二维岩石试样裂隙网络渗流试验装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及岩土工程测量仪器领域，尤其涉及一种二维岩石试样裂隙网络渗流试验装置。
【背景技术】
[0002]近年来，随着能源开采、核废料处理、水利工程以及地下空间的利用等大型工程的大量兴建，岩石渗流问题日益得到关注，在矿山开采、水利水电、隧道、边坡加固等岩土工程中，裂隙渗流对岩体工程的稳定性有着重要影响。一方面岩体裂隙是导致地下工程水害的重要原因之一，另一方面裂隙的存在也大大降低了岩体强度。众所周知，因为水的可压缩性很小，容易传递压力，含水孔隙中的流体压力会改变岩体中的应力状态。但是，岩体的形变性质与流体的形变性质有明显的差别，所以流体压力所造成的应力场的改变，以及流动的地下水动态性质所造成的流体应力的连续变化，都对地质体的形变特性起不可忽视的影响。因此，研究裂隙岩体的破裂机理和强度特性将对水电工程地质学学科及岩体工程稳定学科有十分重要的理论意义和实际工程应用价值。对于岩石材料来说，剪切破坏是其主要破坏形态，因此岩石体剪切-渗流耦合破坏机理的研究对解决上述问题有着重要的意义。
[0003]参考文献1(新型数控岩石节理剪切渗流试验台的设计与应用，王刚，岩土力学，30
(10)，2009)提出了一种数控岩石节理剪切渗流试验台，其主要功能为:在节理试件法向方向上，试验台有3类可控边界条件:恒定法向应力(CNL)、恒定法向位移(CNV)和恒定法向刚度(CNS)。平行节理剪切方向，可施加剪切力或位移、渗透压力。在3种边界和荷载条件下可进行节理剪切试验、节理渗透试验、闭合应力-渗透耦合试验、剪切应力-渗透耦合试验、岩石节理的剪切渗流流变试验和岩石节理的辐射流试验。
[0004]请参照图1，该系统整体由轴向加载框架、横向加载机构、轴向和横向蠕变控制系统、渗流子系统、剪切盒及数控系统组成。各主要组成部分及其工作原理介绍详细如下:
[0005]轴向加载框架包括加载油缸、主机框架、力传感器、上下压板等。主机采用框架结构形式，加载油缸倒置固定在上横梁上，力传感器安装在活塞上。
[0006]横向加载机构包括加载油缸、剪切加载框架、力传感器、位移传感器等。剪切加载框架采用四框组合式，油缸座和承压梁及两面的侧板均采用高标号球墨铸铁，使其框架刚度大(5000kN/mm)，工作平稳可靠;剪切加载框架放置在导轨上，在进行剪切试验时安装好试样后将其推到主机框架内，设定其他边界条件后，即可以进行相应的剪切试验。
[0007]横向和轴向控制系统采用德国DOLI公司原装进口EDC全数字伺服控制器，该控制器是国际领先的控制器，具有多个测量通道，每个测量通道可以分别进行荷载、位移、变形等的单独控制或几个测量通道的联合控制，而且多种控制方式间可以实现无冲击转换。在EDC中可以设置一个刚度控制通道，将根据测量得到的法向应力与法向变形计算的法向刚度值作为控制参数反馈给EDC控制输出通道，这样就可以实现常法向刚度控制。这种功能在其他的控制器中是无法实现的。EDC的测控精度高、操作简便、保护功能全，可以实现自动标定、自动清O及故障自诊断。
[0008]渗流子系统包括渗透加压系统、日本进口松下伺服电机和控制器、EDC测控器。采用该系统可以实现多级可控的恒渗透压力和渗透流量控制。在剪切盒的出水口设置一套液压传感器、流量测量装置和稳压装置，并在EDC控制系统软件中设置一个压差控制通道，来测量进口压力和出口压力的差值，实现剪切盒进、出口渗透压力差的闭环控制。而且可以实现稳态和瞬态渗透压力控制。
[0009]剪切盒内部尺寸为200mm(水渗透方向)X 10mm(渗透宽度)X 10mm(高度)。渗流剪切盒由上下剪切盒组成，上剪切盒由上剪切体、上密封圈、上刀体垫块组成；下剪切盒由下剪切体、下密封圈、下刀体垫块组成。密封圈是本方案的特点及关键部件，它是由弹性及硬度适中的聚氨脂制成液体橡胶，浇注模压成型。聚氨脂橡胶具有既软又硬，摩擦小等特点。密封圈是中空的，当试样装好之后，空腔内将注入一定压力的液体塑料，上密封圈在压力下紧紧贴到试样上半部的四周，而下密封圈在压力下紧紧贴到试样下半部的四周实现了密封，同时上密封圈和下密封圈的接触面也受到了压力紧密接触，实现了密封。当上下剪切盒产生相对移动时，上密封圈和下密封圈的接触面在滑动状态下仍然保持压缩密封，直到密封圈脱离接触。上刀体中有一个进水孔用以向岩样剪切面渗水，另一孔为排气孔;下刀体中有一个出水孔，用以排出渗入岩样剪切面中的水。
[0010]对于图1所示的数控岩石节理剪切渗流试验台，其主要是针对三维岩石试样进行设计的，故此其自下而上进行法向加载，自右至左进行剪切加载，然而三维岩体裂隙由于其复杂、隐蔽，其内部破裂机理在现有技术下无法真正予以揭示。而且现有技术所提出的三维裂隙并非是真正的“三维”，而只是规则的平面，其本质仍为二维。因此，对二维岩石试样进行试验更具有现实意义。而现有技术中并没有针对二维岩石试样裂隙网络进行试验的装置。
【发明内容】
[0011](一)要解决的技术问题
[0012]鉴于上述技术问题，本发明提供了一种二维岩石试样裂隙网络渗流试验装置，以满足对二维岩石裂隙网络的研究工作需要。
[0013](二)技术方案
[0014]本发明二维岩石试样裂隙网络渗流试验装置包括:底架，其上方分为进样区域和测试区域，在该进样区域和测试区域之间具有滑轨;密封机构，用于密封二维岩石试样，其在四个侧面上分别开设透水区域;岩石试样底座，其可在滑轨上自由滑动，用于将水平放置的二维岩石试样由进样区域运送至测试区域;纵向加载机构，固定于底架的测试区域的上方，整体为可升降结构;侧向加载机构，固定于底架的测试区域的上方，其整体为可升降结构，与纵向加载机构相互错开。其中，二维岩石试样呈方形，其上具有裂隙网络;在运送二维岩石试样时，纵向加载机构和侧向加载机构升起;在二维岩石试样被运送至测试区域后，纵向加载机构和侧向加载机构落下，分别对运送至测试区域的二维岩石试样施加纵向和侧向力。
[0015](三)有益效果
[0016]从上述技术方案可以看出，本发明二维岩石试样裂隙网络渗流试验装置具有以下有益效果:
[0017](I)专门针对二维岩石试样进行设计，能够稳定可靠的实现二维岩石试样的加载以及挤压力和剪切力的施加，填补了国内外二维岩石试样的剪切-渗流耦合测试装置的空白；
[0018]采用二维岩石试样，渗流过程更为直观、机理更为明确，改变了传统三维试验过程不够直观、机理不够明确、结果难以精准测量的缺点。
[0019](2)通过将上述岩石试样平面放置保证其稳定性;通过侧向加载机构和反力框架的联合使用实现了对二维岩石试样侧向力的施加；
[0020](3)设置了专门的加压通水板，在加压的同时实现通水，实现了裂隙网络渗流试验
目.ο
【附图说明】
[0021 ]图1为现有技术数控岩石节理剪切渗流试验台的结构示意图；
[0022]图2为根据本发明实施例二维岩石试样裂隙网络渗流试验装置的结构示意图；
[0023]图3为图2所示二维岩石试样裂隙网络渗流试验装置中纵向加载机构的示意图；
[0024]图4为图2所示二维岩石试样裂隙网络渗流试验装置中底架与侧向加载机构的示意图；
[0025]图5为图2所示二维岩石试样裂隙