岩石节理剪切-渗流耦合试验系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种岩石节理剪切－渗流耦合试验系统，包括一剪切盒、一试验力加载及位移测量装置、一张开度测量装置和一计算机，所述剪切盒有一进水通道和一出水通道，其特征在于，还包括一渗流检测装置，该渗流检测装置包括一进水装置和一出水流量测量装置，该进水装置联通剪切盒的进水通道的进水口，出水流量测量装置联通剪切盒的出水通道的出水口。使用本实用新型专利技术进行岩石节理剪切－渗流耦合试验，可以任意改变切向力、法向力和水压的数值大小和变化方式，同时获得张开度变化、切向位移和流量大小，所获得的数据更能真实反映实际受力状态，数据更真实。同时，无需多套设备，使试验设备的成本降低，大大节省了试验时间和后期数据的处理时间，提高了工作效率。（*该技术在2017年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种进行岩石节理剪切一渗流耦合试验的试验系统。
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。国内外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，低渗透压力下，剪切盒的密封较容易实现，而 实际工程中的最大水头高度甚至超过1000m，很难对剪切盒做密封；而辐射流的渗 流方式，即从节理面中心钻孔注水向四周流动，这种渗流方式，只要能满足连续的 水流方式，对剪切盒可以不做密封，但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。由于前述难题的存在，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，目前，国内外进行岩石节理的剪切渗流耦合试验，大多是将岩石节理装入经独 特设计的密封剪切盒内，并安装到直剪试验机上，通过直剪试验机在岩石上分别施 加不同的切向力和法向力，通过位移传感器测量岩石节理的开度变化和切向位移。 要测量水在岩石节理中渗流的流量，必须使用另外的专用试验设备来进行。无法形 成一体化的集合试验力加载装置、水压加载流量测量装置、密封剪切盒和张开度测 量装置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，并对竖向力和水平力、张开度和水平位移以及流量同 时做出精确测量。因此，如何解决现有技术存在的诸多缺点实已成为本领域技术人员亟待解决的技术 课题
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种岩石节理剪切一渗流耦合试验系统，能进行岩 石节理剪切一渗流耦合试验，在进行加载的同时可获得节理张开度、水平位移、流 量的变化值。为实现上述目的，本技术提供一种岩石节理剪切—渗流耦合试验系统，包 括一剪切盒、 一试验力加载及位移测量装置， 一张开度测量装置和一计算机，所述 剪切盒有一进水通道和一出水通道，其特征在于，还包括一渗流检测装置，该渗流 检测装置包括一进水装置和一出水流量测量装置，该进水装置联通剪切盒的进水通 道的进水口，出水流量测量装置联通剪切盒的出水通道的出水口。其中，所述出水流量测量装置包括一集水箱、 一第二流量计；第二流量计连接 在剪切盒的出水口和集水箱之间，第二流量计与计算机相连。其中，所述出水流量测量装置还包括一反压加载装置、 一第二液压传感器和一 控制器，第二液压传感器安装在出水管上，与控制器电连接，控制器与反压加载装 置电连接，控制出水管的出水压力，保证进水管与出水管的压力差；反压加载装置 安装在第二流量计和第二液压传感器之间，控制器由计算机伺服控制。其中，所述出水流量测量装置还包括一压力感应器，压力感应器安装在第二流 量计和集水箱之间，与计算机相连。优选地是，所述进水装置包括一储水箱、 一水压加载装置、 一第一液压传感器； 第一液压传感器安装在进水管上，与控制器电连接，水压加载装置安装在第一液压 传感器和储水箱之间，控制器由计算机伺服控制。更优选地是，所述进水装置还包括一第一流量计，第一流量计安装在储水箱和 水压加载装置之间，第一流量计与计算机相连。更优选地是，所述出水流量测量装置的集水箱为一密封容器，该密闭容器有一个 有开关控制的出口，通往进水装置的储水箱。使用本技术，可以在岩石节理剪切的基础上，进行剪切一渗流耦合试验， 在试验过程中可以任意改变竖向力、水平力、水压值，并可同时获得张开度、剪切 位移和流量变化值；试验过程中，水流可以模拟自然流动状态，因此，获得的试验 结果更能真实有效地用于指导实际工程。同时，使用本系统， 一次获得所需数据，无需多套设备，降低了试验成本，节约了试验时间和后期数据的处理时间，提高了 工作效率，操作更人性化。附图说明图1为本技术的岩石节理剪切一渗流耦合试验系统的结构方框图图2a为本技术中的剪切盒的纵剖视图2b为图2a沿B — B线的剖视图2c为图2a沿A—A线的剖视图3是本技术中的渗流检测装置的工作原理图4为是本技术中的试验力加载及位移测量装置的工作原理图5为本技术中的引伸计安装示意图。具体实施方式以下结合附图和具体实施方式对本技术的岩石节理剪切一渗流耦合试验系 统作进一步的说明。如图l所示，本技术的岩石节理剪切一渗流耦合试验装系统包括一剪切盒， 一试验力加载及位移测量装置， 一张开度测量装置， 一渗流检测装置和一计算机。剪切盒如图2a 2c所示，剪切盒1由下盒3、上盒4、进水管5、出水管6组成，构成 剪切盒1的壁板均由钢板制成。下盒3由前壁板31、后壁板32、左壁板33、 34、右壁板35、 36和下壁板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、 34和右壁板35、 36分别对称，左壁板33和右壁板35、左壁板34和右壁板36 为大小相同、厚度不同的钢板，通过螺栓连接而成；上盒4由前壁板41、后壁板42、左壁板43、 44、右壁板45、 46和上壁板47 组成前41壁板与后壁板42为大小、厚度均相同的两块钢板，对称布置；左壁板43、 44和右壁板45、 46分别对称，左壁板43和右壁板45、左壁板44和右壁板46 为大小相同、厚度不同的钢板，通过螺栓连接而成；上盒的前壁板41与下盒的前壁板31厚度相同，上盒的后壁板42与下盒的后壁 板32厚度相同，上盒的左壁板43、 44与下盒的左壁板33、 34厚度相同，上盒的右 壁板45、 46与下盒的右壁板35、 36厚度相同，上盒的上壁板47与下盒的下壁板 37大小、厚度均相同。在前壁板31和前壁板41接触面之间、后壁板32和后壁板42接触面之间安装 减摩板51，在左壁板33、左壁板43、右壁板35和右壁板45预留的槽内压入隔水 密封圈52。上盒4与下盒3可沿水流的左右方向相对水平滑动，沿垂直方向相对上下滑动。进水管5和出水管6呈梳状对称嵌平安装在左壁板34和右壁板36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，进水管5的进水口和出水管6的出水口穿出后壁板32。试验之前，用密封材料53封住剪缝，仅留出进水口和出水口的通道，并在试件 外部包裹隔水层54。渗流检测装置渗流检测装置主要用于控制水压加载并测量水的流量，为一套闭环控制系统。如图3所示，渗流检测装置包括一进水装置、 一出水流量测量装置。进水装置 包括一储水箱、 一第一流量计、 一水压加载装置、 一第一液压传感器和一控制器。 第一液压传感器安装剪切盒的进水管路上，与控制器电连接，控制器由计算机伺服 控制。第一流量计安装在水压加载装置和储水箱之间。出水流量测量装置包括一集 水箱、 一压力感应器、 一第二流量计、 一反压加载装置、 一第二液压传感器和一控 制器。第二液压传感器安装在剪切盒1的出水管路上，与控制器电连接，反压加载 装置安装在第二液压传感器和第二流量计之间，控制器与反压加载装置电连接，压 力感应器安装在第二流量计和集水箱之间。集水箱为一密闭的容器，该集水箱有一个 出口，通往储水箱，在试验中，出口关闭。当流量较小、第二流量计无法识别流量时， 可以通过压力本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种岩石节理剪切－渗流耦合试验系统，包括一剪切盒，一试验力加载及位移测量装置，一张开度测量装置和一计算机，所述剪切盒有一进水通道和一出水通道，其特征在于，还包括一渗流检测装置，该渗流检测装置包括一进水装置和一出水流量测量装置，该进水装置联通剪切盒的进水通道的进水口，出水流量测量装置联通剪切盒的出水通道的出水口。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：夏才初，王伟，蔡永昌，赵旭，李宏哲，杜良平，
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]