[发明专利]一种用于三维裂隙岩样的水-力耦合加载装置及加载方法

说明书

一种用于三维裂隙岩样的水‑力耦合加载装置，包括左右对称设置的两块矩形的耦合加载板，二者通过刚性连接杆连接，刚性连接杆中间设有长度调节旋钮，其上设有应力传感器，耦合加载板内部为中空结构，它的内表面四周边缘设有防水边界，耦合加载板上有贯穿耦合加载板的多个均布的螺钉孔，每个螺钉孔内均设有从外向内安装的螺钉，螺钉的长度大于螺钉孔的深度，螺钉与螺钉孔之间密封，耦合加载板内表面上设有整齐排列的多个长条形开口，长条形开口分为水平和竖直两个方向且相互垂直，长条形开口和螺钉孔相间布置，耦合加载板下方侧边设有进水口。本发明在应力加载的过程中避免了堵塞裂隙，提高了试验结果的准确性，结构简单，加工方便，成本低廉。

技术领域

本发明涉及一种用于三维裂隙岩样的水-力耦合加载装置及加载方法，属于岩石力学与工程技术领域。

背景技术

裂隙岩体是水利、采矿、交通及能源等行业中最常见、最重要的介质之一。由于成岩作用及地质构造运动，工程实际中面对的岩体中都存在各种形式的裂隙。裂隙岩体渗流状态变化涉及复杂的渗流-应力耦合作用过程。一方面，水体在围岩中的渗流作用将改变围岩中的孔隙水压力，从而改变围岩的原始应力状态；另一方面，围岩应力状态的改变，反过来会改变围岩本身的结构，进而改变围岩的渗透性能，从而改变水体的渗流状态。为了对三维裂隙岩体的力学和水理性质进行研究，如何实现对三维裂隙岩体进行水-力耦合加载成为了重要环节。

目前关于三维裂隙岩样进行水-力耦合加载的研究，已知的公开号为201621389018.6的一种用于岩石冲击—静力—水力耦合劈裂拉伸破坏实验装置和公开号为201611173490.0的一种用于岩石冲击—静力—水力耦合劈裂拉伸破坏试验装置，它们都通过水压加载压头对岩石试样进行水压力加载，虽然能够很好地研究冲击—静力—水力耦合作用下岩石劈裂拉伸破坏动态力学特性，对评价含水岩体在动静载荷下破坏机理具有指导意义。但是为了进行应力加载，已知的加载装置与岩样表面是相接触，加载装置有会与裂隙相接触，以致将部分裂隙堵塞，由此会影响水压力的加载，并最终会影响实验结果的准确性。

发明内容

为了克服现有技术的上述不足，本发明提供一种用于三维裂隙岩样的水-力耦合加载装置及加载方法，能够实现对三维裂隙试样进行水-力耦合加载，同时在应力加载的过程中避免堵塞裂隙，提高试验结果的准确性，结构简单，加工方便，成本低廉。

本发明解决其技术问题采用的技术方案是：

一种用于三维裂隙岩样的水-力耦合加载装置，包括左右对称设置的两块矩形的耦合加载板，两块耦合加载板通过刚性连接杆连接为一体，刚性连接杆中间设有长度调节旋钮，长度调节旋钮上设有应力传感器，耦合加载板的内部为中空结构，耦合加载板的内表面四周边缘设有防水边界，耦合加载板上有贯穿耦合加载板的多个均布的螺钉孔，每个螺钉孔内均设有从外向内安装的螺钉，螺钉的长度大于螺钉孔的深度，螺钉与螺钉孔周边设有密封结构，耦合加载板内表面上设有整齐排列的多个长条形开口，长条形开口分为水平和竖直两个方向且相互垂直，长条形开口和螺钉孔相间布置，耦合加载板下方侧边设有进水口。

一种使用用于三维裂隙岩样的水-力耦合加载装置的加载方法，步骤如下：

a.安装三维裂隙岩样：将用于三维裂隙岩样放置在两块矩形的耦合加载板之间，调节刚性连接杆上的长度调节旋钮，使两块耦合加载板靠近三维裂隙岩样直至矩形耦合加载板上凸起的防水边界与三维裂隙岩样表面接触，同时耦合加载板内表面与三维裂隙岩样之间存在间隙；

b.进行应力加载：将多个螺钉通过螺钉孔从外向内旋进使之与三维裂隙岩样表面相接触，通过螺钉对三维裂隙岩样之间的点接触进行应力加载；若螺钉旋进后与三维裂隙岩样表面的裂隙接触，则将螺钉旋出使之与裂隙相互脱离；

c.进行水压力加载：通过进水口向两块矩形耦合加载板中持续注入水，注入耦合加载板后的水通过内表面的长条形开口流出，并对三维裂隙岩样产生水压力，从而两块耦合加载板分别对三维裂隙岩样两个相对表面进行水压力加载；