[发明专利]地下水封洞库岩体水封条件的测试装置及试验方法

权利要求书

1.一种地下水封洞库岩体水封条件的测试装置，其特征在于：包括机架和设在机架上的岩芯夹持器，所述岩芯夹持器上部通过上堵头连接有水箱，所述岩芯夹持器下部通过下堵头连接有气箱，所述水箱上设有注水口和上排水口，所述注水口连接供水的电动泵，所述上排水口连接背压阀以控制、稳定箱内水压，所述水箱上还设有可视窗；所述气箱设有四个连接口，其中两个连接口接到液位计中，用以测量试验时气箱内水位，另外两个连接口分别接入下排水口和注气口，注气口依次连接气体调压阀、气源装置，下排水口用于排出实验过程中多余的水，所述气箱内部还嵌有加压杆，加压杆通过加压螺杆连接气箱下方的加载电机，在实施剪切力作用时，加载电机带动加压杆使得位于岩芯夹持器体内的岩芯试样受剪部分发生匀速位移；所述上堵头中设有过水通道，以连通水箱与岩芯试样，所述下堵头中设有气、液体流动通道，所述岩芯夹持器内放置Φ=100mm，h=200mm的岩芯试样，在所述岩芯试样周围设置加压垫层，岩芯夹持器下方连接口与围压手摇泵相连，通过摇动手摇泵对岩芯夹持器内部加压垫层注水，以达到对试样施加围压，所述上堵头上与岩芯试样连接部位设置一个高度为15mm的弓形空槽，以给剪切作用下局部岩芯试样位移预留空间。

2.根据权利要求1所述的地下水封洞库岩体水封条件的测试装置，其特征在于：所述水箱内腔部分的尺寸为直径Φ=270mm，高度h=80mm，其底部左、右两侧分别连接所述注水口和上排水口；所述可视窗分为两个部分，一部分是顶部可视窗，另一部分是侧面可视窗；试验过程中，通过各个可视窗确定流经岩样裂隙的气体在上堵头通道中冒出的时刻，用以判断在某一气压作用下保持水封效果的临界状态。

3.根据权利要求1所述的地下水封洞库岩体水封条件的测试装置，其特征在于：所述上、下堵头分别用堵头法兰固定在夹持器的两端面，用箱体法兰连接水箱、气箱，以防止岩体试样在试验时发生上下位移，保持实验过程中仪器的密闭性。

4.根据权利要求1所述的地下水封洞库岩体水封条件的测试装置，其特征在于：所述机架上设有显示系统、电源、局部加压系统，上部依次为用于显示岩芯试样剪切速度的加载调速表、用于显示水箱内液体流量的液体流量表、用于显示气箱内气体流量的气体流量表、加载电源、液体泵电源和总电源；接下来为环腔压力表、水箱压力表和气箱压力表，在试验中通过压力表数值的读取，可获得相应的水、气压力，用以测定水封条件；再往下为环压阀、水箱背压阀和气箱调压阀，用于调控各部件的压力大小；最下面是为岩芯试样注入围压的围压手摇泵和向水箱注入一定压力水的电动泵。

5.一种地下水封洞库岩体水封条件测试装置的试验方法，其特征在于：所述地下水封洞库岩体水封条件的测试装置包括机架和设在机架上的岩芯夹持器，所述岩芯夹持器上部通过上堵头连接有水箱，所述岩芯夹持器下部通过下堵头连接有气箱，所述水箱上设有注水口和上排水口，所述注水口连接供水的电动泵，所述上排水口连接背压阀以控制、稳定箱内水压，所述水箱上还设有可视窗；所述气箱设有四个连接口，其中两个连接口接到液位计中，用以测量试验时气箱内水位，另外两个连接口分别接入下排水口和注气口，注气口依次连接气体调压阀、气源装置，下排水口用于排出实验过程中多余的水，所述气箱内部还嵌有加压杆，加压杆通过加压螺杆连接气箱下方的加载电机，在实施剪切力作用时，加载电机带动加压杆使得位于岩芯夹持器体内的岩芯试样受剪部分发生匀速位移；所述上堵头中设有过水通道，以连通水箱与岩芯试样，所述下堵头中设有气、液体流动通道；操作步骤：

（1）岩芯试样制作及放置，制作规格为直径Φ=100mm，高度h=200mm的圆柱形岩体试样，在中轴线处含有裂隙，将其装入岩芯夹持器中，并固定装置；

（2）围压加载，利用围压手摇泵施加围压，先进行最小级的围压试验，直至预定的围压值并稳定该预定的围压值；

（3）水压力加载，将水源连接至电动泵，利用电动泵施加水压力，先进行最小级的水压力试验，并确保各级水压力均小于试验时的围压，通过注水口将水注入水箱中，直至预定的水压值后，通过水箱背压阀稳定水压；

（4）气压力加载，将气源打开，通过气源调压阀将高压气体转变为某恒压气体，把气体注入气箱，之后逐级提高气压力，若测试剪切位移-围压联合作用下的水封条件，则在施加气压力的同时施加剪切力，通过可视窗观察气泡冒出瞬间，记录相应的水压力、气压力、剪切力，即可得出相应的气体泄漏临界条件。