本发明专利技术公开了一种用于变开度网络裂隙岩体渗流的实验装置及方法。岩体渗流密封加载箱包括反力龙门架及其内的内部箱体，内部箱体通过螺杆支撑装在反力龙门架内：变开度裂隙岩体网络模型装在内部箱体中；变开度裂隙岩体网络模型中设置岩体裂隙网络状的裂隙空腔，岩体裂隙网络状的裂隙空腔的两侧设有裂隙侧盘，裂隙空腔沿裂隙延伸方向两端的两侧裂隙侧盘之间设置裂隙开度控制弹性垫块，通过裂隙空腔和裂隙侧盘将变开度裂隙岩体网络模型分割为多个空间，空间设置基质框架，且在基质框架上开设密封孔。本发明专利技术安全可靠，可满足裂隙岩体设计的个性化需求，精度高，造价低；可实现裂隙开度可控的网络裂隙岩体模型的渗流实验，适用范围广。广。广。
【技术实现步骤摘要】
一种用于变开度网络裂隙岩体渗流实验的装置
[0001]本专利技术属于裂隙岩体模型实验领域的一种渗流实验装置，尤其涉及一种用于变开度网络裂隙岩体渗流实验的装置。
技术介绍
[0002]近年来，随着地下油气储库建设、二氧化碳地质封存、大规模水电站和核废料地质处置等重大地下工程的不断兴建，裂隙岩体中的多相流运动特征研究成为岩土工程领域的重要研究问题。裂隙岩体中基质的渗透系数极低，因此内部的裂隙网络往往成为多相流和污染物迁移的优势通道需要重点关注研究。裂隙的平均开度、粗糙度和交叉形状等重要几何参数是研究离散裂隙网络岩体的基础，对岩石裂隙中的单相与多相渗流机制的研究具有显著影响。但模拟实验中，很难采用合适的岩石样品对渗流过程进行定量化研究，而且无法容易地控制裂隙的粗糙度与开度。因此，通过3D打印技术定量地针对裂隙的开度、粗糙度和裂隙交叉形状进行模型设计有着很高的研究前景。但由于3D打印技术精度有限，难以还原真实裂隙岩的实际开度，因此设计出开度较小的三维交叉裂隙岩体模型并将其应用于具有一定围压条件的渗流实验有着较大难度。
[0003]在已经公开技术中，一种岩体交叉裂隙渗流的试验装置(申请号202010352357.1)，由3D打印基质块模具浇筑抗渗水泥形成，可以灵活设置裂隙交叉角度形状等参数，但无法改变裂隙开度且整体操作难度较高；用于可视化实验的变开度粗糙裂隙及其制作方法(申请号201910238486.5)，通过翻模制作的方法复制原始岩石粗糙裂隙面，可以通过刚性垫片调整裂隙空间的平均开度，但存在制作工艺复杂、不能灵活设置裂隙网络形状与分布的缺陷。
技术实现思路
[0004]本专利技术的目的是针对现有技术存在的上述问题，提供一种用于变开度网络裂隙岩体渗流实验的装置及方法。装置与方法安全可靠、可满足裂隙岩体设计的个性化需求、精度高、造价低；可以实现裂隙开度可控的网络裂隙岩体模型的渗流实验，适用范围广。
[0005]为实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案如下：
[0006]所述的实验装置包括变开度裂隙岩体网络模型、模型垫块和岩体渗流密封加载箱；所述的岩体渗流密封加载箱包括了反力龙门架以及反力龙门架之内的内部箱体，所述的内部箱体通过螺杆支撑安装在反力龙门架之内：所述的变开度裂隙岩体网络模型安装在内部箱体中。
[0007]所述的变开度裂隙岩体网络模型包括裂隙侧盘、裂隙开度控制弹性垫块、裂隙空腔和基质框架；变开度裂隙岩体网络模型中设置岩体裂隙网络状的裂隙空腔，岩体裂隙网络状的裂隙空腔的两侧均布置有裂隙侧盘，裂隙空腔沿裂隙延伸方向两端的两侧裂隙侧盘之间设置裂隙开度控制弹性垫块，使得两侧裂隙侧盘沿裂隙延伸方向两端之间通过裂隙开度控制弹性垫块密封连接；通过裂隙空腔及其两侧的裂隙侧盘将变开度裂隙岩体网络模型
分割为多个空间，每个空间设置基质框架，且在基质框架上开设用于填充材料的密封孔。
[0008]所述的裂隙空腔两端延伸到变开度裂隙岩体网络模型在沿垂直于裂隙延伸方向对称的两侧面，使得裂隙空腔两端分别延伸到变开度裂隙岩体网络模型两侧面的端口作为入流口和出流口。
[0009]所述岩体裂隙网络状的裂隙空腔沿裂隙延伸方向的各处截面相同，每处截面均为由众多条形裂隙相互交叉布置形成。
[0010]所述裂隙空腔、裂隙侧盘沿裂隙延伸方向的长度和变开度裂隙岩体网络模型的长度保持一致。
[0011]所述的密封孔处设置有用于密封的塞子，所述的塞子通过螺纹和密封孔螺纹连接形成密封。
[0012]所述的密封孔用于填入颗粒物，使得基质框架内部空腔被填满。
[0013]所述的基质框架为空心结构，包括支撑框架，支撑框架固定于裂隙侧盘，支撑框架的内腔为基质框架腔体，基质框架腔体内填入颗粒物，支撑框架开设密封孔。
[0014]所述的岩体渗流密封加载箱可以放置于超重力离心机中，在入流口和出流口提供超重力作用下的水力梯度，模拟深地环境中的水压力梯度。
[0015]所述的变开度裂隙岩体网络模型均采用3D打印制成。
[0016]所述的裂隙侧盘采用树脂、金属等具有一定刚度且不透水的材料；所述的裂隙开度控制弹性垫块采用橡胶、硅胶等具有一定弹性和不透水的材料；所述的基质框架采用树脂、有机玻璃、金属等不透水材料；所述裂隙空腔内打印时预先填充可溶于水的支撑材料。
[0017]所述内部箱体的对称两侧分别开设有水入口和水出口，水入口和裂隙空腔的入流口连通，水出口和裂隙空腔的出流口连通，水从内部箱体的水入口进入裂隙空腔的入流口中，再经裂隙空腔后流出到裂隙空腔的出流口，最后从水出口流出。
[0018]还包括所述的数据采集与监测单元，数据采集与监测单元包括布设于水入口和水出口的孔隙水压力传感器、温度探头等传感器。
[0019]本专利技术利用3D打印工艺一体化打印不同材质组成的变开度裂隙岩体网络模型，提升了模型制作精确度，可以满足裂隙岩体裂隙网络形状与粗糙度个性化设置需求；支撑框架采用填料密封的方式大大节约了模型制作成本；通过控制加载，从而灵活地改变裂隙内腔的开度大小，弥补了3D打印技术因精度不足不能还原真实裂隙开度的缺陷。该装置与方法安全可靠、可满足裂隙岩体设计的个性化需求，精度高、可重复性强，可以在一定围压条件下实现裂隙开度可控的网络裂隙岩体模型的渗流实验，适用范围广。
[0020]本专利技术具有的有益效果是：
[0021]1.本专利技术利用3D打印技术一体化打印裂隙网络模型，可灵活设置裂隙形状、分布状态、初始开度、粗糙度等几何参数，打印精度高，成本低，适用范围广，制作过程简单易行。
[0022]2.本专利技术可实现裂隙岩体渗流模拟实验裂隙开度可定量改变，通过对反力螺栓挤压裂隙开度控制弹性垫块使其变形，从而灵活调整裂隙开度。
[0023]3.本专利技术的裂隙网络支撑框架采用填料密封的方式大大节约了模型制作成本。
[0024]4.本专利技术可实现裂隙岩体试样模型边界面的独立密封，可以进行一定水压条件下的裂隙岩体渗流试验。
[0025]5.本专利技术整体强度高、安全可靠，易于安装，造价低。
附图说明
[0026]图1是本专利技术实施例提供的用于变开度网络裂隙岩体渗流的实验装置的原理图；
[0027]图2是本专利技术实施例提供的用于变开度网络裂隙岩体模型的立体图；
[0028]图3是本专利技术实施例提供的用于变开度网络裂隙岩体模型和模型垫块的组装侧面剖视图；
[0029]图4是本专利技术实施例提供的用于变开度网络裂隙岩体模型和模型垫块的组装正视图。
[0030]图中：变开度裂隙岩体网络模型Ⅰ、模型垫块Ⅱ、岩体渗流密封加载箱Ⅲ、裂隙侧盘1、裂隙开度控制弹性垫块2、裂隙内腔3、基质框架4、支撑框架4
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1、基质框架腔体4
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2、密封孔4
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3、反力龙门架5、岩体模型密封箱6、反力螺杆7、弹性密封垫8。
具体实施方式
[0031]以下结合附图和具体实施例对本专利技术的实施方式作进一步详细描述。本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种用于变开度网络裂隙岩体渗流的实验装置，其特征在于：所述的实验装置包括变开度裂隙岩体网络模型(Ⅰ)、模型垫块(Ⅱ)和岩体渗流密封加载箱(Ⅲ)；所述的岩体渗流密封加载箱(Ⅲ)包括了反力龙门架以及反力龙门架之内的内部箱体，所述的内部箱体通过螺杆支撑安装在反力龙门架之内：所述的变开度裂隙岩体网络模型(Ⅰ)安装在内部箱体中；所述的变开度裂隙岩体网络模型(Ⅰ)包括裂隙侧盘(1)、裂隙开度控制弹性垫块(2)、裂隙空腔(3)和基质框架(4)；变开度裂隙岩体网络模型(Ⅰ)中设置岩体裂隙网络状的裂隙空腔(3)，岩体裂隙网络状的裂隙空腔(3)的两侧均布置有裂隙侧盘(1)，裂隙空腔(3)沿裂隙延伸方向两端的两侧裂隙侧盘(1)之间设置裂隙开度控制弹性垫块(2)，使得两侧裂隙侧盘(1)沿裂隙延伸方向两端之间通过裂隙开度控制弹性垫块(2)密封连接；通过裂隙空腔(3)及其两侧的裂隙侧盘(1)将变开度裂隙岩体网络模型(Ⅰ)分割为多个空间，每个空间设置基质框架(4)，且在基质框架(4)上开设用于填充材料的密封孔(4
‑
3)。2.根据权利要求1所述的一种用于变开度网络裂隙岩体渗流的实验装置，其特征在于：所述的裂隙空腔(3)两端延伸到变开度裂隙岩体网络模型(Ⅰ)在沿垂直于裂隙延伸方向对称的两侧面，使得裂隙空腔(3)两端分别延伸到变开度裂隙岩体网络模型(Ⅰ)两侧面的端口作为入流口和出流口。3.根据权利要求1所述的一种用于变开度网络裂隙岩体渗流的实验装置，其特征在于：所述岩体裂隙网络状的裂隙空腔(3)沿裂隙延伸方向的各处截面均为由众多条形裂隙相互交叉布置形成。4.根据权利要求1所述的一种用于变开度网络裂隙岩体渗流的实验装置，其特征在于：所述裂隙空腔(3)、裂隙侧盘(1)沿裂隙延伸方向的长度和变开度裂隙岩体网络模型(Ⅰ)的长度保持一致。5.根据权利...
【专利技术属性】
技术研发人员：徐文杰，陈睿奇，胡英涛，詹良通，李金龙，陈云敏，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：
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