[发明专利]施加恒定裂隙水压的裂隙岩石水力耦合试验装置及方法

说明书

本发明公开了一种施加恒定裂隙水压的裂隙岩石水力耦合试验装置，属于岩石工程技术领域，包括内部设有空腔的装置本体，装置本体上设有与空腔连通的进液口、排气口和水压表，空腔内设有底座，岩石试样上设有单道裂隙，装置本体上设有给岩石试样加压的传力机构，注水后的空腔能够保证单道裂隙始终被水充满，继而提供恒定的裂隙水压；还提供了一种施加恒定裂隙水压的裂隙岩石水力耦合试验方法，包括：S1、安装裂隙岩石水力耦合试验装置；S2、安装岩石试样；S3、施加初始应力；S4、施加裂隙水压；S5、应力加载与裂隙扩展观测；S6、排水与取出岩石试样；通过对岩石试样水平卸载和竖直加载，从而模拟出开挖时围岩径向应力降低和切向应力增大的过程。

技术领域

本发明涉及岩石工程技术领域，特别是涉及一种施加恒定裂隙水压的裂隙岩石水力耦合试验装置及方法。

背景技术

裂隙岩体是地下工程施工建设过程中常见的一种复杂地质体，裂隙岩体中通常会含有裂隙水。随着地下工程向更深的地下发展，裂隙岩体所处地质环境也变得更为复杂，往往表现出高地应力、高裂隙水压等特点，裂隙岩体在高地应力、高裂隙水压的耦合作用下，容易发生原生裂隙的扩展和相互贯通，导致岩体强度弱化和工程结构失稳破坏，这种环境下的矿山开采或隧道开挖时，很容易诱发严重的工程地质灾害。尤其是在富水岩体中的隧道(或巷道、硐室和洞室)的开挖，很容易诱发突涌水灾害。因此，深部岩体工程地质灾害中涉及的水力耦合问题已经成为亟待解决的重点和难点问题，而掌握裂隙岩体水力耦合作用下裂隙扩展、贯通演化规律，明确其破裂的力学机理成为了突涌水灾害防治的关键。目前，在开展裂隙岩体水力耦合试验研究中，通常会采用应力变化、应变变化、渗透压力变化和渗透流量变化的数值相结合来表征裂隙的变化。如专利号“201610486665.7”，名称为“一种单裂隙岩体流-固耦合试验系统及试验方法”的发明专利中公开了一种试验设备和试验方法，装置由应力加载装置、渗透压伺服装置以及数据采集处理装置组成，通过应力加载装置对试件进行加载；通过渗透压伺服装置进行流体渗透，通过数据采集处理装置对渗透的压力进行实时数据显示、采集和记录，从而表征裂隙岩体在高地应力、高裂隙水压下的裂隙变化。

但上述用渗透压力变化等数值来表征裂隙变化方式，并不能直观的表现出裂隙扩展、贯通演化规律。而且上述方式也只能用来研究一般的裂缝岩体裂隙变化，无法表征富水岩体的裂隙变化，因为在富水岩体中进行开挖工程活动时，裂隙水压在岩体裂隙扩展过程中是基本稳定不变的，即富水岩体的渗透压力是恒定不变的。为此，现阶段又提出了一种试验方法，通过在裂隙岩样上钻一个与裂隙连通的辅助注水孔，试验时将高压水泵装置的高压水管与辅助注水孔连接，向裂隙内注入恒定的高水压，以模拟富水岩体裂隙水压恒定的情况，然后高速摄像记录下裂隙的扩展过程，从而使裂隙扩展过程更为直观。但实际试验中发现由于裂隙进入不稳定扩展阶段后，裂隙扩展速度非常快，在极短时间内会新增相对较大的裂隙空间，而恒定流量的水流根本无法及时地向新增裂隙空间中补充等体积的高压水，继而无法满足裂隙内水压的稳定，造成裂隙内的水压显著降低，而稳定的裂隙水压正是导致隧道(或巷道、硐室和洞室)诱发突涌水灾害的主要力源之一。此外，虽然裂隙岩样上的辅助注水孔体积小，但对裂隙岩样钻孔，依然会对裂隙岩样的力学特性和破坏行为产生影响。

发明内容

本发明的目的是解决上述技术问题，提供一种施加恒定裂隙水压的裂隙岩石水力耦合试验装置及方法，岩石试样放入空腔后，岩石试样被浸泡在注满水后的空腔内，无论其单道裂隙如何变化，都能够时刻被空腔内的水充满，从而始终与空腔内的水压相同，而空腔容积不变，其内部水压就不变，从而可为岩石试样提供恒定的裂隙水压，真正模拟出深部富水岩体内裂隙扩展过程中恒定的裂隙水压环境，为掌握隧道突涌水机理提供试验技术支撑。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种施加恒定裂隙水压的裂隙岩石水力耦合试验装置，包括装置本体，所述装置本体内部设有可注入水的空腔，所述装置本体上设有与所述空腔连通的进液口、排气口以及水压表，所述空腔内设有用于安放岩石试样的底座，所述岩石试样上设有供所述空腔内的水贯通的单道裂隙，所述装置本体上设有给所述岩石试样的非裂隙面加压的传力机构。