本發(fā)明屬于巖石力學(xué)領(lǐng)域，涉及一種巖石裂隙剪切滲流試驗(yàn)中的密封裝置，尤其涉及一種考慮巖石裂隙熱力學(xué)、水力學(xué)、力學(xué)、化學(xué)(Thermal-Hydrological-Mechanical-Chemical:THMC)多場耦合作用下的試件密封裝置。

背景技術(shù)：

核廢料處理、天然氣及二氧化碳地下儲(chǔ)存、壓氣儲(chǔ)能、深部水利和采礦工程等大型深部地下巖體工程通常修建在裂隙巖體中，而高滲透壓力作用下地下深部裂隙巖體的多場耦合特性是關(guān)系該類地下工程安全與否的關(guān)鍵因素，也一直是巖石力學(xué)界研究的熱點(diǎn)，而考慮THMC耦合作用的巖石裂隙剪切試驗(yàn)系統(tǒng)是揭示這一科學(xué)基本問題的重要手段。

目前開展的巖石剪切滲流試驗(yàn)，為避免密封問題，其滲流入水口大多為直接流入圓形裂隙面中間的一個(gè)小孔，形成放射狀的滲流，該方法無法研究裂隙滲流方向帶來的影響；另一方面，目前開展的試驗(yàn)成果大多集中于較低滲流壓力下的試驗(yàn)，但較高滲流壓力下在裂隙剪切達(dá)到其峰值后的過程中進(jìn)行的滲流試驗(yàn)和研究還是空白，因此在進(jìn)行裂隙剪切滲流耦合試驗(yàn)時(shí)要重點(diǎn)攻克高滲透壓力下的滲流剪切盒剪切過程中的密封問題；此外，目前試驗(yàn)中水壓差的測量都取在剪切盒外部的入水口和出水口處，但事實(shí)上水流進(jìn)入到巖石裂隙處還有一定的距離，之間水壓會(huì)有一定的損失，該水壓測量方法不準(zhǔn)確，需要尋找更為精確的測量方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服已有巖石剪切滲流試驗(yàn)中容易出現(xiàn)漏水、密封裝置穩(wěn)定性較差的不足，本發(fā)明提供一種有效避免漏水、穩(wěn)定性良好的用于巖石裂隙多場耦合作用下剪切試驗(yàn)的密封裝置。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：

一種用于巖石裂隙多場耦合作用下剪切試驗(yàn)的密封裝置，包括上壓塊、下壓塊和用于在剪切過程中隨剪切位移的增大而卷曲變形的密封橡膠片，巖石試件置于剛性剪切盒內(nèi)，所述巖石試件在剪切方向兩側(cè)各放置有上壓塊和下壓塊，所述上壓塊和下壓塊之間留有用于放置所述密封橡膠片的空隙，所述密封橡膠片的上端與上壓塊連接，所述密封橡膠片的下端與下壓塊連接；所述密封橡膠片與所述巖石試件的裂隙滲流面之間形成中空儲(chǔ)水室，一側(cè)的中空儲(chǔ)水室與入水口連通，另一側(cè)的中空儲(chǔ)水室與出水口連通。

進(jìn)一步，一側(cè)的下壓塊的下壓塊管道與入水口相接，另一側(cè)下壓塊的下壓塊管道與出水口相接。

再進(jìn)一步，所述上壓塊設(shè)有上壓塊管道，所述上壓塊管道與中空儲(chǔ)水室連通，兩側(cè)的上壓塊管道與差壓計(jì)連接。

所述上壓塊管道和下壓塊管道上均設(shè)有止水閥。

所述上壓塊、下壓塊開有凹槽，所述密封橡膠片直接插入上壓塊和下壓塊的凹槽內(nèi)。

更進(jìn)一步，所述巖石試件的裂隙的側(cè)面設(shè)有用于防止水從側(cè)向流出的側(cè)向密封組件。

所述側(cè)向密封組件包括剛性密封條和硅膠密封層，所述剛性密封條上下對稱布置，所述剛性密封條一邊抵觸在所述巖石試件上，所述剛性密封條的內(nèi)部布置所述硅膠密封層，所述剛性密封條的另一邊與活動(dòng)壓頭頂觸，所述活動(dòng)壓頭與框架螺紋連接。

所述活動(dòng)壓頭、剛性密封條和硅膠密封層形成密閉中空腔，所述活動(dòng)壓頭上設(shè)有注油管道。

本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思為：巖石試件置于剛性剪切盒內(nèi)，試件在剪切方向兩側(cè)各放置有上下壓塊，上下壓塊之間留有一定空隙，用于放置密封橡膠片，且在法向加載時(shí)可有效避免法向應(yīng)力作用于壓塊；所述密封橡膠片可在剪切過程中隨剪切位移的增大而卷曲變形，從而實(shí)現(xiàn)連續(xù)的水封效果；密封橡膠片直接插入上下壓塊內(nèi)，中間形成中空儲(chǔ)水室，入水口直接連入儲(chǔ)水室，將水壓均勻作用在裂隙滲流面上；水流入巖石裂隙后從對立面的出水口流出；左右兩側(cè)的儲(chǔ)水室直接連接差壓計(jì)，測量裂隙左右出入口間的水壓差。

裂隙側(cè)面設(shè)置有側(cè)向密封組件，防止水從側(cè)向流出；所述側(cè)向密封組件包括帶開口的剛性密封條，內(nèi)部加硅膠密封層，活動(dòng)壓頭直接卡入剛性密封條和硅膠墊層內(nèi)，形成密閉中空腔，中空腔內(nèi)注油，利用油壓使硅膠密封層緊密貼合在裂隙處，從而實(shí)現(xiàn)側(cè)向密封。

本發(fā)明的有益效果主要表現(xiàn)在：

1)本發(fā)明的入水處可實(shí)現(xiàn)將水壓均勻作用在裂隙滲流面上，避免將水壓集中于一點(diǎn)，更接近于自然界和工程中裂隙內(nèi)滲流的真實(shí)形態(tài)。

2)本發(fā)明的上下壓塊中間留有一定空隙，保障法向加載以及剪切過程中，法向應(yīng)力直接作用于試件上，而不作用于上下壓塊。

3)本發(fā)明的密封橡膠片，在試件發(fā)生剪切位移時(shí)，可隨之變形，不被破壞，在整個(gè)剪切過程中實(shí)現(xiàn)連續(xù)的密封。

4)本發(fā)明可精確的測量裂隙實(shí)際入水口和出水口之間的水壓差，而非外部導(dǎo)管之間的水壓差。

5)本發(fā)明的側(cè)向密封組件內(nèi)的油壓采用伺服控制，可根據(jù)滲流水壓的大小調(diào)節(jié)油壓大小，保證密封性。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的正視剖面示意圖；

圖2為入水口處大樣圖；

圖3為發(fā)生剪切位移后的正視剖面示意圖；

圖4為本發(fā)明的側(cè)視圖；

圖5為側(cè)向密封組件大樣圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步描述。

參照圖1～圖5，一種用于巖石裂隙多場耦合作用下剪切試驗(yàn)的密封裝置，包括上壓塊、下壓塊和用于在剪切過程中隨剪切位移的增大而卷曲變形的密封橡膠片，巖石試件置于剛性剪切盒內(nèi)，所述巖石試件在剪切方向兩側(cè)各放置有上壓塊和下壓塊，所述上壓塊和下壓塊之間留有用于放置所述密封橡膠片的空隙，所述密封橡膠片的上端與上壓塊連接，所述密封橡膠片的下端與下壓塊連接；所述密封橡膠片與所述巖石試件的裂隙滲流面之間形成中空儲(chǔ)水室，一側(cè)的中空儲(chǔ)水室與入水口連通，另一側(cè)的中空儲(chǔ)水室與出水口連通。

所述巖石試件的裂隙的側(cè)面設(shè)有用于防止水從側(cè)向流出的側(cè)向密封組件。

所述側(cè)向密封組件包括剛性密封條和硅膠密封層，所述剛性密封條上下對稱布置，所述剛性密封條一邊抵觸在所述巖石試件上，所述剛性密封條的內(nèi)部布置所述硅膠密封層，所述剛性密封條的另一邊與活動(dòng)壓頭頂觸，所述活動(dòng)壓頭與框架螺紋連接。

參見附圖1-2，含有單裂隙的巖石試件放置在上部剪切盒1、下部剪切盒8內(nèi)，上部剪切盒1在兩側(cè)滾輪限制下僅可上下移動(dòng)將法向應(yīng)力均勻往下傳遞，下部剪切盒8在下部滾輪支撐下僅可水平移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)剪切位移。

試件剪切方向兩側(cè)放置有上壓塊與下壓塊，所述上壓塊有左側(cè)上壓塊2a、右側(cè)上壓塊2b，所述下壓塊有左側(cè)下壓塊2c、右側(cè)下壓塊2d；上述壓塊形狀結(jié)構(gòu)相同且對稱放置，上下壓塊之間留有一定空隙，用于放置密封橡膠片，且在法向加載和剪切過程中能保證法向應(yīng)力通過剪切盒直接作用于巖石試件，來避免法向應(yīng)力作用于壓塊而影響試驗(yàn)效果。

上下壓塊各開有左側(cè)上凹槽5a、右側(cè)上凹槽5b、左側(cè)下凹槽5c、右側(cè)下凹槽5d和左側(cè)上壓塊管道3a、右側(cè)上壓塊管道3b，以及入水口3c、出水口3d；所述凹槽，用于固定左密封橡膠片6a、右密封橡膠片6b，具體方法是先往凹槽內(nèi)注入高強(qiáng)膠水，然后插入密封橡膠片，從而起到固定密封橡膠片的作用，保證其密封性。

密封橡膠片形成左中空儲(chǔ)水室7a、右中空儲(chǔ)水室7b，入水口直接連入儲(chǔ)水室，水流通過入水管道進(jìn)入儲(chǔ)水室，將水壓均勻作用在裂隙滲流面上；水流入巖石裂隙，從對立面出水口流出，出水處同樣有密封橡膠片和儲(chǔ)水室，來保證其密封性。

所述左側(cè)上壓塊管道3a、右側(cè)上壓塊管道3b分別連接到外部的差壓計(jì)，可精確得到左中空儲(chǔ)水室7a、右中空儲(chǔ)水室7b之間的壓力差，而中空儲(chǔ)水室的水壓等于裂隙實(shí)際出入水口的壓力，從而得到裂隙出入水口真實(shí)的壓力差；不測水壓時(shí)，管道外分別有左側(cè)上止水閥4a、右側(cè)上止水閥4b可關(guān)閉管道，入水口與出水口處同樣設(shè)置有左側(cè)下止水閥4c、右側(cè)下止水閥4d，可隨時(shí)控制水流的開合。

參見附圖3，附圖3為施加剪切應(yīng)力后，試件發(fā)生剪切位移后的正視剖面示意圖，剪切應(yīng)力作用于下半部分試件，下剪切盒可隨底部滾輪左右滑動(dòng)，密封橡膠片隨試件的剪切位移可自由變形而不被破壞，從而保證剪切過程中的密封性。

參見附圖4-5，試樣側(cè)面分別有前固定板14a、后固定板14b，上下壓塊之間的空隙處以及巖石側(cè)向裂隙處設(shè)置有前側(cè)向密封組件10A、后側(cè)向密封組件10B，完全覆蓋裂隙，防止水從側(cè)向流出；所述側(cè)向密封組件包括剛性密封條10a、硅膠密封層10b和中空腔10c，所述剛性密封條上下結(jié)構(gòu)對稱，一邊抵住巖石試件，并用硅膠等防水材料作密封層，堵住開口并延伸至整個(gè)剛性密封條內(nèi)部；側(cè)向密封組件另一邊與前活動(dòng)壓頭9a、后活動(dòng)壓頭9b連接，所述活動(dòng)壓頭一端用前螺栓13a、后螺栓13b固定在前框架14a、后框架14b上，擰緊螺栓則另一端剛好卡入側(cè)向密封組件內(nèi)部，從而形成中空腔，中空腔內(nèi)注油，利用油壓使硅膠密封層緊密貼合在裂隙處和左中空儲(chǔ)水室7a、右中空儲(chǔ)水室7b處；活動(dòng)壓頭位置可根據(jù)具體巖石試件進(jìn)行微調(diào)，保證其緊緊抵住側(cè)向密封組件；另有一前注油管12a、后注油管12b置于活動(dòng)壓頭內(nèi)，注油管上設(shè)置有前閥門11a、后閥門11b，所述注油管連接到外部伺服油泵，利用油泵向中空腔內(nèi)注油，油壓可伺服控制，產(chǎn)生大于裂隙內(nèi)部水壓的油壓而達(dá)到密封效果。