CN106507941B - 一种岩体在剪切滑动过程中耐高渗压的密封方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于高放废物地质处置研究领域和岩体渗流研究领域。具体公开一种岩体在剪切滑动过程中耐高渗压的密封方法。其将含水平破裂面的试验岩样沿破裂面劈开，岩样被分成上半部和下半部；在破裂面上圈画试验区和抛光区，将抛光区抛光，并在下半部的破裂面上的抛光区刻环形封闭槽；封闭槽内装O-型密封圈，通过O-型密封圈与抛光表面紧密接触达到密封的目的。本发明解决了水平投影面积大于0.01m²的各种岩体的剪切应力-渗流耦合试验中的密封难题，耐渗透压强达到5MPa。

Description

一种岩体在剪切滑动过程中耐高渗压的密封方法

技术领域

本发明属于高放废物地质处置研究领域和岩体渗流研究领域，涉及岩体渗流机理室内试验研究，具体涉及一种岩体在剪切滑动过程中耐高渗压的密封方法。

背景技术

在大坝渗流、边坡稳定性评价等实际工程中，岩体在剪切应力作用下滑动过程中的渗透机理与特征是岩体渗流研究的关键科学问题之一，国内外都开展了大量的试验研究。在进行应力-渗流耦合试验过程中，由于剪切应力作用下岩体沿破裂面会产生错动的原因，原有的密封系统被破坏，导致液体从破裂面渗出。因此，试验过程中如何确保在滑动过程中液体不从破裂面渗出是剪切应力-渗流耦合试验需要攻克的关键技术难题。

虽然国内外有关学者开发了剪切盒并在此领域进行了剪切应力-渗流耦合作用研究取得了初步成果，剪切盒如图5所示。但是剪切盒技术存在的主要缺陷是：1)将样品包裹在剪切盒中的做法限制了样品的破裂面的自由滑动；2)试验样品尺度较小(最大为几十毫米)；3)渗透压力较小(小于2bar)。由于当前缺乏适用于大尺度试验样品剪切应力-渗流耦合试验研究的密封技术，致使在此领域的研究进展缓慢。

发明内容

本发明的目的是开发一种能在剪切应力作用下岩体滑动过程中耐高渗透压力的密封方法，解决室内开展大尺度岩体剪切-渗流耦合试验中的密封难题。

实现本发明目的的技术方案：一种岩体在剪切滑动过程中耐高渗压的密封方法，所述的试验岩样含有水平破裂面；该方法包括如下步骤：

(a)在试验岩样四个侧面上跨破裂面做明显的、不易擦除的对准标记；将试验岩样沿水平破裂面分开成上下两部分，即岩样上半部和岩样下半部；

(b)用笔在岩样上半部和岩样下半部的破裂面上圈画闭合轮廓线，闭合轮廓线将破裂面分为试验区和抛光区，即闭合轮廓线内部为试验区，闭合轮廓线外部为抛光区；

(c)用表面抛光机将岩样上半部和岩样下半部的抛光区抛光；

(d)用刻刀在岩样下半部的破裂面上的抛光区雕刻环形槽，环形槽位于闭合轮廓线的外围，环形槽宽度与深度根据O-型密封圈的尺寸确定；将O-型密封圈固定在环形槽内；

(e)以岩样上半部和岩样下半部的对准标记为准将岩样上半部和岩样下半部叠合恢复原样，至此试验岩样破裂面得到有效密封。

如上所述的一种岩体在剪切滑动过程中耐高渗压的密封方法，其所述的步骤(c)中确定试验区的位置和面积的方法是：试验区的中心点与破裂面的中心点重合；垂直于滑动方向，岩样上半部的试验区的最大宽度小于等于岩样下半部的试验区的宽度。

如上所述的一种岩体在剪切滑动过程中耐高渗压的密封方法，其设定滑动距离为L；岩样上半部(3)的闭合轮廓线(6)上下左右端点分别为B1、D1、C1、A1；岩样下半部(4)的闭合轮廓线(6)上下左右端点分别为B2、D2、C2、A2；岩样上半部(3)上A1点至抛光区最右边的距离为a1，B1点至抛光区最上边的距离为b1，C1点至抛光区最左边的距离为c1，D1点至抛光区最下边的距离为d1；岩样下半部(4)上A2点至抛光区最右边的距离为a2，B2点至抛光区最上边的距离为b2，C2点至抛光区最左边的距离为c2，D2点至抛光区最下边的距离为d2；岩样上半部(3)试验区与岩样下半部(4)试验区的大小满足下式：b2≥b1，d2≥d1，a1-a2≥L，c1-c2≥L。

如上所述的一种岩体在剪切滑动过程中耐高渗压的密封方法，其所述的步骤(d)中用表面抛光机将岩样上半部和岩样下半部的抛光区抛光，其表面粗糙度小于等于6.3。

如上所述的一种岩体在剪切滑动过程中耐高渗压的密封方法，其所述的步骤(5)中用刻刀雕刻的环形槽的内壁表面粗糙度小于等于6.3。

如上所述的一种岩体在剪切滑动过程中耐高渗压的密封方法，其所述的试验岩样的水平投影面积大于0.01m²，试验岩样的长度和宽度大于1000mm。

如上所述的一种岩体在剪切滑动过程中耐高渗压的密封方法，其所述的环形槽的槽深度在3mm～9mm、槽宽度在4mm～10mm。

本发明的效果在于：由于缺乏可靠有效的密封方法，现有模拟深部环境(如深度超过300米)剪切应力作用下大尺度岩体的渗流机理研究无法开展。采用本发明方法，在滑动破裂面上安装O-型密封圈，通过O-型密封圈与光滑表面紧密接触达到密封的目的，同时不影响岩体沿破裂面的滑动。采用本发明的方法在开展剪切应力-渗流耦合试验过程中可以极大的提高耐渗透压能力，解决了水平投影面积大于0.01m²，尤其是解决了长度和宽度大于1000mm的岩样剪切试验过程中的密封难题。采用本发明方法，能耐高渗压，达到5MPa，解决了模拟深度达到500m的深部地质环境渗透剪切试验中的密封难题。

附图说明

图1为试验岩样准备和做标记的示意图；

图2为破裂面上试验区和抛光区的位置和大小的示意图；

图3为破裂面上环形槽的位置及形状示意图。

图4为岩样上半部和岩样下半部叠合复原的示意图。

图5为现有剪切盒示意图。

图中：1.含水平破裂面的试验岩样；2.破裂面；3.岩样上半部；4.岩样下半部；5.对准标记；6.闭合轮廓线；7.试验区；8.抛光区；9.环形槽；10.O-型密封圈；A1.上半部破裂面上的试验区最右端；A2.下半部破裂面上的试验区最右端；B1.上半部破裂面上的试验区最上端；B2.下半部破裂面上的试验区最上端；C1.上半部破裂面上的试验区最左端；C2.下半部破裂面上的试验区最左端；D1.上半部破裂面上的试验区最下端；D2.下半部破裂面上的试验区最下端；F.滑动方向。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明所提供的一种岩体在剪切滑动过程中耐高渗压的密封方法作进一步说明：

本发明所述的一种岩体在剪切滑动过程中耐高渗压的密封方法步骤如下：

(a)如图1所示，从野外采集的长方体型试验岩样1(长宽高分别为1.1m×0.9m×0.5m)含有水平破裂面2。试验岩样1在劈开前，在四个侧面上跨破裂面2做明显的、不易擦除的对准标记5，以便于试验岩样1被劈开后能使岩样上下两部分叠合恢复原样。将试验岩样1沿水平破裂面2分开成上下两部分，即岩样上半部3、岩样下半部4。

(b)如图2所示，用油性笔在岩样上半部3和岩样下半部4的破裂面2上分别圈画闭合轮廓线6，闭合轮廓线6将破裂面2分为试验区7和抛光区8，即闭合轮廓线6内部为试验区7，闭合轮廓线6外部为抛光区8。试验区7的中心与破裂面2的中心重合。

(c)设定滑动距离为L，滑动方向为F；岩样上半部3的闭合轮廓线6上下左右端点分别为B1、D1、C1、A1；岩样下半部4的闭合轮廓线6上下左右端点分别为B2、D2、C2、A2；

岩样上半部3上A1点至抛光区最右边的距离为a1，B1点至抛光区最上边的距离为b1，C1点至抛光区最左边的距离为c1，D1点至抛光区最下边的距离为d1；

岩样下半部4上A2点至抛光区最右边的距离为a2，B2点至抛光区最上边的距离为b2，C2点至抛光区最左边的距离为c2，D2点至抛光区最下边的距离为d2；

岩样上半部3试验区与岩样下半部4试验区的大小满足下式：b2≥b1，d2≥d1，a1-a2≥L，c1-c2≥L。

(d)如图3所示，用表面抛光机(现有常规装置)将岩样上半部3和岩样下半部4的抛光区8抛光，其表面粗糙度小于等于6.3。用刻刀在岩样下半部4的破裂面2上抛光区8雕刻环形槽9，环形槽9位于闭合轮廓线6的外围，其宽度与深度根据O-型密封圈10的尺寸确定(例如：环形槽的槽深度在6mm、槽宽度在8mm)，环形槽的内壁表面粗糙度小于等于6.3；将O-型密封圈10固定在环形槽9内。

(e)如图4所示，以岩样上半部3和岩样下半部4的对准标记5为准将岩样上半部3和岩样下半部4叠合恢复原样，至此试验岩样破裂面得到很好密封，可以开展后续的剪切试验。

本发明中环形槽的槽深度可在3mm～9mm、槽宽度可在4mm～10mm。

本发明通过O-型密封圈10与抛光表面紧密接触达到密封的目的，同时不影响岩体沿破裂面的滑动；适用试验岩样的水平投影面积可以大于0.01m²，尤其是解决了长度和宽度大于1000mm的岩样剪切试验过程中的密封难题。本发明能耐高渗压，达到5MPa，解决了模拟深度达到500m的深部地质环境渗透剪切试验中的密封难题。

Claims (7)

1.一种岩体在剪切滑动过程中耐高渗压的密封方法，所述的试验岩样(1)含有水平破裂面(2)；其特征在于：该方法包括如下步骤：

(a)在试验岩样(1)四个侧面上跨水平破裂面(2)做明显的、不易擦除的对准标记(5)；将试验岩样(1)沿水平破裂面(2)分开成上下两部分，即岩样上半部(3)和岩样下半部(4)；

(b)用笔在岩样上半部(3)和岩样下半部(4)的水平破裂面(2)上圈画闭合轮廓线(6)，闭合轮廓线(6)将水平破裂面(2)分为试验区(7)和抛光区(8)，即闭合轮廓线(6)内部为试验区(7)，闭合轮廓线(6)外部为抛光区(8)；

(c)用表面抛光机将岩样上半部(3)和岩样下半部(4)的抛光区(8)抛光；

(d)用刻刀在岩样下半部(4)的水平破裂面(2)上的抛光区(8)雕刻环形槽(9)，环形槽(9)位于闭合轮廓线(6)的外围，环形槽(9)宽度与深度根据O-型密封圈(10)的尺寸确定；将O-型密封圈(10)固定在环形槽(9)内；

(e)以岩样上半部(3)和岩样下半部(4)的对准标记(5)为准将岩样上半部(3)和岩样下半部(4)叠合恢复原样，至此试验岩样水平破裂面得到有效密封。

2.根据权利要求1所述的一种岩体在剪切滑动过程中耐高渗压的密封方法，其特征在于：所述的步骤(b)中确定试验区(7)的位置和面积的方法是：试验区(7)的中心点与水平破裂面(2)的中心点重合；垂直于滑动方向，岩样上半部(3)的试验区(7)的最大宽度小于等于岩样下半部(4)的试验区(7)的宽度。

3.根据权利要求2所述的一种岩体在剪切滑动过程中耐高渗压的密封方法，其特征在于：

设定滑动距离为L；岩样上半部(3)的闭合轮廓线(6)上下左右端点分别为B1、D1、C1、A1；岩样下半部(4)的闭合轮廓线(6)上下左右端点分别为B2、D2、C2、A2；

岩样上半部(3)上A1点至抛光区最右边的距离为a1，B1点至抛光区最上边的距离为b1，C1点至抛光区最左边的距离为c1，D1点至抛光区最下边的距离为d1；

岩样下半部(4)上A2点至抛光区最右边的距离为a2，B2点至抛光区最上边的距离为b2，C2点至抛光区最左边的距离为c2，D2点至抛光区最下边的距离为d2；

岩样上半部(3)试验区与岩样下半部(4)试验区的大小满足下式：b2≥b1，d2≥d1，a1-a2≥L，c1-c2≥L。

4.根据权利要求1或2或3所述的一种岩体在剪切滑动过程中耐高渗压的密封方法，其特征在于：所述的步骤(c)中用表面抛光机将岩样上半部(3)和岩样下半部(4)的抛光区(8)抛光，其表面粗糙度小于等于6.3。

5.根据权利要求1或2或3所述的一种岩体在剪切滑动过程中耐高渗压的密封方法，其特征在于：所述的步骤(d)中用刻刀雕刻的环形槽(9)的内壁表面粗糙度小于等于6.3。

6.根据权利要求1或2或3所述的一种岩体在剪切滑动过程中耐高渗压的密封方法，其特征在于：所述的试验岩样(1)的水平投影面积大于0.01m²，试验岩样(1)的长度和宽度大于1000mm。

7.根据权利要求1或2或3所述的一种岩体在剪切滑动过程中耐高渗压的密封方法，其特征在于：所述的环形槽(9)的槽深度在3mm～9mm、槽宽度在4mm～10mm。