CN105547863B - 多向送样组件及应用其的二维岩石试样渗流试验装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种双向送样组件及应用其的二维岩石试样渗流试验装置。该双向送样组件包括：底架本体，在其中间位置的上方具有试验区域，在试验区域所在平面上还具有至少两进样区域‑第一进样区域和第二进样区域；送样转台，设置于试验区域上方，其可绕试验区域中心的一转轴旋转，该送样转台上具有公共滑轨；第一滑轨，设置于第一进样区域和试验区域之间；第二滑轨，设置于第二进样区域和试验区域之间；其中，所述公共滑轨可以第一滑轨或第二滑轨拼接为完整的送样滑轨。本发明通过上述特殊设计的双向送样组件实现了两个方向上试验区域的送样。
Description
技术领域
本发明涉及岩土工程测量仪器领域，尤其涉及一种多向送样组件及应用其的二维岩石试样渗流试验装置。
背景技术
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。
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。
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：
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。
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。
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0及故障自诊断。
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。
剪切盒内部尺寸为200mm(水渗透方向)×100mm(渗透宽度)×100mm(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。
在实现本发明的过程中，申请人发现现有的岩石试样渗流试验装置加压和通水两部分是分开设置的，导致管路设计非常混乱，并且，在岩石试样上同一方向不同位置水压施加不均匀，影响试验结果的准确性。
在实现本发明的过程中，申请人发现裂隙网络渗流和单一固定裂隙剪切渗流两种试验有一定的相似性，但现有同类试验装置只能实现其中一种试验功能。如果单独设计两种试验装置或导致成本增大及使用不方便。
此外，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
(一)要解决的技术问题
鉴于上述技术问题，本发明提供了一种多向送样组件及应用其的二维岩石试样渗流试验装置，以简化加压和通水的结构设计。
(二)技术方案
根据本发明的一个方面，提供了一种多向送样组件。该多向送样组件包括：底架10。该底架10包括：底架本体15，在其中间位置的上方具有试验区域，在试验区域所在平面上具有至少两进样区域-第一进样区域和第二进样区域；送样转台13，设置于试验区域上方，其可绕试验区域中心的一转轴旋转，该送样转台上具有公共滑轨14；第一滑轨11，设置于第一进样区域和试验区域之间；第二滑轨12，设置于第二进样区域和试验区域之间；其中，所述公共滑轨14、第一滑轨11和第二滑轨13为同规格的滑轨，所述送样转台13处于以下两状态其中之一：第一状态：送样转台13转动至使公共滑轨14对准第一滑轨11的位置，使第一滑轨11和公共滑轨14组成完整的送样滑轨；第二状态：送样转台13转动至使公共滑轨14对准第二滑轨12的位置，使第二滑轨12和公共滑轨14组成完整的送样滑轨。
根据本发明的另一个方面，还提供了一种二维岩石试样渗流试验装置。该二维岩石试样渗流试验装置包括：上述的多向送样组件；密封机构20，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23a～23d；纵向加载机构，固定于所述底架10的试验区域的上方，整体为可升降结构；侧向加载机构，固定于底架10的试验区域的上方，其整体为可升降结构，与所述纵向加载机构相互错开；其中，在运送所述二维岩石试样时，所述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试验区域后，所述纵向加载机构和侧向加载机构落下，分别对运送至试验区域的二维岩石试样施加纵向和侧向力。
(三)有益效果
从上述技术方案可以看出，本发明多向送样组件及应用其的二维岩石试样渗流试验装置具有以下有益效果：
(1)实现了两个方向的送样，其中一个方向实现裂隙网络渗流试验的送样，另一个方向实现单一固定裂隙剪切-渗流试验的送样，在一台试验设备上实现上述两种试验功能的切换，极大的方便了用户的使用；
(2)通过将上述岩石试样平面放置保证其稳定性；通过施力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；
(3)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-渗流耦合试验装置的空白；
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。
附图说明
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；
图2为根据本发明实施例二维岩石试样渗流试验装置的结构示意图；
图3A为图2所示二维岩石试样渗流试验装置的双向送样组件中公共滑轨与第一滑轨对其的示意图；
图3B为图2所示二维岩石试样渗流试验装置的双向送样组件中公共滑轨与第二滑轨对其的示意图；
图4为图2所示二维岩石试样渗流试验装置中纵向加载机构的示意图；
图5A为图2所示二维岩石试样渗流试验装置中双向送样组件与侧向加载机构的示意图；
图5B为图2所示二维岩石试样渗流试验装置中双向送样组件与侧向加载机构的上视图；
图6为图2所示二维岩石试样渗流试验装置中二维岩石试样的受力示意图；
图7为图2所示二维岩石试样渗流试验装置中X向施力机构头部第一加压通水板的示意图。
【主要元件】
A-二维岩石试样；
10-底架；
11-第一滑轨； 12-第二滑轨；
13-送样转台； 14-公共滑轨
15-底架本体；
20-密封机构；
21、22-纵向密封垫； 23-侧向密封环；
23a～23d-透水区域；
31-第一岩石试样底座； 32-第二岩石试样底座；
40-纵向加载机构；
41-立柱； 42-电机安装板；
43-第一纵向升降电机； 44-双层加载框架；
44a-上加载板； 44b-下加载板；
45-钢化玻璃板；
50-侧向加载机构；
51-第二纵向升降电机； 52-反力框架；
53-X向施力机构； 56-Y向施力机构；
53a-第一加压通水板； 53b-第二加压通水板；
56a-第三加压通水板； 56b-第四加压通水板。
具体实施方式
本发明通过特殊设计的双向送样组件实现了两个方向的送样，在一个方向实现裂隙网络渗流试验的送样，另一个方向实现单一固定裂隙剪切-渗流试验的送样，在一台试验设备上实现上述两种试验功能的切换，极大的方便了用户的使用。基于此开发制作一种可以模拟岩石试样在应力场和水流场共同作用下机理特性的试验系统，可以适用于岩石裂隙在应力场和水流场共同作用下的破坏机理试验研究。
需要说明的是，在下文的实施例中双向送样组件作为二维岩石试样裂隙网络渗流试验装置进行说明。当然，在本发明其他实施例中，该双向送样组件还可以单独使用或者作为其他设备的附属机构。
在本发明的一个示例性实施例中，提供了一种二维岩石试样渗流试验装置。图2为根据本发明实施例二维岩石试样渗流试验装置的结构示意图。图6为图2所示二维岩石试样渗流试验装置中二维岩石试样的受力示意图。如图2和图6所示，本实施例二维岩石试样渗流试验装置包括：
底架10，其上方分为进样区域和试验区域，在该进样区域和试验区域之间具有滑轨(11、12)；
密封机构20，用于密封二维岩石试样，在该密封机构的四个侧面上分别开设透水区域23a～23d；
两岩石试样底座，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试验区域；
纵向加载机构，固定于底架10的试验区域的上方，整体为可升降结构，在运送二维岩石试样时，该纵向加载机构升起，在二维岩石试样被运送至试验区域后，该纵向加载机构落下，对运送至试验区域的二维岩石试样施加纵向压力；
侧向加载机构50，固定于底架10的试验区域的上方，其整体为可升降结构，与所述纵向加载机构错开，在运送二维岩石试样时，该侧向加载机构升起，在二维岩石试样被运送至试验区域后，该侧向加载机构落下，对运送至试验区域的二维岩石试样施加侧向压力；
渗流系统，用于通过侧向加载机构头部的加压通水板向密封机构内二维岩石试样的裂隙网络施加预设的渗透压力；同时收集渗出的水；以及
数据采集模块，用于对二维岩石试样在加压情况下的渗流参数进行采集和处理。
其中，密封机构20、侧向加载机构50和渗流系统组成一种新型的二维加压通水机构，各个组成部分的详细结构将在下文中详细说明。
以下对本实施例二维岩石试样渗流试验装置的各个组成部分进行详细说明。
请参照图2，底架10和第一岩石底座31、第二岩石底座32组成双向送样组件。其中，底架10包括底架本体15。该底架本体15呈“十”字型框架式构造。为了方便工作人员操作，该底架本体15具有一定的高度，并且在侧面安装有各类的电控机构。
在底架本体15中间位置上方具有一试验区域，该试验区域设置有送样转台13。该送样转台13可绕试验区域中心的与水平面垂直的一转轴旋转，并且该送样转台上具有一段公共滑轨14。
在该试验区域所在平面的间隔90°的两个方向上还具有两进样区域-第一进样区域和第二进样区域。其中第一进样区域与试验区域之间具有第一滑轨11、第二进样区域与试验区域之间具有第二滑轨12。通过送样转台13转动，公共滑轨14可以对准第一滑轨11或第二滑轨12，以组成一段完整的送样滑轨。
本实施例中，在第一滑轨11和第二滑轨12上分别具有第一岩石试样底座31和第二岩石试样底座32。其中，第一岩石试样底座31用于加载具有裂隙网络的二维岩石试样，第二岩石试样底座32用于加载具有单一固定裂隙的二维岩石试样。
如图3A所示，在需要加载具有裂隙网络的二维岩石试样时，将该二维岩石试样放置于第一岩石试样底座31，转动送样转台13，使公共滑轨14与第一滑轨11对齐，两者组成一段完整的送样滑轨，手动或由其他驱动机构推动第一岩石试样底座31，从而将该二维岩石试样由第一进样区域送至试验区域。
如图3B所示，在需要加载具有单一固定裂隙的二维岩石试样时，将该二维岩石试样放置于第二岩石试样底座32，转动送样转台13，使公共滑轨14与第二滑轨12对齐，两者组成一段完整的送样滑轨，手动或由其他驱动机构推动第二岩石试样底座32，从而将该二维岩石试样由第二进样区域送至试验区域。
本实施例中，第一滑轨11、第二滑轨12和公共滑轨14均为相同规格的双道滑轨，即每一滑轨包含两条轨道。而在本发明其他实施例中，三者还可以为单道滑轨或三道滑轨，同样能够实现本发明。
本实施例中，以具有裂隙网络的方形二维岩石试样的渗流试验为例进行详细说明。至于单一固定裂隙的方形二维岩石试样的渗流试验与此类似，因此将仅对其与裂隙网络的区别进行阐述，特此说明。
如图6所示，本实施例中，试验对象为方形的青石板A，尺寸为：长500mm、宽500mm、厚10～20mm。该青石板上加工有裂隙网络，裂隙网络位置固定、由雕刻机刻穿，侧表面为自然粗糙、未经打磨。
关于该裂隙网络的形状、深度和雕刻工艺等，均可以由本领域技术人员合理选择，并不局限于本实施例所给出的形式。
由于试验时要保证水只沿着裂隙运动，所以需要对岩石试样六个侧面进行密封。密封机构20包括：纵向密封垫21、22，分别位于二维岩石试样的上部和下部，实现二维岩石试样A上、下表面的密封；侧向密封环23，呈“回”字形，其从四周将二维岩石试样A包围起来，实现二维岩石试样四个侧面的密封。在侧向密封环23的四条侧边上分别开设有透水区域23a～23d，如图6所示。
对于纵向密封垫21、22，其为透明PVC材质，方便观察在试验过程中二维岩石试样的状态以及渗水情况。对于侧向密封环23，其为聚氨酯材质，通过注塑工艺制作，可以承受较大的压力。该纵向密封垫21、22和侧向密封环23的组合，可以实现2MPa水的密封。
该纵向密封垫(21、22)与侧向密封环23之间可以连接为一体，也可以是分离设置。只要能将二维岩石试样A包围起来即可。由于纵向加载机构会在纵向施加压力，而下方底架会提供反力，从而即使纵向密封垫(21、22)与侧向密封环23之间没有连接，在压力的作用下，三者也会紧紧的贴附在一起，不会漏水。
图4为图2所示二维岩石试样渗流试验装置中纵向加载机构的示意图。请参照图2和图4，该纵向加载机构40包括：固定于底架试验区域上方的四根立柱41；固定于四根立柱顶部的电机安装板42；固定于电机安装板上方，并向下伸出输出螺纹杆的四台第一纵向升降电机43；双层加载框架44，其包括相对位置固定的上加载板44a和下加载板44b。
上加载板44a的四个边角位置开设有滑动孔，四根立柱穿过四个滑动孔，对该上加载板的上下滑动提供限位。上加载板44a在四台第一纵向升降电机的输出螺纹杆的对应位置开设有对应的螺纹孔，四台第一纵向升降电机的输出螺纹杆螺入对应的螺纹孔内。下加载板44b的下表面固定有钢化玻璃板45。在四台第一纵向升降电机被驱动的情况下，四根输出螺纹杆推动双层加载框架向下移动，由钢化玻璃板压住下方的二维岩石试样。
图5A为图2所示二维岩石试样渗流试验装置中侧向底架与侧向加载机构的示意图。图5B为图2所示二维岩石试样渗流试验装置中底架与侧向加载机构的上视图。请参照图2、图5A和图5B，侧向加载机构50包括：三台第二纵向升降电机51、反力框架52、X向施力机构53和Y向施力机构56。
三台第二纵向升降电机51的底部固定于底架10上。其中，两台第二纵向升降电机51位于施力机构53的同侧，一左一右；另一台第二纵向升降电机位于施力机构53的对侧。
反力框架52固定于三台第二纵向升降电机输出轴的上部，并且与纵向加载机构的四根立柱41错开。其中，反力框架52在该三台第二纵向升降电机输出螺纹杆的位置具有螺纹孔。三台第二纵向升降电机输出螺纹杆穿过反力框架52上相应的螺纹孔。在该三台第二纵向升降电机被驱动的情况下，该三台第二纵向升降电机的输出螺纹杆推动反力框架上升或者下降。在反力框架52位于下降状态时，反力框架13将位于试验区域的二维岩石试样A嵌合于其中。
需要说明的是，本实施例采用三台第二纵向升降电机51，而在本发明其他实施例中，还可以根据需要设置第二纵向升降电机的数量。一般情况下，至少需要两台第二纵向升降电机，分别设置在反力框架相对的两侧。
图6为图2所示二维岩石试样渗流试验装置中二维岩石试样的受力示意图。请参照图2和图6，X向施力机构53安装于反力框架52的正面，其通过前端的第一加压通水板53a向二维岩石试样施加X方向的挤压力，该挤压力的反力由反力框架相对另一面前端的第二加压通水板53b提供，从而对二维岩石试样在X方向进行挤压。Y向施力机构56安装于反力框架上反力框架52的侧面，其通过前端的第三加压通水板56a向二维岩石试样施加Y方向的挤压力，该挤压力的反力由反力框架相对另一面前端的第四加压通水板56b提供，从而对二维岩石试样在Y方向进行挤压。
其中，第一加压通水板53a和第三加压通水板56a具有进水管路，两者对准侧向密封环相应侧边上的透水区域，向密封于侧向密封环内侧的二维岩石试样加水。第二加压通水板53b和第四加压通水板56b具有出水管路，该出水管路同样对准侧向密封环相应侧边上的透水区域，以收集通过二维岩石试样上的裂隙网络渗过来的水。
本实施例中，Y向施力机构56在反力框架上的位置可调。需要注意的是，第三加压通水板56a与二维岩石试样整条边的长度相等。该第三加压通水板56a直接压住二维岩石试样的整条边，其并不随Y向施力机构56一起移动。
以下是进行两种渗流试验时的加压过程：
(1)当需要进行裂隙网络渗流试验时，该Y向施力机构前端的第三加压通水板56a压住二维岩石试样的中部，对二维岩石试样在Y方向进行挤压；
(2)当需要进行剪切-渗流试验时，Y向加载机构56移动至二维岩石试样的一侧(第三加压通水板56a不随Y向加载机构56一起移动)，顶住前端的第三加压通水板，通过该第三加压通水板56a向二维岩石试样施加Y方向的剪切力，该剪切力的反力由反力框架相对另一面前端的第四加压通水板56b提供，对二维岩石试样在Y方向进行剪切施压。
关于上述的剪切-渗流试验和裂隙网络渗流试验，本领域技术人员应当很清楚其实现方式，此处不再赘述。
图7为图2所示二维岩石试样渗流试验装置中X向施力机构头部第一加压通水板的示意图。如图7所示，该第一加压通水板53a的内侧开设有若干段的渗流槽，每一渗流槽与第一加压通水板上表面的一进水孔相连通。进水孔如图6中实线所示。在使用时，该若干段渗流槽对准侧向密封环相应侧边上的渗流槽，分别由相应的进水孔进水。
此处，设置多段的渗流槽，每一渗流槽对应一独立的进水孔是为了保证在二维岩石试样侧边的不同位置，均能收到相同的水压力。该多段的渗流槽分为位于不同水平面的两行，并且，相邻的渗流槽位于不同的水平面上，且不连通。这样做是位于保证二维岩石试样侧边的不同高度上，均有水流渗入。
本领域技术人员应当理解，可以根据需要设置渗流槽的段数以及在水平面上的位置，并且，侧向密封环侧边上的透水区域也可以分段。在要求不严格的情况下，也可以仅设置位于水平面上的一段渗流槽，但是在这种情况下在二维岩石试样同一侧边不同位置的水压将不太均匀，有可能影响试验结果。
第三加压通水板56a与第一加压通水板53a的结构相同。而第二加压通水板53b和第四加压通水板56b与第一加压通水板53a大体相同，区别仅在于，每一渗流槽与相应加压通水板下表面的一出水孔相连通，如图6中虚线所示。关于三者的工作过程此处不再详细说明。
通过该侧向加载机构，本实施例试验装置的侧向加载能力为100KN，渗透水压为2MPa。
渗流系统包括：供水加压系统和回水系统。供水加压系统包括：由步进电机驱动的水压控制器。水压控制器通过管路连接于第一加压通水板和第三加压通水板的上表面的进水孔。在二维岩石试样侧向力施加完成后，水压控制器通过进水孔向二维岩石试样的裂隙网络施加预设的渗透压力。回水系统包括集水槽。第二加压通水板和第四加压通水板的下表面的出水孔通过管路连接至该集水槽。集水槽内的水体可以排出；也可以通过外接水泵泵入水压控制器内，以循环使用。
数据采集模块用于对二维岩石试样在加压情况下的渗流参数(双向挤压力、水压力、以及渗流水体积)进行采集，其包括：两个称重传感器、一个水压力传感器以及两个流量计。其中，两个称重传感器量程均为100kN。分别被安装于X、Y向施力机构53、56与其前方的加压通水板之间，用于测量试验过程中施加于二维岩石试样的轴向压力。水压力传感器量程为2MPa，被安装于进水口的外侧，用于测量试验过程中入渗端的入渗水压力。流量计量程均为5ml/s，分别被安装于第二加压通水板和第四加压通水板出水孔的外侧，用于测量试验过程中沿裂隙网络在所在方向上渗出水流的流量。需要说明的是，由于二维岩石试样的内部裂隙相同，两个方向入渗水压是相同的，所以水压力传感器放在哪一端都行；而流量则分别在第二加压通水板和第四加压通水板两个方向测量。
需要说明的是，关于本实施例中第一纵向升降电机、第二纵向升降电机、X向施力机构和Y向施力机构，其均有相应的电控系统对其进行控制。而该电控系统采用的均是本领域常用的电控系统，此处不再详细说明。而数据采集模块中的传感器也是本领域内通用的传感器，本领域技术人员应当对其相当熟悉，此处不再详细说明。
在对本实施例二维岩石试样渗流试验装置的结构进行详细说明之后，以下对其工作原理进行说明：
(1)试样准备：用雕刻机在二维岩石试样上雕刻裂隙网络；
(2)进样：将二维岩石试样A上下安置纵向密封垫21、22，放置于岩石试样底座上，四周连接侧向密封环23，并使侧向密封环23内侧的透水区域对准裂隙网络；之后通过下部滑轨11整体推入试验区域。
(3)纵向定位：驱动四台第一纵向升降电机43，使双层加载框架44压紧钢化玻璃板45并进而压紧岩石试样。
(4)水平向定位：驱动四台第二纵向升降电极51，下降反力框架52与二维岩石试样完全嵌合；
(5)施压：在前后(正面→反面)的方向通过X向施力机构53施加X方向的挤压力，此X方向的挤压力的反力由反力框架52的另一侧提供；同时在左右(左侧→右侧)方向通过Y向施力机构56施加Y方向的挤压力，此Y方向的挤压力的反力由反力框架的另一侧提供。
(6)通水：水压控制器通过管路连接于第一加压通水板和第三加压通水板的上表面的进水孔。在岩石试样挤压力施加完成后，水压控制器通过该些进水孔向二维岩石试样裂隙网络的施加预设的渗透压力；同时在二维岩石试样裂隙的各自相对的另一端收集渗出水体并导入至集水槽；
(7)数据采集：由两个称重传感器分别采集试验过程中施加于岩石板X、Y方向的挤压力，水压力传感器采集入渗端的水压力，两个流量计用于分别采集沿着岩石板裂隙沿两个方向渗出的水体体积。
经过试验证明，本实施例二维岩石试样渗流试验装置可以顺利实现对二维岩石试样的加载，并进行渗流耦合试验，具有较强的实用性。
至此，已经结合附图对本实施例进行了详细描述。依据以上描述，本领域技术人员不仅应当对二维岩石试样渗流试验装置，并且应当对其中的双向送样组件有了清楚的认识。
需要说明的是，在附图或说明书正文中，未绘示或描述的实现方式，均为所属技术领域中普通技术人员所知的形式，并未进行详细说明。此外，上述对各元件和方法的定义并不仅限于实施例中提到的各种具体结构、形状或方式，本领域普通技术人员可对其进行简单地更改或替换，例如：
(1)上述实施例中，第一进样区域和第二进样区域之间的间隔为90°，但是本发明并不以此为限，两进样区域之间的间隔可以根据需要合理设定，例如设计为60、120均可，并且，还可以设置三个或四个进样区域，在这种情况下，还需要设置相应数目的滑轨，只要能够将送样转台转动至对准相应滑轨的位置实现送样，同时设计配套的侧向加载及反力框架机构，就可以实现本发明；
(2)侧向加载机构还可以采用对向加载来代替侧向反力框架结构；
(3)上述渗流出水口还可以采用水压控制器来替代管路直接排放；
(4)密封机构的进水口和出水口设置的位置等，还可以根据二维岩石试样上裂隙网络的位置进行调整，另外，裂隙网络的位置也不局限于二维岩石试样的正中；
(5)关于渗流系统和数据采集模块的结构和连接，本领域技术人员可以根据需要合理设置，并且可以采用市场上成型的相关产品；
(6)本文可提供包含特定值的参数的示范，但这些参数无需确切等于相应的值，而是可在可接受的误差容限或设计约束内近似于相应值；
(7)实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向，并非用来限制本发明的保护范围。
综上所述，本发明通过特殊设计的双向送样组件实现了两个方向的送样，在一个方向实现裂隙网络渗流试验的送样，另一个方向实现单一固定裂隙试验的送样，在一台试验设备上实现上述两种试验功能的切换，并基于此开发制作一种可以模拟岩石试样在应力场和水流场共同作用下机理特性的试验系统，其可以模拟岩石试样在应力场和水流场共同作用下机理特性的试验，同时适用于岩石裂隙在应力场和水流场共同作用下的破坏机理试验研究，具有较强的实用价值。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种二维岩石试样渗流试验装置，其特征在于，包括：
多向送样组件，包括：底架(10)；
该底架(10)包括：
底架本体(15)，在其中间位置的上方具有试验区域，在试验区域所在平面上还具有至少两进样区域-第一进样区域和第二进样区域；
送样转台(13)，设置于试验区域上方，其可绕试验区域中心的一转轴旋转，该送样转台上具有公共滑轨(14)；
第一滑轨(11)，设置于第一进样区域和试验区域之间；
第二滑轨(12)，设置于第二进样区域和试验区域之间；
其中，所述公共滑轨(14)、第一滑轨(11)和第二滑轨(13)为同规格的滑轨，所述送样转台(13)处于以下两状态其中之一：
第一状态：送样转台(13)转动至使公共滑轨(14)对准第一滑轨(11)的位置，使第一滑轨(11)和公共滑轨(14)组成完整的送样滑轨；
第二状态：送样转台(13)转动至使公共滑轨(14)对准第二滑轨(12)的位置，使第二滑轨(12)和公共滑轨(14)组成完整的送样滑轨；
所述第一滑轨(11)和第二滑轨(12)相互垂直；
还包括：
第一岩石试样底座(31)，其可沿第一滑轨(11)和公共滑轨(14)组成送样滑轨滑动，以将二维岩石试样由第一进样区域送至试验区域；
第二岩石试样底座(32)，其可沿第二滑轨(12)和公共滑轨(14)组成送样滑轨滑动，以将二维岩石试样由第二进样区域送至试验区域；
密封机构(20)，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(23a～23d)；
纵向加载机构，固定于所述底架(10)的试验区域的上方，整体为可升降结构；
侧向加载机构，固定于底架(10)的试验区域的上方，其整体为可升降结构，与所述纵向加载机构相互错开；
其中，在运送所述二维岩石试样时，所述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试验区域后，所述纵向加载机构和侧向加载机构落下，分别对运送至试验区域的二维岩石试样施加纵向和侧向力。
2.根据权利要求1所述的二维岩石试样渗流试验装置，其特征在于，所述二维岩石试样呈方形，所述密封机构(20)包括：
两纵向密封垫(21、22)，分别位于二维岩石试样的上部和下部，实现二维岩石试样的上、下表面的密封；
侧向密封环(23)，呈“回”字形，其从四周将二维岩石试样包围起来，实现二维岩石试样四个侧面的密封；
其中，在所述侧向密封环(23)的四条侧边上分别开设有透水区域(23a～23d)。
3.根据权利要求1所述的二维岩石试样渗流试验装置，其特征在于，所述纵向加载机构(40)包括
固定于底架试验区域上方的四根立柱(41)；
固定于所述四根立柱顶部的电机安装板(42)；
固定于所述电机安装板上方，并向下伸出输出螺纹杆的四台第一纵向升降电机(43)；以及
包括相对位置固定的上加载板(44a)和下加载板(44b)的双层加载框架(44)，所述下加载板(44b)的下表面固定有钢化玻璃板(45)；
其中，上加载板(44a)的四个边角位置开设有滑动孔，四根立柱穿过四个滑动孔，对该上加载板(44a)的上下滑动提供限位，上加载板(44a)在所述四台第一纵向升降电机的输出螺纹杆的对应位置开设有螺纹孔，所述四台第一纵向升降电机的输出螺纹杆螺入对应的螺纹孔内，在所述四台第一纵向升降电机被驱动的情况下，四根输出螺纹杆推动双层加载框架向下滑动，由钢化玻璃板(45)压住下方的二维岩石试样。
4.根据权利要求2所述的二维岩石试样渗流试验装置，其特征在于，所述侧向加载机构(50)包括：
反力框架，固定于所述底架(10)上方；
X向施力机构(53)，安装于反力框架(52)的正面，其向二维岩石试样施加X方向的压力，该压力的反力由反力框架相对另一面提供；以及
Y向施力机构(56)，安装于反力框架(52)的侧面，其向二维岩石试样施加Y方向的压力，该压力的反力由反力框架相对另一面提供；
其中，所述X向施力机构(53)和Y向施力机构(56)其中之一的施力机构在反力框架(52)上的位置可调：在第一状态下，该施力机构安装于反力框架(52)相应面的中间位置，其与反力框架(52)共同作用，对二维岩石试样施加挤压力；在第二状态下，该施力机构安装于反力框架(52)相应面的非中间位置的一侧，其与反力框架(52)共同作用，对二维岩石试样施加剪切力。
5.根据权利要求4所述的二维岩石试样渗流试验装置，其特征在于，还包括：
至少两台第二纵向升降电机(51)，其底部固定于底架(10)上；
其中，反力框架，固定于所述至少两台第二纵向升降电机(51)输出轴的上部，反力框架(52)在该至少两台第二纵向升降电机输出螺纹杆的位置具有螺纹孔，该至少两台第二纵向升降电机的输出螺纹杆穿过反力框架(52)上相应的螺纹孔，在该至少两台第二纵向升降电机被驱动的情况下，其输出螺纹杆推动所述反力框架上升或者下降，在下降状态下，该反力框架将位于试验区域的二维岩石试样嵌合于其中。
6.根据权利要求4所述的二维岩石试样渗流试验装置，其特征在于，所述侧向加载机构(50)还包括：第一加压通水板(53a)、第二加压通水板(53b)、第三加压通水板(56a)和第四加压通水板(56b)；
所述X向施力机构(53)通过前端的第一加压通水板(53a)向二维岩石试样施加X方向的压力，该压力的反力由反力框架相对另一面前端的第二加压通水板(53b)提供；
所述Y向施力机构(56)通过前端的第三加压通水板(56a)向二维岩石试样施加Y方向的压力，该压力的反力由反力框架相对另一面前端的第四加压通水板(56b)提供；
其中，所述第一加压通水板(53a)和第三加压通水板(56a)具有进水管路，两者对准侧向密封环相应侧边上的透水区域，向密封于侧向密封环内侧的二维岩石试样加水；所述第二加压通水板(53b)和第四加压通水板(56b)具有出水管路，该出水管路同样对准侧向密封环相应侧边上的透水区域，以收集通过二维岩石试样上的裂隙网络渗过来的水；
其中，所述的压力为挤压力或剪切力。
7.根据权利要求6所述的二维岩石试样渗流试验装置，其特征在于：
所述第一加压通水板(53a)的内侧开设有多段的渗流槽，每一渗流槽与第一加压通水板上表面的一进水孔相连通，在使用时，该至少一段渗流槽对准侧向密封环相应侧边上的透水区域，分别由相应的进水孔进水，其中，该多段的渗流槽分为位于不同水平面的两行，并且，相邻的渗流槽位于不同的水平面上且不连通；
所述第三加压通水板(56a)与所述第一加压通水板(53a)的结构相同，所述第二加压通水板(53b)和第四加压通水板(56b)与所述第一加压通水板(53a)的区别仅在于：每一渗流槽与相应加压通水板下表面的一出水孔相连通。
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