可考虑多因素影响的岩石充填裂隙渗透率测试装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种岩石充填裂隙渗透率测试装置，尤其涉及一种可考虑多因素影响的岩石充填裂隙渗透率测试装置。
【背景技术】
[0002]岩石是组成地壳结构的基本物质，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。岩体裂隙赋存形式多变，充填胶结和几何形态特征复杂，使得岩体的渗流性质不同于土体等颗粒孔隙介质，具有其复杂性和特殊性。结构面是岩体地下水渗透、突涌的良好通道，严重时可以导致工程围岩失稳破坏，因此，岩石裂隙渗流规律始终是国际岩石力学界研究的热门课题。
[0003]达西定律揭示了层流条件下土体(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(无黏性土)或孔隙比(黏性土)。
[0004]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= yb3i/i2n，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= yb2/12ri，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。
[0005]开完施工引起的强烈岩体应力重分布将诱发非导水充填结构面变形活化，改变其开度、粗糙度以及充填物粒度成分、密实度，致使其转变为地下水渗透、突涌的良好通道，严重时甚至导致工程围岩失稳破坏，演变为突水突泥、塌方冒顶等重大工程灾害。
【发明内容】
[0006]本实用新型的目的是提供一种结构简单、使用方便、效果好的可考虑多因素影响的岩石充填裂隙渗透率测试装置。
[0007]为实现上述目的，本实用新型所采取的技术方案是:
[0008]—种可考虑多因素影响的岩石充填裂隙渗透率测试装置，包括裂隙法向约束板、螺母、刚性连接杆、PVC胶带和热缩管、上透水板、上压头、出水口、下透水板、下压头、进水口；所述的裂隙法向约束板有两块，两块裂隙法向约束板之间设有预制充填裂隙的标准试样;两块裂隙法向约束板的中部对称有与标准试样紧密接触的圆弧段，在两块裂隙法向约束板的四个角部设有螺栓孔，刚性连接杆穿过螺栓孔，通过螺母坚固连接;在标准试样的上端顺序连接有上透水板、上压头，上压头上设有出水口；在标准试样的下端顺序连接有下透水板、下压头，下压头上有进水口。
[0009]所述上透水板、上压头、预制充填裂隙的标准试样、下透水板和下压头外密封有PVC胶带和热缩管。
[0010]所述两块裂隙法向约束板中部对称的圆弧段与标准试样中心成60°角。
[0011]有益效果，由于采用了上述方案，本实用新型可以改变裂隙在横断面上的迹长、产状、开度、粗糙度以及充填物粒度成分、密实度、所受应力状态等因素来测试其渗透率，解决了以往国内外学者在研究裂隙岩体水力学性质时，上述诸多因素不能全部考虑，而只考虑单一平直光滑无充填时的情况测试裂隙的渗透率，然后根据裂隙的连通性、粗糙度、充填及应力状态等情况进行适当修正获得裂隙渗透率这一问题，实现可综合考虑裂隙几何形态参数和充填胶结特征等因素的单一裂隙渗透率测试试验，获得不同因素影响下的充填节理渗透性能，为岩体水力学的理论分析和工程应用提供基础试验数据支撑。解决国内外学者在研究裂隙岩体水力学性质时，只考虑单一平直光滑无充填时的情况测试裂隙的渗透率，然后根据裂隙的连通性、粗糙度、充填及应力状态情况进行适当修正获得裂隙渗透率的问题。其构造简单、操作简便、成本低廉、精确度高等特点，在岩石充填裂隙渗流试验研究中具有广阔的应用前景。
【附图说明】
[0012]图1为本实用新型的裂隙法向压缩加载装置示意图。
[0013]图2为本实用新型的裂隙法向压缩加载装置的水平投影图。
[0014]图3为本实用新型的渗流试验示意图。
[0015]图中:1、含有预制充填裂隙的标准试样;2、裂隙法向约束板;3、螺母;4、刚性连接杆;5、PVC胶带和热缩管;6、上透水板;7、上压头;8、出水口 ；9、下透水板；10、下压头；11、进水口； 12、试验机上承压板;13、试验机下承压板。
【具体实施方式】
[0016]下面结合附图对本实用新型的一个实施例作进一步的描述:
[0017]本实用新型的可考虑多因素影响的岩石充填裂隙渗透率测试装置，主要由裂隙法向约束板2、螺母3、刚性连接杆4、PVC胶带和热缩管5、上透水板6、上压头7、出水口 8、下透水板9、下压头10、进水口 11构成;所述的裂隙法向约束板2有两块，两块裂隙法向约束板之间设有预制充填裂隙的标准试样;两块裂隙法向约束板2的中部对称有与标准试样紧密接触的圆弧段，两块裂隙法向约束板2中部对称的圆弧段与标准试样中心成60°角。在两块裂隙法向约束板2的四个角部设有螺栓孔，刚性连接杆4穿过螺栓孔，通过螺母坚固连接;在标准试样的上端顺序连接有上透水板6、上压头7，上压头7上设有出水口；在标准试样的下端顺序连接有下透水板9、下压头10，下压头10上有进水口 11。所述上透水板6、上压头7、预制充填裂隙的标准试样、下透水板9和下压头10外密封有PVC胶带和热缩管。
[0018]所述裂隙法向约束板的两端矩形部分长度为100mm，宽度为50mm，厚度为10mm，圆弧部分对应的圆心角为60°，半径为25mm。所述裂隙法向约束板2的四个角部设计有四个等大的螺栓孔，直径为10mm，且每个螺栓孔的中心位置距离所述裂隙法向约束板2的端部均为25mm。所述四根刚性连接杆4长度为100mm，直径分别为8mm，分别穿过相应的螺栓孔。所述螺母3套入所述四根刚性连接杆4的两端，并用扭矩扳手拧紧。
[0019]工作过程:图3所示，岩石充填裂隙渗透率测试装置设在试验机的上承压板12和下承压板13之间，为防止渗流试验中充填物流失颗粒堵塞试验机水流管路，设置带有侧部出水口的上压头7和出水口 8。采用四层PVC胶带和三层热缩管5对上下压头、透水版和试样进行连接包裹，防止孔隙水沿试样表面流动。将上述密封含充填裂隙试样放置在裂隙法向约束板2的圆弧部分之间，用刚性连接杆4穿过约束板角部的螺栓孔，在约束板外侧用螺母3套入刚性连接杆4进行固定。采用扭矩扳手对所述裂隙法向压缩加载装置上的螺母3施加扭矩，改变所述充填裂隙的受力状态及充填物密实度，并利用游标卡尺测量裂隙张开度的变形量。将压缩加载装置和预制充填裂隙试样整体放在MTS815.02电液伺服岩石力学试验系统上进行渗流试验，施加1.5KN的轴向荷载对试样进行固定。
【主权项】
1.一种可考虑多因素影响的岩石充填裂隙渗透率测试装置，其特征是:它包括裂隙法向约束板(2)、螺母(3)、刚性连接杆(4)、PVC胶带和热缩管(5)、上透水板(6)、上压头(7)、出水口(8)、下透水板(9)、下压头(10)、进水口(11);所述的裂隙法向约束板(2)有两块，两块裂隙法向约束板之间设有预制充填裂隙的标准试样;两块裂隙法向约束板(2)的中部对称有与标准试样紧密接触的圆弧段，在两块裂隙法向约束板(2)的四个角部设有螺栓孔，刚性连接杆(4)穿过螺栓孔，通过螺母坚固连接;在标准试样的上端顺序连接有上透水板(6)、上压头(7)，上压头(7)上设有出水口；在标准试样的下端顺序连接有下透水板(9)、下压头(10)，下压头(10)上有进水口(11)。2.根据权利要求1所述的一种可考虑多因素影响的岩石充填裂隙渗透率测试装置，其特征是:所述上透水板(6)、上压头(7)、预制充填裂隙的标准试样、下透水板(9)和下压头(10)外密封有PVC胶带和热缩管。3.根据权利要求1所述的一种可考虑多因素影响的岩石充填裂隙渗透率测试装置，其特征是:所述两块裂隙法向约束板(2)中部对称的圆弧段与标准试样中心成60°角。
【专利摘要】一种可考虑多因素影响的岩石充填裂隙渗透率测试装置，包括裂隙法向约束板、刚性连接杆及螺母；采用胶带和热缩管对上、下压头、透水板和含充填裂隙试样进行密封，所述上压头带有侧部出水口，将密封好的试样整体放入所述裂隙法向压缩加载装置，利用扭矩扳手进行加载固定，改变扭矩值调整充填物密实度；在试验机上进行裂隙渗流试验，选定活塞运行速度并记录出水量，利用稳态法公式可以计算出渗透率。具有构造简单、操作简便、成本低廉、精确度高等特点，在岩石充填裂隙渗流试验研究中具有广阔的应用前景。
【IPC分类】G01N15/08
【公开号】CN205229006
【申请号】CN201521082369
【发明人】杨二朋, 杨万, 蔚立元, 朱谭谭
【申请人】中国矿业大学
【公开日】2016年5月11日
【申请日】2015年12月21日