，其特征在于，所述裂隙宽度测量装置包括图像采集装置及图像处理器，其中：所述图像采集装置与所述处理器连接，所述图像采集装置用于采集所述试件的裂隙的图像，所述处理器用于基于所述图像采集装置采集的图像计算所述试件的裂隙的宽度。6.如权利要求1所述的测量应力渗...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵瑜，张水军，董贤哲，吴炳华，王超林，
申请(专利权)人：重庆大学，浙江省水文地质工程地质大队，
类型：发明
国别省市：重庆,50