岩石节理剪切-渗流藕合试验盒制造技术

本实用新型专利技术公开了一种岩石节理剪切－渗流耦合试验盒，其特征在于，盒体包括上盒和下盒，两者配合面为平面，上盒和下盒内有大小相近的凹槽，两个凹槽共同形成可容纳岩石试件的空腔；下盒的左、右侧壁板近上端面相对的两侧内分别设有进水通道和出水通道，盒体由抗压强度高、耐水蚀性好的金属或合金制成。使用本实用新型专利技术的岩石节理剪切－渗流耦合试验盒，可以进行高渗透水压作用下的岩石节理剪切－渗流耦合试验，密封装置的设计，可以使得试验过程中，上下节理试件连同上盒与下盒发生相对的剪切位移时，水流不发生渗漏、并且仍然按照预先设计的路径和方式流动，使得受力状态更符合自然状态，数据更真实，所获得的结论能更好地为实际工程服务。（*该技术在2017年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种可用于进行岩石节理剪切一渗流耦合试验的试验盒。
技术介绍
自然界中的岩体受到外力作用时，会产生节理和裂隙等结构面，某个区域的完 整岩石受到外力作用破裂时，会形成一对节理面。国内i^进行岩石节理的剪切一渗 流耦合试验，多存在两个方面的问题渗透水压值过小和辐射状的水流方式。渗透水压值过小，水头高度只有2m多，而实际工程中的最大水头高度甚至超过1000m; 辐射流的渗流方式，即从节理面中心钻孔注水向四周流动，这与实际情况也是不相 符的，自然界水在节理中的流动方式应该为单面流，即从节理面的一端流向另一端。目前，国内外已有较为成熟的岩石节理剪切试验机，但是由于上述难题的存在， 可进行岩石节理的剪切一渗流耦合试验的试验机发展缓慢，还没有集合剪切试验 机、水压控制加载装置、密封剪切盒、张开度测量和流量测量装置，并将其形成一 体化的岩石节理剪切一渗流耦合试验系统，从而实现在稳态水压或瞬态水压渗流状 态下的岩石节理剪切试验。而在以上工作中，最大的技术难题是剪切盒的设计与制 作。在试验中，如何既能保证在高水压下，上盒与下盒发生一定相对位移仍能保证 良好的密封，又能使水在剪切盒中以单面流的方式流动，是很多专家努力思考想要 解决的问题。因此，如何解决现有技术存在的诸多缺点实己成为本领域技术人员亟待解决的技术 课题。
技术实现思路
为了解决上述问题，本技术提供一种能承受高渗透水压、模拟自然状态、 并准确反映不同环境中岩石节理受力状态的岩石节理剪切一渗流耦合试验盒。为实现上述目的，本技术的岩石节理剪切一渗流耦合试验盒的技术方案为所述的岩石节理剪切一渗流耦合试验盒，其特征在于，盒体包括上盒和下盒， 两者配合面为平面，上盒和下盒内有大小相近的凹槽，两个凹槽共同形成可容纳岩 石试件的空腔；下盒的左、右侧壁板近上端面相对的两侧内分别设有进水通道和出 水通道。所述岩石节理剪切一渗流耦合试验盒还包括一使上盒与下盒只能沿剪切方向做 相对水平滑动和垂直滑动的限位装置。所述下盒和上盒均为矩形，下盒和上盒形成的空腔为一矩形。其中，下盒垂直于剪切方向的两侧壁外侧固定有高出侧壁的平板，上盒可在平 板间沿剪切方向水平滑动。所述的进水通道的出水口和出水通道的进水口伸入空腔内，进水通道的进水口 和出水通道的出水口伸出剪切盒外壁。所述的进水通道和出水通道为梳状。所述盒体由抗压强度高、耐水蚀性好的金属或合金制成，优选由钢板制成。使用本技术的岩石节理剪切—渗流耦合试验盒，可以进行高渗透水压作用 下的岩石节理剪切一渗流耦合试验，密封装置的设计，可以使得试验过程中，上下 节理试件连同上盒与下盒发生相对的剪切位移时，水流不发生渗漏、并且仍然按照 预先设计的路径和方式流动，使得受力状态更符合自然状态，数据更真实，所获得 的结论能更好地为实际工程服务附图说明图1为装有岩石节理试件的本技术的纵剖视图2为图1沿B—B线的剖视图3为图1沿A—A线的剖视图4为本技术的另一个实施例类似图2的剖视具体实施方式以下结合附图和具体实施方式对技术的岩石节理剪切一渗流耦合试验 盒作进一步的说明。如图1 3所示，岩石节理剪切一渗流耦合试验盒，盒体1包括一下盒3、 一上 盒4、 一进水管5、 一出水管6，构成岩石节理剪切一渗流耦合试验盒1的盒体壁板 均由钢板制成，亦可以用其他抗压强度高、耐水蚀性好的金属或合金制成。下盒3由一前壁板31、 一后壁板32、 一左壁板33、 一右壁板35和一下壁板37 组成前壁板31与后壁板32为大小、厚度均相同的两块钢板，对称布置；左壁板 33和右壁板35是由两块大小相同、厚度不同的钢板，通过螺栓连接而成；33a、 33b 与35a、 35b分别相同且对称布置。左壁板33a和右壁板35a上端面分别加工有一安 装密封条52的凹槽。上盒4由一前壁板41、 一后壁板42、 一左壁板43、 一右壁板45和一上壁板47 组成前壁板41与后壁板42为大小、厚度均相同的两块钢板，对称布置；左壁板 43和右壁板45是由两块大小相同、厚度不同的钢板，通过螺栓连接而成；43a、 43b 与45a、 45b分别相同且对称布置。上盒4的前壁板41与下盒3的前壁板31厚度相同，上盒4的后壁板42与下盒 3的后壁板32厚度相同，上盒4的左壁板43a、 43b与下盒3的左壁板33a、 33b厚 度相同，上盒4的右壁板45a、 45b与下盒3的右壁板35a、 35b厚度相同，上盒4 的上壁板47与下盒3的下壁板37大小、厚度均相同。进水管5和出水管6呈梳状对称嵌平安装在左壁板33b和右壁板35b的上端面 内侧，进水管5的梳状出水口伸入两节理面组成的空腔内，出水管14的梳状进水 口亦伸入空腔内，保证水流在节理面内呈自然状态流动；进水管5的进水口和出水 管6的出水口穿出后壁板32。图4所示为本技术的另一个实施例，在第一个实施例的下盒3前壁板31、 后壁板32外侧分别安装一平板100和101，平板100和101大小相同，通过螺栓对 称固定在前壁板31、后壁板32上，平板100和101的上端面高出前壁板31、后壁 板32的上表面，使上盒4只能沿剪切方向水平滑动，沿垂直方向上下滑动。平板 100和101组成本实施例的限位装置，还可以采用其他方式，使上盒沿剪切方向水 平滑动。下盒3和上盒4的所有壁板均可以为整体结构；下盒3、上盒4可为一体结构。内部空腔还可以采用圆柱形、球形或其他形状；盒体外形一般采用立方体结构。 使用岩石节理剪切一渗流耦合试验盒的具体步骤如下(a) 对岩石节理试件ll进行处理，由于上下岩石节理面都是粗糙的，将上下节 理面接触放置在一起，两节理面不会完全吻合，部分点接触，部分点脱离，上下节 理面之间会形成一个三维空腔，称之为节理剪缝。自然界采集的天然节理，由于外 部形状不规则，会先用水泥进行外部包裹，制成外部形状规则的岩石节理试件，由 于试验中上节理面相对于下节理面要做相对垂直和剪切运动，要保证这种相对运 动，上下节理面不能固结在一起，故水泥制成的上下包裹层12是断开的，故也留 有一条水泥剪缝，见图l和2 (人造节理由相似材料浇铸而成，由于外部形状较规 则，和剪切盒可以很好吻合，通常不需要做水泥包裹处理)；(b) 在试验之前，会对水泥剪缝做处理，用一种密封材料53将水泥剪缝密封住， 仅留进水管和出水管的通道，见图1至3，这种密封材料为聚酯材料，具有一定的韧性、抗拉和抗剪性，可以承受较大的变形，水泥剪缝密封时，在密封层上预留了进水管道的梳状进水口以及出水管道的梳状出水口的通道；水泥剪缝密封后，上下 节理面仍可以做相对运动，且水不会从水泥剪缝中渗漏。(c) 对己经做过水泥剪缝密封处理的节理试件，在其外部再包裹一层隔水层54，用于隔离高压渗透水，保证在高水压以及上、下盒发生相对剪切位移时，保证水流 按照设计好的路径进行平流，保证水流不从剪切盒和岩石节理之间的缝隙流过，保证水流不从垂直于剪切方向的侧面流出，见图1、 2和3，这种隔水材料属于聚酯材 料，使用前为液体，注入模具或指定位置以后经一定时间凝固成固体胶，抗压和抗 剪性能良好，弹性模量可以通过改变添加剂成分调节，并可通过试验测出，在剪切 试验过程中的变形可以通过测量其受力大小算出；在该试本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种岩石节理剪切－渗流耦合试验盒，其特征在于，盒体包括上盒和下盒，两者配合面为平面，上盒和下盒内有大小相近的凹槽，两个凹槽共同形成可容纳岩石试件的空腔；下盒的左、右侧壁板近上端面相对的两侧内分别设有进水通道和出水通道。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：夏才初，王伟，龚建伍，曹诗定，闫子舰，刘远明，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：实用新型
国别省市：31[中国|上海]