[发明专利]岩石节理剪切－渗流耦合试验系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种进行岩石节理剪切-渗流耦合试验的试验系统。

背景技术

自然界中的岩体受到外力作用时，会产生节理和裂隙等结构面，某个区域的完 整岩石受到外力作用破裂时，会形成一对节理面。国内外进行岩石节理的剪切-渗 流耦合试验，多存在两个方面的问题：渗透水压值过小和辐射状的水流方式。渗透 水压值过小，水头高度只有2m多，低渗透压力下，剪切盒的密封较容易实现，而 实际工程中的最大水头高度甚至超过1000m，很难对剪切盒做密封；而辐射流的渗 流方式，即从节理面中心钻孔注水向四周流动，这种渗流方式，只要能满足连续的 水流方式，对剪切盒可以不做密封，但这与实际情况也是不相符的，自然界水在节 理中的流动方式应该为单面流，即从节理面的一端流向另一端。

由于前述难题的存在，可进行岩石节理的剪切-渗流耦合试验的试验机发展缓 慢，目前，国内外进行岩石节理的剪切渗流耦合试验，大多是将岩石节理装入经独 特设计的密封剪切盒内，并安装到直剪试验机上，通过直剪试验机在岩石上分别施 加不同的切向力和法向力，通过位移传感器测量岩石节理的开度变化和切向位移。 要测量水在岩石节理中渗流的流量，必须使用另外的专用试验设备来进行。无法形 成一体化的集合试验力加载装置、水压加载流量测量装置、密封剪切盒和张开度测 量装置的岩石节理剪切-渗流耦合试验系统，从而实现在稳态水压或瞬态水压渗流 状态下的岩石节理剪切试验，并对竖向力和水平力、张开度和水平位移以及流量同 时做出精确测量。

因此，如何解决现有技术存在的诸多缺点实已成为本领域技术人员亟待解决的技术 课题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种岩石节理剪切-渗流耦合试验系统，能进行岩石节 理剪切-渗流耦合试验，在进行加载的可同时获得节理张开度、水平位移、流量的 变化值。

为实现上述目的，本发明提供一种岩石节理剪切-渗流耦合试验系统，包括一 剪切盒、一试验力加载及位移测量装置，一张开度测量装置和一计算机，所述剪切 盒有一进水通道和一出水通道，其特征在于，还包括一渗流检测装置，该渗流检测 装置包括一进水装置和一出水流量测量装置，该进水装置联通剪切盒的进水通道的 进水口，出水流量测量装置联通剪切盒的出水通道的出水口。

其中，所述出水流量测量装置包括一集水箱、一第二流量计；第二流量计连接 在剪切盒的出水口和集水箱之间，第二流量计与计算机相连。

其中，所述出水流量测量装置还包括一反压加载装置、一第二液压传感器和一 控制器，第二液压传感器安装在出水管上，与控制器电连接，控制器与反压加载装 置电连接，控制出水管的出水压力，保证进水管与出水管的压力差；反压加载装置 安装在第二流量计和第二液压传感器之间，控制器由计算机伺服控制。

其中，所述出水流量测量装置还包括一压力感应器，压力感应器安装在第二流 量计和集水箱之间，与计算机相连。

优选地是，所述进水装置包括一储水箱、一水压加载装置、一第一液压传感器； 第一液压传感器安装在进水管上，与控制器电连接，水压加载装置安装在第一液压 传感器和储水箱之间，控制器由计算机伺服控制。

更优选地是，所述进水装置还包括一第一流量计，第一流量计安装在储水箱和 水压加载装置之间，第一流量计与计算机相连。

更优选地是，所述出水流量测量装置的集水箱为一密封容器，该密闭容器有一个 有开关控制的出口，通往进水装置的储水箱。

使用本发明，可以在岩石节理剪切的基础上，进行剪切-渗流耦合试验，在试 验过程中可以任意改变竖向力、水平力、水压值，并可同时获得张开度、剪切位移 和流量变化值；试验过程中，水流可以模拟自然流动状态，因此，获得的试验结果 更能真实有效地用于指导实际工程。同时，使用本系统，一次获得所需数据，无需 多套设备，降低了试验成本，节约了试验时间和后期数据的处理时间，提高了工作 效率，操作更人性化。

附图说明

图1为本发明的岩石节理剪切-渗流耦合试验系统的结构方框图

图2a为本发明中的剪切盒的纵剖视图；

图2b为图2a沿B-B线的剖视图；

图2c为图2a沿A-A线的剖视图；

图3是本发明中的渗流检测装置的工作原理图；

图4为是本发明中的试验力加载及位移测量装置的工作原理图；