[发明专利]一种可施加单向围压的岩石裂隙渗透率测试装置及方法

说明书

本发明公开了一种可施加单向围压的岩石裂隙渗透率测试装置及方法，在研究裂隙岩体水力学性质时，假设岩体受外力，考虑岩体受力情况下，通过观察岩石渗透面的连通性、粗糙度以及水分渗透状态进行适当修正获得裂缝渗透率。该装置由水箱和裂隙试件夹紧连接构成渗流路径，利用阀门控制水流的流通，通过两个的水箱的高差来控制裂隙试件左右两侧的水头差，在裂隙中水流稳定后，在裂隙顶面施加单向围压，通过记录时间和量筒中水的重量的增量，计算得出裂隙试件在单向围压下的渗透率。本发明具有构造简单，装置透明易观测，易于调节水头和围压等优点。

技术领域

本发明属于裂隙岩体水力学领域，具体涉及一种可施加单向围压的岩石裂隙渗透率测试装置及方法。

背景技术

岩石是组成地壳结构基本物质，是经历了漫长地质史的大自然产物，天然岩石内部有许多微裂隙、节理、断层等结构上的缺陷。并且，在埋深很高的地底，岩石会承受复杂的围压，导致水在岩石裂缝中的渗透率会出现不同的变化情况，具有复杂性和特殊性。结构面是岩体中液体渗透的良好通道，严重时可以导致工程的失稳破坏。因此，岩石裂隙渗透规律始终是国际岩石力学界研究的热门课题。

现有的测试单向围压下的岩石渗透率测试方法大部分都是在三轴系统上进行，但是现有的三轴系统仪器较大而不灵巧，操作较复杂。达西定律揭示了层流条件土体(颗粒孔隙介质)中渗流速度与水力梯度之间的线性关系，其表达式为：v＝ki。式中：v为渗流速度；k为介质渗透系数；i为水力梯度。影响土体渗透系数的主要因素有粒度成分、密实度(无粘性土)或孔隙比(粘性土)。在开挖出的地底岩石孔洞中填入土料，土料中的水分会裹胁土料中其他成分渗入周围岩体的裂缝中。这些裂缝由开挖时的机械操作产生的大量岩石裂缝以及自然存在于岩体中的裂缝组成。岩石中复杂的应力会对水分的渗流产生不可预测的影响，不加以防范可能会产生重大事故。光滑平行板裂隙模型认为裂隙由两片光滑、平直、无限长的平行板构成，由流体为不可压缩、黏性及水流为层流的假定，根据流体力学基本原理可以推导出平行板裂隙的水流公式Q＝γb³i/(12η)，即立方定律，其中，γ·η分别为流体的重度和动力粘度，b为裂隙开度。此时，单一岩石裂隙的渗透系数可表示为k＝rb²/(12η)，影响其数值大小的裂隙几何形态参数主要是等效开度和粗糙度。

发明内容

本发明目的在于提供一种可施加单向围压的岩石渗透率测试方法及装置，在研究裂隙岩体水力学性质时，假设岩体受外力，考虑岩体受力情况下，通过观察岩石渗透面的连通性、粗糙度以及水分渗透状态进行适当修正获得裂缝渗透率。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种可施加单向围压的岩石裂隙渗透率测试装置，包括第一水阀、第五水阀、第二流入水箱、第二流出水箱、第一流入水箱、第一流出水箱、试件支座、垫块、电子秤、量筒、第四水阀、第六水阀、第七水阀、两个直线导轨、两组水箱支架和两个压力计；两组水箱支架固定在地面上，第一流出水箱固定在一组水箱支架上，两个相互平行的直线导轨固定在另一组水箱支架上，第一流入水箱固定在直线导轨的滑块上，使得第一流入水箱能够沿直线导轨上下滑动，改变水头差；第一流入水箱上设有第一水阀、第四水阀和第五水阀，第四水阀通过第一导管与第二流入水箱相连，第一导管上设有一个压力计，试件设置在试件支座上，第二流入水箱的一个侧壁上开有流液圆孔，第二流出水箱的一个侧壁上开有流液圆孔，裂隙试件夹紧于第二流入水箱和第二流出水箱之间，裂隙试件两端分别抵住流液圆孔，第一流出水箱上设有第六水阀和第七水阀，第七水阀通过第二导管与第二流出水箱相连，第二导管上设有一个压力计，第六水阀通过第三导管与量筒相连，量筒设置在电子秤上，垫块设置在裂隙试件顶面。

本发明与现有技术相比，其显著优点在于：

1)构造简单；2)用水箱可以调节水头差；3)装置上装有阀门，实验操作易于调节；4)装置透明，易于拆卸，容易进行观测；5)施加围压装置易于操作；6)可进行变水头试验，适用性广泛。

附图说明