專利名稱：巖石節(jié)理剪切－滲流耦合試驗(yàn)盒的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種可用于進(jìn)行巖石節(jié)理剪切-流耦合試驗(yàn)的試驗(yàn)盒。
背景技術(shù)：
自然界中的巖體受到外力作用時(shí)，會(huì)產(chǎn)生節(jié)理和裂隙等結(jié)構(gòu)面，某個(gè)區(qū)域的完整巖石受到外力作用破裂時(shí)，會(huì)形成一對(duì)節(jié)理面。國(guó)內(nèi)外進(jìn)行巖石節(jié)理的剪切-滲流耦合試驗(yàn)，多存在兩個(gè)方面的問(wèn)題滲透水壓值過(guò)小和輻射狀的水流方式。滲透水壓值過(guò)小，水頭高度只有2m多，而實(shí)際工程中的最大水頭高度甚至超過(guò)1000m；輻射流的滲流方式，即從節(jié)理面中心鉆孔注水向四周流動(dòng)，這與實(shí)際情況也是不相符的，自然界水在節(jié)理中的流動(dòng)方式應(yīng)該為單面流，即從節(jié)理面的一端流向另一端。
目前，國(guó)內(nèi)外已有較為成熟的巖石節(jié)理剪切試驗(yàn)機(jī)，但是由于上述難題的存在，可進(jìn)行巖石節(jié)理的剪切-滲流耦合試驗(yàn)的試驗(yàn)機(jī)發(fā)展緩慢，還沒(méi)有集合剪切試驗(yàn)機(jī)、水壓控制加載裝置、密封剪切盒、張開(kāi)度測(cè)量和流量測(cè)量裝置，并將其形成一體化的巖石節(jié)理剪切-滲流耦合試驗(yàn)系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)在穩(wěn)態(tài)水壓或瞬態(tài)水壓滲流狀態(tài)下的巖石節(jié)理剪切試驗(yàn)。而在以上工作中，最大的技術(shù)難題是剪切盒的設(shè)計(jì)與制作。在試驗(yàn)中，如何既能保證在高水壓下，上盒與下盒發(fā)生一定相對(duì)位移仍能保證良好的密封，又能使水在剪切盒中以單面流的方式流動(dòng)，是很多專家努力思考想要解決的問(wèn)題。
因此，如何解決現(xiàn)有技術(shù)存在的諸多缺點(diǎn)實(shí)已成為本領(lǐng)域技術(shù)人員亟待解決的技術(shù)課題。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供一種能承受高滲透水壓、模擬自然狀態(tài)、并準(zhǔn)確反映不同環(huán)境中巖石節(jié)理受力狀態(tài)的巖石節(jié)理剪切-滲流耦合試驗(yàn)盒。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的巖石節(jié)理剪切-滲流耦合試驗(yàn)盒的技術(shù)方案為所述的巖石節(jié)理剪切-滲流耦合試驗(yàn)盒，其特征在于，盒體包括上盒和下盒，兩者配合面為平面，上盒和下盒內(nèi)有大小相近的凹槽，兩個(gè)凹槽共同形成可容納巖石試件的空腔；下盒的左、右側(cè)壁板近上端面相對(duì)的兩側(cè)內(nèi)分別設(shè)有進(jìn)水通道和出水通道。
所述巖石節(jié)理剪切-滲流耦合試驗(yàn)盒還包括一使上盒與下盒只能沿剪切方向做相對(duì)水平滑動(dòng)和垂直滑動(dòng)的限位裝置。
所述下盒和上盒均為矩形，下盒和上盒形成的空腔為一矩形。
其中，下盒垂直于剪切方向的兩側(cè)壁外側(cè)固定有高出側(cè)壁的平板，上盒可在平板間沿剪切方向水平滑動(dòng)。
所述的進(jìn)水通道的出水口和出水通道的進(jìn)水口伸入空腔內(nèi)，進(jìn)水通道的進(jìn)水口和出水通道的出水口伸出剪切盒外壁。
所述的進(jìn)水通道和出水通道為梳狀。
所述盒體由抗壓強(qiáng)度高、耐水蝕性好的金屬或合金制成，優(yōu)選由鋼板制成。
使用本發(fā)明的巖石節(jié)理剪切-滲流耦合試驗(yàn)盒，可以進(jìn)行高滲透水壓作用下的巖石節(jié)理剪切-滲流耦合試驗(yàn)，密封裝置的設(shè)計(jì)，可以使得試驗(yàn)過(guò)程中，上下節(jié)理試件連同上盒與下盒發(fā)生相對(duì)的剪切位移時(shí)，水流不發(fā)生滲漏、并且仍然按照預(yù)先設(shè)計(jì)的路徑和方式流動(dòng)，使得受力狀態(tài)更符合自然狀態(tài)，數(shù)據(jù)更真實(shí)，所獲得的結(jié)論能更好地為實(shí)際工程服務(wù)


圖1為裝有巖石節(jié)理試件的本發(fā)明的縱剖視圖；圖2為圖1沿B-B線的剖視圖；圖3為圖1沿A-A線的剖視圖；圖4為本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例類似圖2的剖視圖；具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)發(fā)明的巖石節(jié)理剪切-滲流耦合試驗(yàn)盒作進(jìn)一步的說(shuō)明。
如圖1～3所示，巖石節(jié)理剪切-滲流耦合試驗(yàn)盒，盒體1包括一下盒3、一上盒4、一進(jìn)水管5、一出水管6，構(gòu)成巖石節(jié)理剪切-滲流耦合試驗(yàn)盒1的盒體壁板均由鋼板制成，亦可以用其他抗壓強(qiáng)度高、耐水蝕性好的金屬或合金制成。
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組成；前壁板31與后壁板32為大小、厚度均相同的兩塊鋼板，對(duì)稱布置；左壁板33和右壁板35是由兩塊大小相同、厚度不同的鋼板，通過(guò)螺栓連接而成；33a、33b與35a、35b分別相同且對(duì)稱布置。左壁板33a和右壁板35a上端面分別加工有一安裝密封條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組成前壁板41與后壁板42為大小、厚度均相同的兩塊鋼板，對(duì)稱布置；左壁板43和右壁板45是由兩塊大小相同、厚度不同的鋼板，通過(guò)螺栓連接而成；43a、43b與45a、45b分別相同且對(duì)稱布置。
上盒4的前壁板41與下盒3的前壁板31厚度相同，上盒4的后壁板42與下盒3的后壁板32厚度相同，上盒4的左壁板43a、43b與下盒3的左壁板33a、33b厚度相同，上盒4的右壁板45a、45b與下盒3的右壁板35a、35b厚度相同，上盒4的上壁板47與下盒3的下壁板37大小、厚度均相同。
進(jìn)水管5和出水管6呈梳狀對(duì)稱嵌平安裝在左壁板33b和右壁板35b的上端面內(nèi)側(cè)，進(jìn)水管5的梳狀出水口伸入兩節(jié)理面組成的空腔內(nèi)，出水管14的梳狀進(jìn)水口亦伸入空腔內(nèi)，保證水流在節(jié)理面內(nèi)呈自然狀態(tài)流動(dòng)；進(jìn)水管5的進(jìn)水口和出水管6的出水口穿出后壁板32。
圖4所示為本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，在第一個(gè)實(shí)施例的下盒3前壁板31、后壁板32外側(cè)分別安裝一平板100和101，平板100和101大小相同，通過(guò)螺栓對(duì)稱固定在前壁板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動(dòng)，沿垂直方向上下滑動(dòng)。平板100和101組成本實(shí)施例的限位裝置，還可以采用其他方式，使上盒沿剪切方向水平滑動(dòng)。
下盒3和上盒4的所有壁板均可以為整體結(jié)構(gòu)；下盒3、上盒4可為一體結(jié)構(gòu)。
內(nèi)部空腔還可以采用圓柱形、球形或其他形狀；盒體外形一般采用立方體結(jié)構(gòu)。
使用巖石節(jié)理剪切-滲流耦合試驗(yàn)盒的具體步驟如下(a)對(duì)巖石節(jié)理試件11進(jìn)行處理，由于上下巖石節(jié)理面都是粗糙的，將上下節(jié)理面接觸放置在一起，兩節(jié)理面不會(huì)完全吻合，部分點(diǎn)接觸，部分點(diǎn)脫離，上下節(jié)理面之間會(huì)形成一個(gè)三維空腔，稱之為節(jié)理剪縫。自然界采集的天然節(jié)理，由于外部形狀不規(guī)則，會(huì)先用水泥進(jìn)行外部包裹，制成外部形狀規(guī)則的巖石節(jié)理試件，由于試驗(yàn)中上節(jié)理面相對(duì)于下節(jié)理面要做相對(duì)垂直和剪切運(yùn)動(dòng)，要保證這種相對(duì)運(yùn)動(dòng)，上下節(jié)理面不能固結(jié)在一起，故水泥制成的上下包裹層12是斷開(kāi)的，故也留有一條水泥剪縫，見(jiàn)圖1和2(人造節(jié)理由相似材料澆鑄而成，由于外部形狀較規(guī)則，和剪切盒可以很好吻合，通常不需要做水泥包裹處理)；(b)在試驗(yàn)之前，會(huì)對(duì)水泥剪縫做處理，用一種密封材料53將水泥剪縫密封住，僅留進(jìn)水管和出水管的通道，見(jiàn)圖1至3，這種密封材料為聚酯材料，具有一定的韌性、抗拉和抗剪性，可以承受較大的變形，水泥剪縫密封時(shí)，在密封層上預(yù)留了進(jìn)水管道的梳狀進(jìn)水口以及出水管道的梳狀出水口的通道；水泥剪縫密封后，上下節(jié)理面仍可以做相對(duì)運(yùn)動(dòng)，且水不會(huì)從水泥剪縫中滲漏。
(c)對(duì)已經(jīng)做過(guò)水泥剪縫密封處理的節(jié)理試件，在其外部再包裹一層隔水層54，用于隔離高壓滲透水，保證在高水壓以及上、下盒發(fā)生相對(duì)剪切位移時(shí)，保證水流按照設(shè)計(jì)好的路徑進(jìn)行平流，保證水流不從剪切盒和巖石節(jié)理之間的縫隙流過(guò)，保證水流不從垂直于剪切方向的側(cè)面流出，見(jiàn)圖1、2和3，這種隔水材料屬于聚酯材料，使用前為液體，注入模具或指定位置以后經(jīng)一定時(shí)間凝固成固體膠，抗壓和抗剪性能良好，彈性模量可以通過(guò)改變添加劑成分調(diào)節(jié)，并可通過(guò)試驗(yàn)測(cè)出，在剪切試驗(yàn)過(guò)程中的變形可以通過(guò)測(cè)量其受力大小算出；在該試驗(yàn)中，隔水層54一般先預(yù)制好，在安裝后若存在試件、隔水層、壁板之間的局部位置有空洞，可以通過(guò)補(bǔ)注的辦法將其填充；(d)將上述試件分別先裝入上盒和下盒，將進(jìn)水管和出水管安裝就位，然后在壁板31和41、32和42接觸面之間安裝減摩板51，在壁板33a和43a、35a和45a的凹槽內(nèi)壓入隔水密封條52，再將上盒、下盒合攏。
完成上述步驟的剪切盒就可以借助剪切試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行巖石節(jié)理剪切-滲流耦合試驗(yàn)。
使用本發(fā)明的巖石節(jié)理剪切-滲流耦合試驗(yàn)盒，可以進(jìn)行高滲透水壓作用下的巖石節(jié)理剪切-滲流耦合試驗(yàn)，密封裝置的設(shè)計(jì)，可以使得試驗(yàn)過(guò)程中，上下節(jié)理試件連同上盒與下盒發(fā)生相對(duì)的剪切位移時(shí)，水流不發(fā)生滲漏、并且仍然按照預(yù)先設(shè)計(jì)的路徑和方式流動(dòng)，使得受力狀態(tài)更符合自然狀態(tài)，數(shù)據(jù)更真實(shí)，所獲得的結(jié)論能更好地為實(shí)際工程服務(wù)。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例已對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了說(shuō)明性而非限制性的描述，但應(yīng)理解，在不脫離由權(quán)利要求所限定的相關(guān)保護(hù)范圍的情況下，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以做出變更和/或修改。
權(quán)利要求
1.一種巖石節(jié)理剪切-滲流耦合試驗(yàn)盒，其特征在于，盒體包括上盒和下盒，兩者配合面為平面，上盒和下盒內(nèi)有大小相近的凹槽，兩個(gè)凹槽共同形成可容納巖石試件的空腔；下盒的左、右側(cè)壁板近上端面相對(duì)的兩側(cè)內(nèi)分別設(shè)有進(jìn)水通道和出水通道。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的巖石節(jié)理剪切-滲流耦合試驗(yàn)盒，其特征在于，還包括一使上盒與下盒只能沿剪切方向做相對(duì)水平滑動(dòng)和垂直滑動(dòng)的限位裝置。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的巖石節(jié)理剪切-滲流耦合試驗(yàn)盒，其特征在于，下盒垂直于剪切方向的兩側(cè)壁外側(cè)固定有高出側(cè)壁的平板，上盒可在平板間沿剪切方向水平滑動(dòng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的巖石節(jié)理剪切-滲流耦合試驗(yàn)盒，其特征在于，所述進(jìn)水通道的出水口和出水通道的進(jìn)水口伸入空腔內(nèi)，進(jìn)水通道的進(jìn)水口和出水通道的出水口伸出剪切盒外壁。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的巖石節(jié)理剪切-滲流耦合試驗(yàn)盒，其特征在于，所述進(jìn)水通道和出水通道為梳狀。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的巖石節(jié)理剪切-滲流耦合試驗(yàn)盒，其特征在于，所述進(jìn)水通道和出水通道為梳狀。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的巖石節(jié)理剪切-滲流耦合試驗(yàn)盒，其特征在于，所述盒體由抗壓強(qiáng)度高、耐水蝕性好的金屬或合金制成。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的巖石節(jié)理剪切-滲流耦合試驗(yàn)盒，其特征在于，所述盒體由抗壓強(qiáng)度高、耐水蝕性好的金屬或合金制成。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的巖石節(jié)理剪切-滲流耦合試驗(yàn)盒，其特征在于，所述盒體由抗壓強(qiáng)度高、耐水蝕性好的金屬或合金制成。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的巖石節(jié)理剪切-滲流耦合試驗(yàn)盒，其特征在于，所述盒體由抗壓強(qiáng)度高、耐水蝕性好的金屬或合金制成。
全文摘要
一種巖石節(jié)理剪切－滲流耦合試驗(yàn)盒，其特征在于，盒體包括上盒和下盒，兩者配合面為平面，上盒和下盒內(nèi)有大小相近的凹槽，兩個(gè)凹槽共同形成可容納巖石試件的空腔；下盒的左、右側(cè)壁板近上端面相對(duì)的兩側(cè)內(nèi)分別設(shè)有進(jìn)水通道和出水通道，盒體由抗壓強(qiáng)度高、耐水蝕性好的金屬或合金制成。使用本發(fā)明的巖石節(jié)理剪切－滲流耦合試驗(yàn)盒，可以進(jìn)行高滲透水壓作用下的巖石節(jié)理剪切－滲流耦合試驗(yàn)，密封裝置的設(shè)計(jì)，可以使得試驗(yàn)過(guò)程中，上下節(jié)理試件連同上盒與下盒發(fā)生相對(duì)的剪切位移時(shí)，水流不發(fā)生滲漏、并且仍然按照預(yù)先設(shè)計(jì)的路徑和方式流動(dòng)，使得受力狀態(tài)更符合自然狀態(tài)，數(shù)據(jù)更真實(shí)，所獲得的結(jié)論能更好地為實(shí)際工程服務(wù)。
文檔編號(hào)G01N33/00GK101034088SQ20071003960
公開(kāi)日2007年9月12日 申請(qǐng)日期2007年4月18日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月18日
發(fā)明者夏才初, 王偉, 蔡永昌, 羅鑫, 劉遠(yuǎn)明, 曹詩(shī)定, 劉海京 申請(qǐng)人:同濟(jì)大學(xué)