可考慮多因素影響的巖石充填裂隙滲透率測(cè)試裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種巖石充填裂隙滲透率測(cè)試裝置，尤其涉及一種可考慮多因素影響的巖石充填裂隙滲透率測(cè)試裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]巖石是組成地殼結(jié)構(gòu)的基本物質(zhì)，是經(jīng)歷了漫長(zhǎng)地質(zhì)史的大自然產(chǎn)物，天然巖石內(nèi)部有許多微裂隙、節(jié)理、斷層等結(jié)構(gòu)上的缺陷。巖體裂隙賦存形式多變，充填膠結(jié)和幾何形態(tài)特征復(fù)雜，使得巖體的滲流性質(zhì)不同于土體等顆?？紫督橘|(zhì)，具有其復(fù)雜性和特殊性。結(jié)構(gòu)面是巖體地下水滲透、突涌的良好通道，嚴(yán)重時(shí)可以導(dǎo)致工程圍巖失穩(wěn)破壞，因此，巖石裂隙滲流規(guī)律始終是國(guó)際巖石力學(xué)界研究的熱門(mén)課題。
[0003]達(dá)西定律揭示了層流條件下土體(顆粒孔隙介質(zhì))中滲流速度與水力梯度之間的線性關(guān)系，其表達(dá)式為:v = ki。式中:V為滲流速度;k為介質(zhì)滲透系數(shù);i為水力梯度。影響土體滲透系數(shù)的主要因素有粒度成分、密實(shí)度(無(wú)黏性土)或孔隙比(黏性土)。
[0004]光滑平行板裂隙模型認(rèn)為裂隙由兩片光滑、平直、無(wú)限長(zhǎng)的平行板構(gòu)成，由流體為不可壓縮、黏性及水流為層流的假定，根據(jù)流體力學(xué)基本原理可以推導(dǎo)出平行板裂隙的水流公式Q= yb3i/i2n，即立方定律，其中，γ、η分別為流體的重度和動(dòng)力粘度，b為裂隙開(kāi)度。此時(shí)，單一巖石裂隙的滲透系數(shù)可表示為k= yb2/12ri，影響其數(shù)值大小的裂隙幾何形態(tài)參數(shù)主要是等效開(kāi)度和粗糙度。
[0005]開(kāi)完施工引起的強(qiáng)烈?guī)r體應(yīng)力重分布將誘發(fā)非導(dǎo)水充填結(jié)構(gòu)面變形活化，改變其開(kāi)度、粗糙度以及充填物粒度成分、密實(shí)度，致使其轉(zhuǎn)變?yōu)榈叵滤疂B透、突涌的良好通道，嚴(yán)重時(shí)甚至導(dǎo)致工程圍巖失穩(wěn)破壞，演變?yōu)橥凰荒?、塌方冒頂?shù)戎卮蠊こ虨?zāi)害。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本實(shí)用新型的目的是提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便、效果好的可考慮多因素影響的巖石充填裂隙滲透率測(cè)試裝置。
[0007]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型所采取的技術(shù)方案是:
[0008]—種可考慮多因素影響的巖石充填裂隙滲透率測(cè)試裝置，包括裂隙法向約束板、螺母、剛性連接桿、PVC膠帶和熱縮管、上透水板、上壓頭、出水口、下透水板、下壓頭、進(jìn)水口；所述的裂隙法向約束板有兩塊，兩塊裂隙法向約束板之間設(shè)有預(yù)制充填裂隙的標(biāo)準(zhǔn)試樣;兩塊裂隙法向約束板的中部對(duì)稱(chēng)有與標(biāo)準(zhǔn)試樣緊密接觸的圓弧段，在兩塊裂隙法向約束板的四個(gè)角部設(shè)有螺栓孔，剛性連接桿穿過(guò)螺栓孔，通過(guò)螺母堅(jiān)固連接;在標(biāo)準(zhǔn)試樣的上端順序連接有上透水板、上壓頭，上壓頭上設(shè)有出水口；在標(biāo)準(zhǔn)試樣的下端順序連接有下透水板、下壓頭，下壓頭上有進(jìn)水口。
[0009]所述上透水板、上壓頭、預(yù)制充填裂隙的標(biāo)準(zhǔn)試樣、下透水板和下壓頭外密封有PVC膠帶和熱縮管。
[0010]所述兩塊裂隙法向約束板中部對(duì)稱(chēng)的圓弧段與標(biāo)準(zhǔn)試樣中心成60°角。
[0011]有益效果，由于采用了上述方案，本實(shí)用新型可以改變裂隙在橫斷面上的跡長(zhǎng)、產(chǎn)狀、開(kāi)度、粗糙度以及充填物粒度成分、密實(shí)度、所受應(yīng)力狀態(tài)等因素來(lái)測(cè)試其滲透率，解決了以往國(guó)內(nèi)外學(xué)者在研究裂隙巖體水力學(xué)性質(zhì)時(shí)，上述諸多因素不能全部考慮，而只考慮單一平直光滑無(wú)充填時(shí)的情況測(cè)試裂隙的滲透率，然后根據(jù)裂隙的連通性、粗糙度、充填及應(yīng)力狀態(tài)等情況進(jìn)行適當(dāng)修正獲得裂隙滲透率這一問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)可綜合考慮裂隙幾何形態(tài)參數(shù)和充填膠結(jié)特征等因素的單一裂隙滲透率測(cè)試試驗(yàn)，獲得不同因素影響下的充填節(jié)理滲透性能，為巖體水力學(xué)的理論分析和工程應(yīng)用提供基礎(chǔ)試驗(yàn)數(shù)據(jù)支撐。解決國(guó)內(nèi)外學(xué)者在研究裂隙巖體水力學(xué)性質(zhì)時(shí)，只考慮單一平直光滑無(wú)充填時(shí)的情況測(cè)試裂隙的滲透率，然后根據(jù)裂隙的連通性、粗糙度、充填及應(yīng)力狀態(tài)情況進(jìn)行適當(dāng)修正獲得裂隙滲透率的問(wèn)題。其構(gòu)造簡(jiǎn)單、操作簡(jiǎn)便、成本低廉、精確度高等特點(diǎn)，在巖石充填裂隙滲流試驗(yàn)研究中具有廣闊的應(yīng)用前景。
【附圖說(shuō)明】
[0012]圖1為本實(shí)用新型的裂隙法向壓縮加載裝置示意圖。
[0013]圖2為本實(shí)用新型的裂隙法向壓縮加載裝置的水平投影圖。
[0014]圖3為本實(shí)用新型的滲流試驗(yàn)示意圖。
[0015]圖中:1、含有預(yù)制充填裂隙的標(biāo)準(zhǔn)試樣;2、裂隙法向約束板;3、螺母;4、剛性連接桿;5、PVC膠帶和熱縮管;6、上透水板;7、上壓頭;8、出水口 ；9、下透水板；10、下壓頭；11、進(jìn)水口； 12、試驗(yàn)機(jī)上承壓板;13、試驗(yàn)機(jī)下承壓板。
【具體實(shí)施方式】
[0016]下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例作進(jìn)一步的描述:
[0017]本實(shí)用新型的可考慮多因素影響的巖石充填裂隙滲透率測(cè)試裝置，主要由裂隙法向約束板2、螺母3、剛性連接桿4、PVC膠帶和熱縮管5、上透水板6、上壓頭7、出水口 8、下透水板9、下壓頭10、進(jìn)水口 11構(gòu)成;所述的裂隙法向約束板2有兩塊，兩塊裂隙法向約束板之間設(shè)有預(yù)制充填裂隙的標(biāo)準(zhǔn)試樣;兩塊裂隙法向約束板2的中部對(duì)稱(chēng)有與標(biāo)準(zhǔn)試樣緊密接觸的圓弧段，兩塊裂隙法向約束板2中部對(duì)稱(chēng)的圓弧段與標(biāo)準(zhǔn)試樣中心成60°角。在兩塊裂隙法向約束板2的四個(gè)角部設(shè)有螺栓孔，剛性連接桿4穿過(guò)螺栓孔，通過(guò)螺母堅(jiān)固連接;在標(biāo)準(zhǔn)試樣的上端順序連接有上透水板6、上壓頭7，上壓頭7上設(shè)有出水口；在標(biāo)準(zhǔn)試樣的下端順序連接有下透水板9、下壓頭10，下壓頭10上有進(jìn)水口 11。所述上透水板6、上壓頭7、預(yù)制充填裂隙的標(biāo)準(zhǔn)試樣、下透水板9和下壓頭10外密封有PVC膠帶和熱縮管。
[0018]所述裂隙法向約束板的兩端矩形部分長(zhǎng)度為100mm，寬度為50mm，厚度為10mm，圓弧部分對(duì)應(yīng)的圓心角為60°，半徑為25mm。所述裂隙法向約束板2的四個(gè)角部設(shè)計(jì)有四個(gè)等大的螺栓孔，直徑為10mm，且每個(gè)螺栓孔的中心位置距離所述裂隙法向約束板2的端部均為25mm。所述四根剛性連接桿4長(zhǎng)度為100mm，直徑分別為8mm，分別穿過(guò)相應(yīng)的螺栓孔。所述螺母3套入所述四根剛性連接桿4的兩端，并用扭矩扳手?jǐn)Q緊。
[0019]工作過(guò)程:圖3所示，巖石充填裂隙滲透率測(cè)試裝置設(shè)在試驗(yàn)機(jī)的上承壓板12和下承壓板13之間，為防止?jié)B流試驗(yàn)中充填物流失顆粒堵塞試驗(yàn)機(jī)水流管路，設(shè)置帶有側(cè)部出水口的上壓頭7和出水口 8。采用四層PVC膠帶和三層熱縮管5對(duì)上下壓頭、透水版和試樣進(jìn)行連接包裹，防止孔隙水沿試樣表面流動(dòng)。將上述密封含充填裂隙試樣放置在裂隙法向約束板2的圓弧部分之間，用剛性連接桿4穿過(guò)約束板角部的螺栓孔，在約束板外側(cè)用螺母3套入剛性連接桿4進(jìn)行固定。采用扭矩扳手對(duì)所述裂隙法向壓縮加載裝置上的螺母3施加扭矩，改變所述充填裂隙的受力狀態(tài)及充填物密實(shí)度，并利用游標(biāo)卡尺測(cè)量裂隙張開(kāi)度的變形量。將壓縮加載裝置和預(yù)制充填裂隙試樣整體放在MTS815.02電液伺服巖石力學(xué)試驗(yàn)系統(tǒng)上進(jìn)行滲流試驗(yàn)，施加1.5KN的軸向荷載對(duì)試樣進(jìn)行固定。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種可考慮多因素影響的巖石充填裂隙滲透率測(cè)試裝置，其特征是:它包括裂隙法向約束板(2)、螺母(3)、剛性連接桿(4)、PVC膠帶和熱縮管(5)、上透水板(6)、上壓頭(7)、出水口(8)、下透水板(9)、下壓頭(10)、進(jìn)水口(11);所述的裂隙法向約束板(2)有兩塊，兩塊裂隙法向約束板之間設(shè)有預(yù)制充填裂隙的標(biāo)準(zhǔn)試樣;兩塊裂隙法向約束板(2)的中部對(duì)稱(chēng)有與標(biāo)準(zhǔn)試樣緊密接觸的圓弧段，在兩塊裂隙法向約束板(2)的四個(gè)角部設(shè)有螺栓孔，剛性連接桿(4)穿過(guò)螺栓孔，通過(guò)螺母堅(jiān)固連接;在標(biāo)準(zhǔn)試樣的上端順序連接有上透水板(6)、上壓頭(7)，上壓頭(7)上設(shè)有出水口；在標(biāo)準(zhǔn)試樣的下端順序連接有下透水板(9)、下壓頭(10)，下壓頭(10)上有進(jìn)水口(11)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可考慮多因素影響的巖石充填裂隙滲透率測(cè)試裝置，其特征是:所述上透水板(6)、上壓頭(7)、預(yù)制充填裂隙的標(biāo)準(zhǔn)試樣、下透水板(9)和下壓頭(10)外密封有PVC膠帶和熱縮管。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可考慮多因素影響的巖石充填裂隙滲透率測(cè)試裝置，其特征是:所述兩塊裂隙法向約束板(2)中部對(duì)稱(chēng)的圓弧段與標(biāo)準(zhǔn)試樣中心成60°角。
【專(zhuān)利摘要】一種可考慮多因素影響的巖石充填裂隙滲透率測(cè)試裝置，包括裂隙法向約束板、剛性連接桿及螺母；采用膠帶和熱縮管對(duì)上、下壓頭、透水板和含充填裂隙試樣進(jìn)行密封，所述上壓頭帶有側(cè)部出水口，將密封好的試樣整體放入所述裂隙法向壓縮加載裝置，利用扭矩扳手進(jìn)行加載固定，改變扭矩值調(diào)整充填物密實(shí)度；在試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行裂隙滲流試驗(yàn)，選定活塞運(yùn)行速度并記錄出水量，利用穩(wěn)態(tài)法公式可以計(jì)算出滲透率。具有構(gòu)造簡(jiǎn)單、操作簡(jiǎn)便、成本低廉、精確度高等特點(diǎn)，在巖石充填裂隙滲流試驗(yàn)研究中具有廣闊的應(yīng)用前景。
【IPC分類(lèi)】G01N15/08
【公開(kāi)號(hào)】CN205229006
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201521082369
【發(fā)明人】楊二朋, 楊萬(wàn), 蔚立元, 朱譚譚
【申請(qǐng)人】中國(guó)礦業(yè)大學(xué)
【公開(kāi)日】2016年5月11日
【申請(qǐng)日】2015年12月21日