CN103969159B - 一种随机分布三维裂隙网络中裂隙的测定方法 - Google Patents

Abstract

一种随机分布三维裂隙网络中裂隙的测定装置和方法，属于岩土施工技术领域。首先选取在裂纹交汇处测量Y型或X型，然后钻了微型口插入橡胶管，在橡胶管的末端与之连接的是个半圆形槽，保证它们连接处的密封性，随后在半个圆形槽里放入压力传感器，测得数值，最后根据公式求得流速。通过实验，分析总结得出它的流速普遍规律性，推导出渗透水压力作用的裂隙岩体本构关系方程。本发明克服现有技术的空缺，提供一种简单易行、成本低的随机分布三维裂隙网络中裂隙压力的测定方法。此发明能够解决在随机分布三维裂隙网络中的裂隙空间狭小的问题，使裂隙网络渗流研究与工程应用的可行性显著提高。

Description

一种随机分布三维裂隙网络中裂隙的测定方法

技术领域

本发明涉及一种随机分布三维裂隙网络中裂隙的测定装置和方法，它跨越测绘、岩土工程领域。

背景技术

岩体是富含裂隙的复杂介质，又处于复杂的地应力和地下水环境作用下，受到应力以及水的物理和化学的复杂作用，对于岩体的力学行为和稳定性造成很大的影响。众所周知，由不同产状的裂隙构成的裂隙网络形成了地下水及溶质和地下油气资源在裂隙化岩体中运移的主要甚至唯一通道。裂隙化岩体广泛存在于地表浅层，是主要的地下流体渗透介质之一，同时裂隙岩体内部富含各种缺陷，包括微裂纹、孔隙以及节理裂隙等宏观非连续面,而且它是不连续、多相、各向异性的材料。这些存在的缺陷不但大大地改变了岩体的力学性质，也严重影响着岩体的渗透特性，故裂隙岩体具有复杂的力学特性和渗透特性。

自然界中的裂隙错综复杂，长短不一，在矿山开采、水利水电、隧道、边坡加固等岩土工程中，节理裂隙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。国内外主要集中在单裂隙的渗流特性研究，关于多裂隙或复杂裂隙的实验研究比较少，我国张玉卓研究了具有4条不同角度裂隙的试样,在不同应力状态下，裂隙的渗流特性。刘亚晨等通过单、正交裂隙研究了高温、高压下的裂隙岩体渗透特性，而对于裂隙网络的研究或实验更是进展缓慢。

目前，国内关于随机裂缝的研究还较少，主要由于实验设备和裂缝的不确定性对获取岩石试件裂缝具有一定的困难，大多采用人工劈裂或多块碎裂岩块组合形成完整岩石的方式，这种方式适用于单一裂缝，对形成的复杂裂缝不足以反映岩石内部裂隙的真实状况。即使室内试验进行含有裂隙的岩体试验，也仅仅限于单条或者两条的离散裂隙，而对于随机分布三维裂隙网络中裂隙的测定，考虑其裂缝小而传统的微型压力传感器并不能达到测量的要求。因此针对这种复杂裂缝情况的流速测定给出具体的方法是十分必要的。

发明内容

一般随机获取试块的裂隙网络裂缝宽度小，普通传感器无法安放在裂缝处测得实际压力，本发明模拟实际岩石裂缝的现实情况，提供随机分布三维裂隙网络中裂隙的测定装置测定压力，通过所得压力推导该裂缝处的流速。本发明的技术解决问题是：克服现有技术的空缺，提供一种简单易行、成本低的随机分布三维裂隙网络中裂隙压力的测定方法。此发明能够解决在随机分布三维裂隙网络中的裂隙空间狭小的问题，使裂隙网络渗流研究与工程应用的可行性显著提高。

一种随机分布三维裂隙网络中裂隙的测定装置，包括以下内容：

所述测定装置包括橡胶管、圆形槽、微型压力传感器；在岩石板块的侧面钻了微型孔连接到裂缝交叉处，所述微型口的直径是0.6-1cm；在微型孔插入橡胶管，在橡胶管的末端与橡胶管连接的是个圆形槽，在橡胶管与裂隙的接触处用防水胶密封好，防止漏水。在测压力的时候，水会流向整个裂隙网络，通过橡胶管，圆形槽和整个裂隙网络的压强是相同的，随后分别在圆形槽里放入微型压力传感器，测得数值。

一种随机分布三维裂隙网络中裂隙的测定方法，包括如下步骤:

S1选取试件材料与尺寸；该试件材料为青石板，设计制作尺寸长、宽为10-80cm，厚为0.8-2cm的矩形试件；

S2雕刻平面裂隙网络；雕刻机通过电脑随机生成的裂缝进行雕刻裂隙网络。把步骤S1选取好的试件放在雕刻机床上，预设的裂缝刻成0.5-3mm的裂缝。把试件放在实验仪器上进行实验，该实验仪器上配置有注水口和出水口，注水口处与水泵连接，打开水泵使水贯通整个裂隙网络；

S3裂隙网络中，测量每条裂隙的流速时，裂隙交叉如Y型或X型，选取在代表性位置即交汇处测量，在岩石板块的侧面钻个微型孔连接到裂缝交叉处，其直径是0.6-1cm。

S4在步骤S3中所形成的微型孔插入橡胶管，在橡胶管的末端与一个圆形槽连接，橡胶管与裂隙的接触处用防水胶密封，防止漏水。

S5在测压力的时候，水会流向整个裂隙网络，通过橡胶管，圆形槽和整个裂隙网络的压强是相同的，随后分别在圆形槽里放入微型压力传感器，测得数值，得到两个圆形槽中水的压强分别为p₁、p₂。

S6得到p₁、p₂，根据公式可求得流速v。

式中：v为水的流速；k为渗透力的量度；i为水力坡度；△p为压强增量；g为重力加速度。

该发明具有以下优点：

1、由于裂隙分布的复杂性，要直接测得内部每条裂缝的压力值p，满足现有的小又精确地仪器还没有，所以针对现有条件，解决的在随机分布三维裂隙网络中的裂隙空间狭小的问题，我们可选取裂缝代表性的地方测压力，如两条裂缝的交叉处。

2、实验获得的水压信息方便自动实时采集，并整理保存。通过实验，分析总结得出它的流速普遍规律性，推导出渗透水压力作用的裂隙岩体本构关系方程。

3、采用廉价易得的原材料，材料易加工制作。

附图说明

图1测交叉裂隙处装置详细示意图。

1为橡胶管 2为圆形槽 3为微型压力传感器

具体实施方式

使用该装置的准备工作：1、取试件材料与尺寸；该试件材料为青石板，设计制作尺寸长、宽为10-80cm，厚为0.8-2cm的矩形试件；2、刻平面裂隙网络；雕刻机通过电脑随机生成的裂缝进行雕刻裂隙网络。把步骤S1选取好的试件放在雕刻机床上，预设的裂缝刻成0.5-3mm的裂缝。把试件放在实验仪器上进行实验，该实验仪器上配置有注水口和出水口，注水口处与水泵连接，打开水泵使水贯通整个裂隙网络，并设对含有裂隙网络的青石板竖向施加的力为p。

具体实施工作步骤如下：

1、裂隙网络中，测量每条裂隙的流速时，裂隙交叉如Y型或X型，选取在交汇处测量，在岩石板块的侧面钻了微型口连接到裂缝交叉处，其直径是0.6-1cm。

2、在微型孔插入橡胶管，在橡胶管的末端与之连接的是个圆形槽，在橡胶与裂隙的接触处要用防水胶密封好，防止漏水。

3、在测压力的时候，水会流向整个裂隙网络，通过橡胶管，圆形槽和整个裂隙网络的压强是相同的，随后分别在圆形槽里放入微型压力传感器，测得数值，得到p₁、p₂。

4、得到p₁、p₂，根据公式可求得流速(v)。由于裂隙网络的复杂性，每条裂隙的流速是不相同的。通过实验，分析总结得出它的流速普遍规律性，推导出渗透水压力作用的裂隙岩体本构关系方程。

Claims (1)

1.一种随机分布三维裂隙网络中裂隙的测定方法，其特征在于：其包括如下步骤:

S1选取试件材料与尺寸；该试件材料为青石板，设计制作尺寸长、宽为10cm-80cm，厚为0.8cm-2cm的矩形试件；

S2雕刻平面裂隙网络；雕刻机通过电脑随机生成的裂缝进行雕刻裂隙网络；把步骤S1选取好的试件放在雕刻机床上，预设的裂缝刻成0.5mm-3mm的裂缝；把试件放在实验仪器上进行实验，该实验仪器上配置有注水口和出水口，注水口处与水泵连接，打开水泵使水贯通整个裂隙网络；

S3裂隙网络中，测量每条裂隙的流速时，裂隙交叉为Y型或X型，选取在代表性位置即交汇处测量，在青石板块的侧面钻个微型孔连接到裂缝交叉处，其直径是0.6cm-1cm；

S4在步骤S3中所形成的微型孔插入橡胶管，在橡胶管的末端与一个圆形槽连接，橡胶管与裂隙的接触处用防水胶密封，防止漏水；

S5在测压力的时候，水会流向整个裂隙网络，通过橡胶管，圆形槽和测压力处裂隙网络的压强是相同的，随后分别在两个圆形槽里放入微型压力传感器，测得数值，得到两个圆形槽中水的压强分别为p₁、p₂；

S6得到p₁、p₂，根据公式可求得流速v；

$v=ki=k\frac{\mathrm{\Δ}p}{\mathrm{\ρ}gL}$

式中：v为水的流速；k为渗透力的量度；i为水力坡度；△p为压强增量；g为重力加速度；ρ为水的密度。