CN109596500B - 岩块单面承水压渗流模拟试验装置及试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种岩块单面承水压渗流模拟试验装置及试验方法，属于岩石力学试验技术领域。加压缸内设置活塞，活塞将加压缸的内腔分隔为气腔和水腔，加压缸上设置进气管、进水管和出水管，出水管上设置水压计和止水阀，支撑座的左侧设置水管接头，水管接头可拆卸连接出水管的末端，支撑座的右侧开设注水口，支撑座的右侧环绕注水口设置注水套管，注水套管的末端设置密封条，支撑座的右侧设置载物台，载物台上放置岩块试件，紧固组件可拆卸连接载物台以将岩块试件的一侧面紧密贴合注水套管末端的密封条。本发明的有益效果：在实验室内模拟岩土体、构筑物单面承水压渗流，更接近工程现场岩土体、构筑物单面承水压渗流现象，符合工程实际。

Description

岩块单面承水压渗流模拟试验装置及试验方法

技术领域

本发明涉及岩石力学试验技术领域，特别是涉及一种岩块单面承水压渗流模拟试验装置及试验方法。

背景技术

岩土工程中的水库堤坝、建筑工程中的挡水墙以及矿山中各类的防水煤柱都直接与水接触，且只有单一侧面(多为平面)与水接触。在水压的长期作用下，水分会通过接触面逐渐扩散到岩体或构筑物内部，即发生渗流现象。水的渗流一方面会软化岩土体，降低其强度；另一方面会导通岩土体中原有的裂隙，促进裂隙的扩展演化，导致岩体的失稳破坏。因此，如何科学地模拟承水压岩体的渗流现象，找到渗流对岩体强度的影响规律，是保障工程中单面受水压作用岩体及构筑物稳定的有效方法。

为在实验室内模拟岩土体、构筑物单面承水压渗流现象，已有学者研究设计了相关的渗流模拟试验装置。公告号为CN207263586U的中国专利文献记载了一种用于圆柱形试件渗流试验的单侧水压加载装置，该装置由壳体、闭锁装置、注水接口和密封条组成，通过闭锁装置固定岩块，通过密封条防止渗水，通过壳体注水。但是，工程中与水接触的岩土体或构筑物(如水库坝体，防水煤柱等)一般为多面体结构，通常受到水压作用出现渗流现象的接触面为多面体的某一个侧面，即水压和渗流的作用面为平面或近似平面。该专利文献记载的装置是模拟二分之一圆柱面上水的渗流作用，与工程实际不符。再者，该专利文献记载的装置中的壳体通过紧固闭锁装置来夹住圆柱体试件，而壳体开口处为半圆形，其对于圆柱试件所施加的夹紧力是非常小的，即无法保证壳体上的密封条与岩石试件的圆柱面紧密接触，极易出现漏水，导致单侧渗流试验的失败。

发明内容

本发明的目的在于提供一种岩块单面承水压渗流模拟试验装置及试验方法，解决在实验室内模拟岩土体、构筑物单面承水压渗流现象不符合工程实际的技术问题。

本发明提供一种岩块单面承水压渗流模拟试验装置，包括加压缸、渗流仓和紧固组件，加压缸内滑动连接有活塞，活塞将加压缸的内腔分隔为气腔和水腔，加压缸上设置有连通气腔的进气管，加压缸上设置有连通水腔的进水管和出水管，出水管上设置有水压计和止水阀，渗流仓包括支撑座、注水套管和载物台，支撑座的左侧设置有水管接头，水管接头可拆卸连接出水管的末端，支撑座的右侧开设有与水管接头连通的注水口，支撑座的右侧环绕注水口设置注水套管，注水套管的末端设置有密封条，支撑座的右侧且于注水套管的外侧设置有载物台，载物台的末端向右侧延伸，载物台的末端位于注水套管末端的右侧，载物台上放置岩块试件，紧固组件可拆卸连接载物台以将岩块试件的一侧面紧密贴合注水套管末端的密封条。

进一步的，所述载物台包括位于注水套管外侧的三块载物夹板，三块载物夹板依次连接构成上侧及右侧开口的槽状结构，三块载物夹板共同承载岩块试件。

进一步的，紧固组件包括紧固带、紧固螺栓和分别设置于前侧、后侧载物夹板上的外伸耳板，外伸耳板上开设有第一装配孔，紧固带的两端均开设有第二装配孔，紧固带的带体包裹岩块试件，紧固螺栓穿过第一装配孔、第二装配孔以装配连接紧固带和外伸耳板。

进一步的，紧固带的带体上设置有与岩块试件贴合的柔性垫层。

进一步的，所述紧固带呈“几”形。

进一步的，水管接头、支撑座、载物夹板、外伸耳板和注水套管五者一体成形。

进一步的，所述注水套管由环绕注水口布置的四块矩形板依次连接而成。

进一步的，出水管的末端设置外螺纹，水管接头内设置内螺纹，水管接头螺纹连接出水管的末端。

进一步的，所述密封条上涂抹有防水胶层。

本发明还提供一种岩块单面承水压渗流模拟试验方法，所述岩块单面承水压渗流模拟试验方法应用上述的岩块单面承水压渗流模拟试验装置，所述岩块单面承水压渗流模拟试验方法包括以下步骤：

步骤一、从工程现场渗流发生位置获取岩块，将岩块制备成长方体岩块试件；或者，在实验室内制作与工程现场构筑物渗流发生位置材料相同的长方体岩块试件；

步骤二、将岩块试件放置于载物台上，在注水套管末端的密封条上涂抹防水胶层，将岩块试件的一侧面(渗流面)紧密贴合注水套管末端的密封条，通过紧固带的带体包裹岩块试件，在紧固带的带体与岩块试件之间放置柔性垫层，通过紧固螺栓紧固连接紧固带和外伸耳板；

步骤三、关闭出水管上的止水阀，通过进水管向加压缸的水腔注入适量水并封闭进水管，待防水胶层晾干后开启止水阀；

步骤四、将加压缸上的进气管连接高压气源，高压气源通过进气管向加压缸的气腔充入高压气体，高压气体推动活塞向水腔侧移动以对水腔、出水管及注水套管内的水加压，通过水压计观察水压持续增大达到预定值，水开始渗流作用岩块试件；

步骤五、渗流作用达到设定时间，完成对岩块试件的渗流作用，关闭高压气源，活塞向气腔侧移动，水腔、出水管及注水套管内水压降低，关闭出水管上的止水阀，将完成渗流作用的岩块试件取下以用于后续测试。

与现有技术相比，本发明的岩块单面承水压渗流模拟试验装置及试验方法具有以下特点和优点：本发明的岩块单面承水压渗流模拟试验装置及试验方法，其在实验室内模拟岩土体、构筑物单面承水压渗流，更接近工程现场岩土体、构筑物单面承水压渗流现象，符合工程实际；通过气动加压推动活塞进而给岩块试件施加不同等级的水压，操作简单；装置结构简单，装置加工制作简单；渗流仓与加压缸的出水管可拆卸连接，可根据需要拆卸，渗流仓也可根据所要研究岩块试件的尺寸来设计，进而可进行多种尺寸试件的多(变)水压单面渗流模拟试验；可以更有效的提高岩土体(构筑物)试件单面渗流时的密封性，确保单面渗流的成功率。

结合附图阅读本发明的具体实施方式后，本发明的特点和优点将变得更加清楚。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例岩块单面承水压渗流模拟试验装置的结构示意图；

图2为图1的A-A剖面图；

图3为本发明实施例岩块单面承水压渗流模拟试验装置中渗流仓的结构示意图；

图4为图3的B-B剖面图；

图5为岩块试件的立体图；

其中，

1、进气管，2、活塞，3、加压缸，4、进水管，5、出水管，6、止水阀，7、水压计，8、水管接头，9、注水套管，10、载物台，11、外伸耳板，12、紧固螺栓，13、紧固带，14、柔性垫层，15、岩块试件，16、防水胶层，17、密封条，18、水，19、支撑座。

具体实施方式

如图1至图5所示，本实施例提供一种岩块单面承水压渗流模拟试验装置和一种岩块单面承水压渗流模拟试验方法。应用本实施例的岩块单面承水压渗流模拟试验装置进行岩块单面承水压渗流模拟试验，可以在实验室内模拟岩土体、构筑物单面承水压渗流，更接近工程现场岩土体、构筑物单面承水压渗流现象，符合工程实际。通过气动加压推动活塞2进而在注水套管9对岩块试件15的一侧面(渗流面)施加不同等级的水压，操作简单。装置结构简单，装置加工制作简单。渗流仓通过水管接头8与加压缸3的出水管5可拆卸连接，可根据需要拆卸，渗流仓也可根据所要研究岩块试件15的尺寸来设计，进而可进行多种尺寸试件的多(变)水压单面渗流模拟试验。该装置的渗流仓及紧固组件可以更有效的提高岩土体(构筑物)岩块试件15的单面渗流时的密封性，确保单面渗流的成功率。

本实施例的岩块单面承水压渗流模拟试验装置，包括加压缸3、渗流仓和紧固组件等部件。

加压缸3为圆柱体，加压缸3内滑动连接活塞2，活塞2可在加压缸内移动。活塞2将加压缸3的内腔分隔为气腔和水腔两部分，活塞2的移动使气腔和水腔的容积发生变化。加压缸3上设置连通气腔的进气管1，加压缸3上设置连通水腔的进水管4和出水管5，出水管5上设置水压计7和止水阀6。

渗流仓包括支撑座19、注水套管9和载物台10等部件。支撑座19的左侧设置水管接头8，水管接头8可拆卸连接出水管5的末端。其中，出水管5的末端设置外螺纹，水管接头8内设置内螺纹，水管接头8螺纹连接出水管5的末端。

支撑座19的右侧开设与水管接头8连通的注水口，支撑座19的右侧环绕注水口设置注水套管9，注水套管9由环绕注水口布置的四块矩形板依次连接而成。注水套管9的末端设置密封条17，本实施例中的密封条17为橡胶条，密封条17上涂抹防水胶层16。在紧固组件的作用下，注水套管9末端的密封条17及防水胶层16紧密贴合岩块试件15的一侧面(渗流面)，确保试件单面渗流时的密封性。

支撑座19的右侧且于注水套管9的外侧设置载物台10，载物台10的末端向右侧延伸，载物台10的末端位于注水套管9末端的右侧，载物台10上放置岩块试件15。其中，载物台10包括位于注水套管9外侧的三块载物夹板，三块载物夹板依次连接构成上侧及右侧开口的槽状结构，三块载物夹板共同承载岩块试件15。下方的一块载物夹板承托岩块试件15，两侧的载物夹板对岩块试件15夹持定位。

紧固组件可拆卸连接载物台10以将岩块试件15的一侧面紧密贴合注水套管9末端的密封条17。其中，紧固组件包括钢制紧固带13、紧固螺栓12和分别设置于前侧、后侧载物夹板上的外伸耳板11，外伸耳板11上开设第一装配孔。紧固带13呈“几”形，紧固带13的两端均开设第二装配孔。紧固带13的带体包裹岩块试件15，紧固带13的带体上设置与岩块试件15贴合的柔性垫层14，以使紧固带13的带体稳固地压紧岩块试件15。紧固螺栓12穿过第一装配孔、第二装配孔以装配连接紧固带13和外伸耳板11。

上述水管接头8、支支撑座19、载物夹板、外伸耳板11和注水套管9五者一体成形，以便于加工制作渗流仓。

本实施例的岩块单面承水压渗流模拟试验方法，应用本实施例的上述岩块单面承水压渗流模拟试验装置，包括以下步骤：

步骤一、从工程现场渗流发生位置获取岩块，将岩块切割打磨制备成长方体岩块试件15；或者，在实验室内制作与工程现场构筑物渗流发生位置材料相同的缩尺长方体岩块试件15。

步骤二、将岩块试件15放置于载物台10上，在注水套管9末端的密封条17上涂抹防水胶层16，将岩块试件15的一侧面(渗流面)紧密贴合注水套管9末端的密封条17，通过紧固带13的带体包裹岩块试件15，在紧固带13的带体与岩块试件15之间放置柔性垫层14，通过紧固螺栓12紧固连接紧固带13和外伸耳板11。

步骤三、关闭出水管5上的止水阀6，通过进水管4向加压缸3的水腔注入适量水并封闭进水管4，待防水胶层16晾干后开启止水阀6。

步骤四、将加压缸3上的进气管1连接高压气源，高压气源通过进气管1向加压缸3的气腔充入高压气体，高压气体推动活塞2向水腔侧移动以对水腔、出水管5及注水套管9内的水18加压，控制高压气源的高压气体注入量以保持水压的平衡，通过水压计7观察水压持续增大达到预定值，水18开始渗流作用岩块试件15。

步骤五、渗流作用达到设定时间，完成对岩块试件15的渗流作用，关闭高压气源，活塞2向气腔侧移动，水腔、出水管5及注水套管9内水压降低，关闭出水管5上的止水阀6，将紧固带13拆下，将完成渗流作用的岩块试件15用吸盘取下以用于后续测试。

步骤六、根据需要可对渗流完成的岩块试件15进行其他力学强度(如抗压、抗拉)的测试。

当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种岩块单面承水压渗流模拟试验装置，其特征在于：包括加压缸、渗流仓和紧固组件，加压缸内滑动连接有活塞，活塞将加压缸的内腔分隔为气腔和水腔，加压缸上设置有连通气腔的进气管，加压缸上设置有连通水腔的进水管和出水管，出水管上设置有水压计和止水阀，渗流仓包括支撑座、注水套管和载物台，支撑座的左侧设置有水管接头，水管接头可拆卸连接出水管的末端，支撑座的右侧开设有与水管接头连通的注水口，支撑座的右侧环绕注水口设置注水套管，注水套管的末端设置有密封条，支撑座的右侧且于注水套管的外侧设置有载物台，载物台的末端向右侧延伸，载物台的末端位于注水套管的末端的右侧，载物台上放置岩块试件，紧固组件可拆卸连接载物台以将岩块试件的一侧面紧密贴合注水套管末端的密封条；所述载物台包括位于注水套管外侧的三块载物夹板，三块载物夹板依次连接构成上侧及右侧开口的槽状结构，三块载物夹板共同承载岩块试件；紧固组件包括紧固带、紧固螺栓和分别设置于前侧、后侧载物夹板上的外伸耳板，外伸耳板上开设有第一装配孔，紧固带的两端均开设有第二装配孔，紧固带的带体包裹岩块试件，紧固螺栓穿过第一装配孔、第二装配孔以装配连接紧固带和外伸耳板；所述紧固带呈“几”形；水管接头、支撑座、载物夹板、外伸耳板和注水套管五者一体成形。

2.根据权利要求1所述的岩块单面承水压渗流模拟试验装置，其特征在于：紧固带的带体上设置有与岩块试件贴合的柔性垫层。

3.根据权利要求1所述的岩块单面承水压渗流模拟试验装置，其特征在于：所述注水套管由环绕注水口布置的四块矩形板依次连接而成。

4.根据权利要求1所述的岩块单面承水压渗流模拟试验装置，其特征在于：出水管的末端设置外螺纹，水管接头内设置内螺纹，水管接头螺纹连接出水管的末端。

5.根据权利要求1所述的岩块单面承水压渗流模拟试验装置，其特征在于：所述密封条上涂抹有防水胶层。

6.一种岩块单面承水压渗流模拟试验方法，其特征在于，所述岩块单面承水压渗流模拟试验方法应用权利要求1至5任一项所述的岩块单面承水压渗流模拟试验装置，所述岩块单面承水压渗流模拟试验方法包括以下步骤：

步骤一、从工程现场渗流发生位置获取岩块，将岩块制备成长方体岩块试件；或者，在实验室内制作与工程现场构筑物渗流发生位置材料相同的长方体岩块试件；

步骤二、将岩块试件放置于载物台上，在注水套管末端的密封条上涂抹防水胶层，将岩块试件的渗流面紧密贴合注水套管末端的密封条，通过紧固带的带体包裹岩块试件，在紧固带的带体与岩块试件之间放置柔性垫层，通过紧固螺栓紧固连接紧固带和外伸耳板；

步骤三、关闭出水管上的止水阀，通过进水管向加压缸的水腔注入适量水并封闭进水管，待防水胶层晾干后开启止水阀；

步骤四、将加压缸上的进气管连接高压气源，高压气源通过进气管向加压缸的气腔充入高压气体，高压气体推动活塞向水腔侧移动以对水腔、出水管及注水套管内的水加压，通过水压计观察水压持续增大达到预定值，水开始渗流作用岩块试件；

步骤五、渗流作用达到设定时间，完成对岩块试件的渗流作用，关闭高压气源，活塞向气腔侧移动，水腔、出水管及注水套管内水压降低，关闭出水管上的止水阀，将完成渗流作用的岩块试件取下以用于后续测试。