一种多尺度岩石裂隙渗透性尺寸效应试验方法与流程

本发明涉及一种多尺度岩石裂隙渗透性尺寸效应试验方法，属于岩体水力学试验技术领域。

背景技术：

裂隙对岩体的力学性能和渗透性能均有显著影响，裂隙的存在使岩体产生“五非”的特性，即非连续(notcontinuous)、各向异性(notisotropic)、非均质(nothomogeneous)、非线性(notlinear)和非均匀(notuniform)。

单裂隙是组成裂隙网络的基本单元，单裂隙渗流研究是研究裂隙岩体渗流的基础和关键，在研究渗流规律、渗透特性和控制机理方面起着不可替代的作用。研究表明裂隙渗透性存在尺寸效应，室内试验是研究岩石裂隙渗透性尺寸效应最主要的手段之一，然而受各种客观条件限制，特别是受现有试验设备和制样技术的限制，尚未系统地对岩石裂隙渗透性尺寸效应开展试验研究。岩石裂隙渗透性尺寸效应试样研究面临的首要问题是系列尺寸岩石裂隙试样的制作。所制作的试样需横跨系列尺寸，且尽可能降低其他因素(如裂隙开度、粗糙度等)对尺寸效应研究的干扰，这成为摆在面前的一大技术难题。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种多尺度岩石裂隙渗透性尺寸效应试验方法，为岩石裂隙渗透性尺寸效应的研究带来便利性与准确性，且操作简单，具有实用价值。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是：

一种多尺度岩石裂隙渗透性尺寸效应试验方法，包括如下步骤：

(1)将裂隙岩石沿裂隙面剖为上岩石试块、下岩石试块；

(2)在上岩石试块的中心处开设第一通孔；

(3)在下岩石试块的上表面以中心处为圆心开设有1个以上的环形凹槽，每个所述环形凹槽上开设有通孔，所述通孔内安装有集水管，位于下岩石试块外侧的所述集水管上安装有管塞；

(4)将步骤(2)中的上岩石试块与步骤(3)中的下岩石试块对齐，且同时用管塞堵塞相应集水管；

(5)当步骤(2)中的上岩石试块与步骤(3)中的下岩石试块对齐后沿第一通孔注入水流，直至水流沿裂隙面外围渗出且稳定以使裂隙面充分饱和；

(6)当水流沿裂隙面外围渗出且稳定以使裂隙面充分饱和后，从圆心由内向外依次拔出集水管下端的管塞，并将其余集水管下端的管塞塞紧，且用集水容器收集流出的水，测量集水容器中水的增量，当相同时间间隔内水的增量相同后，记录下此时的水流增量；

(7)最后记录下每根集水管单独开启时的水流增量，分别计算各自对应的渗透率，并分析岩石单裂隙渗透性的尺寸效应。

将步骤(1)中上岩石试块和下岩石试块上下表面分别进行抛光，切割成正方形且尺寸相同的上岩石试块、下岩石试块。

将步骤(3)中下岩石试块的上表面以中心处为圆心等距开设有1个以上的环形凹槽。

将步骤(3)中下岩石试块的上表面以中心处为圆心由内向外依次开设有第一环形凹槽、第二环形凹槽、第三环形凹槽、第四环形凹槽。

所述圆心到第一环形凹槽之间的距离为10cm，所述圆心到第二环形凹槽之间的距离为20cm，所述圆心到第三环形凹槽之间的距离为30cm，所述圆心到第四环形凹槽之间的距离为40cm；所述第一环形凹槽、第二环形凹槽、第三环形凹槽和第四环形凹槽的凹槽宽度均为0.5cm。

所述第一环形凹槽上开设有第二通孔，所述第二环形凹槽上开设有第三通孔，所述第三环形凹槽上开设有第四通孔，所述第四环形凹槽上开设有第五通孔，且所述第二通孔、第三通孔、第四通孔和第五通孔位于同一直线上。

将步骤(3)中集水管的上表面与下岩石试块的上表面位于同一水平面。

本发明的有益效果是：一种多尺度岩石裂隙渗透性尺寸效应试验方法，由于在同一个裂隙上进行渗流试验，有效避免了不同裂隙下裂隙开度与粗糙度对试验结果产生的影响；为岩石裂隙渗透性尺寸效应的研究带来便利性与准确性，且操作简单。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为上岩石试块的俯视图；

图3为上岩石试块的内部结构示意图；

图4为下岩石试块的俯视图；

图5为下岩石试块的内部结构示意图。

具体实施方式

实施例1

如图1、图2、图3、图4和图5所示一种多尺度岩石裂隙渗透性尺寸效应试验方法，包括如下步骤：

(1))将裂隙岩石沿裂隙面剖为上岩石试块1、下岩石试块2；

(2)在上岩石试块1的中心处开设第一通孔3；

(3)在下岩石试块2的上表面以中心处为圆心开设有1个以上的环形凹槽，每个所述环形凹槽上开设有通孔，所述通孔内安装有集水管6，位于下岩石试块2外侧的所述集水管6上安装有管塞7；

(4)将步骤(2)中的上岩石试块1与步骤(3)中的下岩石试块2对齐，且同时用管塞7堵塞相应集水管6；

(5)当步骤(2)中的上岩石试块1与步骤(3)中的下岩石试块2对齐后沿第一通孔3注入水流，直至水流沿裂隙面外围渗出且稳定以使裂隙面充分饱和；

(6)当水流沿裂隙面外围渗出且稳定以使裂隙面充分饱和后，首先拔出第二通孔15内集水管6的管塞7，同时用管塞7塞紧第三通孔16内的集水管6，第四通孔17内的集水管6和第五通孔18内的集水管6，且用集水容器8收集第二通孔15内集水管6流出的水，测量集水容器8中水的增量，当相同时间间隔内水的增量相同后，记录下此时的水流增量；接着用管塞7塞紧第二通孔15内集水管6，拔出第三通孔16内的集水管6的管塞7，同时用管塞7塞紧第四通孔17内的集水管6和第五通孔18内的集水管6，且用集水容器8收集第三通孔16内的集水管6流出的水，测量集水容器8中水的增量，当相同时间间隔内水的增量相同后，记录下此时的水流增量；然后用管塞7塞紧第三通孔16内的集水管6，拔出第四通孔17内的集水管6的管塞7，同时用管塞7塞紧第五通孔18内的集水管6和第二通孔15内集水管6，且用集水容器8收集第四通孔17内的集水管6流出的水，测量集水容器8中水的增量，当相同时间间隔内水的增量相同后，记录下此时的水流增量；最后用管塞7塞紧第四通孔17内的集水管6，拔出第五通孔18内的集水管6的管塞7，同时用管塞7塞紧第二通孔15内集水管6和第三通孔16内的集水管6，且用集水容器8收集第五通孔18内的集水管6流出的水，测量集水容器8中水的增量，当相同时间间隔内水的增量相同后，记录下此时的水流增量；以上所述的相同时间间隔值均设定相同；

(7)最后记录下每根集水管6单独开启时的水流增量，分别计算各自对应的渗透率，并分析岩石单裂隙渗透性的尺寸效应。

将步骤(1)中上岩石试块1和下岩石试块2上下表面分别进行抛光，切割成正方形且尺寸相同的上岩石试块1、下岩石试块2。

将步骤(3)中下岩石试块2的上表面以中心处为圆心等距开设有1个以上的环形凹槽。

将步骤(3)中下岩石试块2的上表面以中心处为圆心由内向外依次开设有第一环形凹槽11、第二环形凹槽12、第三环形凹槽13、第四环形凹槽14。

所述圆心到第一环形凹槽11之间的距离为a，a的值为10cm，所述圆心到第二环形凹槽12之间的距离为b，b的值为20cm，所述圆心到第三环形凹槽13之间的距离为c，c的值为30cm，所述圆心到第四环形凹槽14之间的距离为d，d的值为40cm；所述第一环形凹槽11、第二环形凹槽12、第三环形凹槽13和第四环形凹槽14的凹槽宽度均为0.5cm。

所述第一环形凹槽11上开设有第二通孔15，所述第二环形凹槽12上开设有第三通孔16，所述第三环形凹槽13上开设有第四通孔17，所述第四环形凹槽14上开设有第五通孔18，且所述第二通孔15、第三通孔16、第四通孔17和第五通孔18位于同一直线上。

将步骤(3)中集水管6的上表面与下岩石试块2的上表面位于同一水平面。

本实施例的一种多尺度岩石裂隙渗透性尺寸效应试验方法，由于在同一个裂隙上进行渗流试验，有效避免了不同裂隙下裂隙开度与粗糙度对试验结果产生的影响；为岩石裂隙渗透性尺寸效应的研究带来便利性与准确性，且操作简单。