可考慮多因素影響的巖石充填裂隙滲透率測試裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種巖石充填裂隙滲透率測試裝置，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試裝置。
【背景技術】
[0002]巖石是組成地殼結構的基本物質，是經歷了漫長地質史的大自然產物，天然巖石內部有許多微裂隙、節理、斷層等結構上的缺陷。巖體裂隙賦存形式多變，充填膠結和幾何形態特征復雜，使得巖體的滲流性質不同于土體等顆粒孔隙介質，具有其復雜性和特殊性。結構面是巖體地下水滲透、突涌的良好通道，嚴重時可以導致工程圍巖失穩破壞，因此，巖石裂隙滲流規律始終是國際巖石力學界研究的熱門課題。
[0003]達西定律揭示了層流條件下土體(顆粒孔隙介質)中滲流速度與水力梯度之間的線性關系，其表達式為:v = ki。式中:V為滲流速度;k為介質滲透系數;i為水力梯度。影響土體滲透系數的主要因素有粒度成分、密實度(無黏性土)或孔隙比(黏性土)。
[0004]光滑平行板裂隙模型認為裂隙由兩片光滑、平直、無限長的平行板構成，由流體為不可壓縮、黏性及水流為層流的假定，根據流體力學基本原理可以推導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力粘度，b為裂隙開度。此時，單一巖石裂隙的滲透系數可表示為k= yb2/12ri，影響其數值大小的裂隙幾何形態參數主要是等效開度和粗糙度。
[0005]開完施工引起的強烈巖體應力重分布將誘發非導水充填結構面變形活化，改變其開度、粗糙度以及充填物粒度成分、密實度，致使其轉變為地下水滲透、突涌的良好通道，嚴重時甚至導致工程圍巖失穩破壞，演變為突水突泥、塌方冒頂等重大工程災害。
【發明內容】
[0006]本實用新型的目的是提供一種結構簡單、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試裝置。
[0007]為實現上述目的，本實用新型所采取的技術方案是:
[0008]—種可考慮多因素影響的巖石充填裂隙滲透率測試裝置，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有預制充填裂隙的標準試樣;兩塊裂隙法向約束板的中部對稱有與標準試樣緊密接觸的圓弧段，在兩塊裂隙法向約束板的四個角部設有螺栓孔，剛性連接桿穿過螺栓孔，通過螺母堅固連接;在標準試樣的上端順序連接有上透水板、上壓頭，上壓頭上設有出水口；在標準試樣的下端順序連接有下透水板、下壓頭，下壓頭上有進水口。
[0009]所述上透水板、上壓頭、預制充填裂隙的標準試樣、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稱的圓弧段與標準試樣中心成60°角。
[0011]有益效果，由于采用了上述方案，本實用新型可以改變裂隙在橫斷面上的跡長、產狀、開度、粗糙度以及充填物粒度成分、密實度、所受應力狀態等因素來測試其滲透率，解決了以往國內外學者在研究裂隙巖體水力學性質時，上述諸多因素不能全部考慮，而只考慮單一平直光滑無充填時的情況測試裂隙的滲透率，然后根據裂隙的連通性、粗糙度、充填及應力狀態等情況進行適當修正獲得裂隙滲透率這一問題，實現可綜合考慮裂隙幾何形態參數和充填膠結特征等因素的單一裂隙滲透率測試試驗，獲得不同因素影響下的充填節理滲透性能，為巖體水力學的理論分析和工程應用提供基礎試驗數據支撐。解決國內外學者在研究裂隙巖體水力學性質時，只考慮單一平直光滑無充填時的情況測試裂隙的滲透率，然后根據裂隙的連通性、粗糙度、充填及應力狀態情況進行適當修正獲得裂隙滲透率的問題。其構造簡單、操作簡便、成本低廉、精確度高等特點，在巖石充填裂隙滲流試驗研究中具有廣闊的應用前景。
【附圖說明】
[0012]圖1為本實用新型的裂隙法向壓縮加載裝置示意圖。
[0013]圖2為本實用新型的裂隙法向壓縮加載裝置的水平投影圖。
[0014]圖3為本實用新型的滲流試驗示意圖。
[0015]圖中:1、含有預制充填裂隙的標準試樣;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、進水口； 12、試驗機上承壓板;13、試驗機下承壓板。
【具體實施方式】
[0016]下面結合附圖對本實用新型的一個實施例作進一步的描述:
[0017]本實用新型的可考慮多因素影響的巖石充填裂隙滲透率測試裝置，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、進水口 11構成;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有預制充填裂隙的標準試樣;兩塊裂隙法向約束板2的中部對稱有與標準試樣緊密接觸的圓弧段，兩塊裂隙法向約束板2中部對稱的圓弧段與標準試樣中心成60°角。在兩塊裂隙法向約束板2的四個角部設有螺栓孔，剛性連接桿4穿過螺栓孔，通過螺母堅固連接;在標準試樣的上端順序連接有上透水板6、上壓頭7，上壓頭7上設有出水口；在標準試樣的下端順序連接有下透水板9、下壓頭10，下壓頭10上有進水口 11。所述上透水板6、上壓頭7、預制充填裂隙的標準試樣、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度為100mm，寬度為50mm，厚度為10mm，圓弧部分對應的圓心角為60°，半徑為25mm。所述裂隙法向約束板2的四個角部設計有四個等大的螺栓孔，直徑為10mm，且每個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長度為100mm，直徑分別為8mm，分別穿過相應的螺栓孔。所述螺母3套入所述四根剛性連接桿4的兩端，并用扭矩扳手擰緊。
[0019]工作過程:圖3所示，巖石充填裂隙滲透率測試裝置設在試驗機的上承壓板12和下承壓板13之間，為防止滲流試驗中充填物流失顆粒堵塞試驗機水流管路，設置帶有側部出水口的上壓頭7和出水口 8。采用四層PVC膠帶和三層熱縮管5對上下壓頭、透水版和試樣進行連接包裹，防止孔隙水沿試樣表面流動。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穿過約束板角部的螺栓孔，在約束板外側用螺母3套入剛性連接桿4進行固定。采用扭矩扳手對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及充填物密實度，并利用游標卡尺測量裂隙張開度的變形量。將壓縮加載裝置和預制充填裂隙試樣整體放在MTS815.02電液伺服巖石力學試驗系統上進行滲流試驗，施加1.5KN的軸向荷載對試樣進行固定。
【主權項】
1.一種可考慮多因素影響的巖石充填裂隙滲透率測試裝置，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有預制充填裂隙的標準試樣;兩塊裂隙法向約束板(2)的中部對稱有與標準試樣緊密接觸的圓弧段，在兩塊裂隙法向約束板(2)的四個角部設有螺栓孔，剛性連接桿(4)穿過螺栓孔，通過螺母堅固連接;在標準試樣的上端順序連接有上透水板(6)、上壓頭(7)，上壓頭(7)上設有出水口；在標準試樣的下端順序連接有下透水板(9)、下壓頭(10)，下壓頭(10)上有進水口(11)。2.根據權利要求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試裝置，其特征是:所述上透水板(6)、上壓頭(7)、預制充填裂隙的標準試樣、下透水板(9)和下壓頭(10)外密封有PVC膠帶和熱縮管。3.根據權利要求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試裝置，其特征是:所述兩塊裂隙法向約束板(2)中部對稱的圓弧段與標準試樣中心成60°角。
【專利摘要】一種可考慮多因素影響的巖石充填裂隙滲透率測試裝置，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上、下壓頭、透水板和含充填裂隙試樣進行密封，所述上壓頭帶有側部出水口，將密封好的試樣整體放入所述裂隙法向壓縮加載裝置，利用扭矩扳手進行加載固定，改變扭矩值調整充填物密實度；在試驗機上進行裂隙滲流試驗，選定活塞運行速度并記錄出水量，利用穩態法公式可以計算出滲透率。具有構造簡單、操作簡便、成本低廉、精確度高等特點，在巖石充填裂隙滲流試驗研究中具有廣闊的應用前景。
【IPC分類】G01N15/08
【公開號】CN205229006
【申請號】CN201521082369
【發明人】楊二朋, 楊萬, 蔚立元, 朱譚譚
【申請人】中國礦業大學
【公開日】2016年5月11日
【申請日】2015年12月21日