[发明专利]柔性边界的岩石裂隙压剪渗流耦合试验装置及其应用方法

说明书

技术领域

本专利涉及一种复杂应力条件下的实验设备及其应用方法，尤其涉及一种不同围压作用下岩石裂隙压剪渗流耦合试验装置及其应用方法。

背景技术

岩体中的结构面与地下水对岩体的物理力学性质有着重要的影响。一方面结构面的存在使得岩体成为不连续体，力学性质也发生相应的改变，同时对地下水渗流起决定性作用；另一方面地下水可以改变岩体的应力和形变。因此在岩土工程中研究地下水在裂隙中的渗流十分有必要。而岩体在天然环境下，受到各方面的力比较复杂，进行人工节理的试验就显得简单易行，其中岩石节理的室内压剪渗流耦合试验是研究裂隙渗流的一种十分有效的方法。

在岩石节理的压剪过程中，当两个节理面在剪压作用下产生一定的位移时，通过在压剪渗流试验盒进水口和出水口设置一定的水头差，即渗透水压力，来使岩石节理内的水沿着指定路径流动，同时要保证试验盒四周不漏水。因此需要使试验盒具有良好的密封性质。但目前存在的试验盒密封效果都不理想，所以需要一种理想的密封试验盒来完成相关试验，同时需要一种相应的应用方法与试件制作方法。

发明内容

为解决上述问题，本专利公开一种柔性边界的岩石裂隙压剪渗流耦合试验装置及其应用方法，可以保证在岩石裂隙压剪渗流耦合试验过程中，试件产生相应位移后时，实现水流仍然沿指定路径流动并且保证良好的密封性，有效解决漏水问题。

一种柔性边界的岩石裂隙压剪渗流耦合试验装置，包括包含中空腔的橡胶垫层、不连续刚性加压板、可调节螺母、进水口、侧向挡板、上侧加压板、下侧加压板、出水口、上侧挡板、下侧挡板所组成的内部压剪系统与外部框架；所述的橡胶垫层，左右两侧设置不连续刚性加压板，上下两侧设置上侧加压板与下侧加压板；所述的上侧加压板上具有进水口，下侧加压板上具有出水口；所述的不连续刚性加压板，其特征在于使用透明材料制成；所述不连续刚性加压板，其特性在于可通过不同的加压组合方式，分别实现对试件的挤压、剪切、压剪共同作用；所述的上侧加压板、下侧加压板，其特征在于使用透明材料制成；所述的上侧挡板、下侧挡板，其特征在于使用透明材料制成，且预留有供加载杆通过的小孔。

制备试件使用刚性的铸铁模具，由外围铸铁模具与内部金属片制成。使用时先用铸铁模具浇筑试件。如图4所示，将极限莫尔应力圆与库伦准则直线同时在 平面上作出，则圆必与库伦准则直线相切。可由图求得剪切面与试件水平轴线之间的最大夹角，超过这一极限角度后则无法发生剪切。所以浇筑试件时应控制内部金属片与试件水平轴线之间的夹角小于（其中为所用浇筑材料的内摩擦角），否则不会发生剪切。所述金属片用于控制预制剪切面与模具边界之间的夹角，如果只进行挤压试验，则无需使用。

等试件养护到符合试验要求的强度后，将使用铸铁模具制成的试件放置在试验盒的中空腔，然后调整外围橡胶垫层用于夹紧试件，同时调整试件，使试件与柔性垫层保持密闭。调整试验盒大小，必要时可以更换橡胶垫层来满足实验要求。然后将试验盒打开，放入试件，放入过程中要保持夹紧，使试件与柔性边界充分接触，杜绝空隙的出现，柔性橡胶垫层夹紧。调节理想后将柔性边界岩石裂隙压剪渗流耦合试验盒整体安装到剪切渗流机上进行试验。

由于试件预制的剪切面具有一定角度，在加压过程中，会同时产生竖直方向与水平方向的力，进而使试件产生相应的位移。上侧加压板、下侧加压板起到固定试件并防止竖直位移过大的作用。侧向加压板根据需要进行加压，加压的过程中橡胶垫层产生一定的弹性形变，使得密封性进一步增强。四周保持密闭后开始竖向加压，加压过程中，未挤密缝隙随应力增加而挤密，密封性进一步加强，达到有效的密封效果，防止漏水发生。

本设计的有益效果是：当进行压剪渗流耦合试验时，可以充分保证试验盒的密封性，防止漏水。同时可以通过调节试件的剪切角度来控制剪应力与压应力的大小，还可以进行不同围压下的剪切渗流耦合试验。

附图说明

下面结合附图与具体实施方式对本专利作进一步说明：

附图1为本设计所述柔性边界的岩石裂隙压剪渗流耦合试验装置的结构示意图。

附图2为试验盒的俯视图与橡胶垫层分布情况。

附图3为制备试验所需试件的模具示意图。

附图4为极限应力圆与库伦准则直线关系示意图。

附图5为最大剪切面与试件水平轴线的关系示意图。