CN115078027A - 岩体有压含水孔洞裂隙发展试验装置及测试方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种岩体有压含水孔洞裂隙发展试验装置及测试方法，其中岩体有压含水孔洞裂隙发展试验装置包括箱体，箱体连通有空气干燥装置且侧壁上开设有进水管和排水管，内部设有横向加载装置、动力加载装置和CT扫描装置。利用该装置进行测试时，将岩石试件放置于箱体内，通过进水管向箱体内注入液体，通过排水口排出液体后启动空气干燥装置进行干燥，以模拟干湿循环环境。横向加载装置通过加压板向岩石试件侧面加压，动力加载装置向岩石试件施加动载。光纤液位计预先置于裂隙内部用于监测裂隙内水压的实时变化，CT扫描装置实时监测裂隙的发展。此装置能够模拟并测试岩石试件在干湿循环作用下受外力扰动后内部裂隙的发展过程，测试结果可靠。

Description

岩体有压含水孔洞裂隙发展试验装置及测试方法
技术领域
本发明涉及地下工程领域，特别涉及一种岩体有压含水孔洞裂隙发展试验装置及测试方法。
背景技术
随着地质运动不断进行，岩体内部发育着许多裂隙和孔洞，其内部填充大量的水或其他物质。在一定深度内，裂隙和孔洞内填空的水表现出压力，使得岩石的强度降低。在地下工程、深部岩体工程、边坡、堤坝、隧道掘进和矿山开挖等过程中，因为地下水的作用，部分岩体长期处于干湿循环交替的环境之中。长期水岩间的物理作用和化学作用使岩石内部孔洞和裂隙的数量逐渐增加，导致岩体工程失稳破坏。在施工过程中工程岩体结构不仅受到静力学作用，还会受到爆破、机械掘进，岩爆和地震等所引起的冲击扰动作用，岩体破坏加剧，致使孔洞突水并加速裂隙的发育；当裂隙贯通时，大量的水渗透喷涌出隧道等地下工程，造成不可估量的人员伤亡和财产损失。
目前，在岩土工程领域中主要采取现场监测、室内试验、理论分析和数值模拟四种方法来对裂隙扩展情况进行研究，其中，室内试验法采用原岩或材料模拟现场应力环境，对岩体模型进行简化分析。
相关技术中的室内试验装置仍存在较多改进空间。例如，岩体模型内孔洞的形成大多利用小型电钻和水射流切割技术在岩石试样上切割出孔洞，此种孔洞形成方法一方面会限制切割位置，只能在岩体较表面处切割，无法模拟岩体内部孔洞对裂隙发育造成的影响；另一方面此种孔洞形成方法获得的孔洞均为规则形状，无法模拟任意形状孔洞对裂隙发育的影响，不符合自然界中孔洞多为非规则体的实际情况。除此之外，尚缺少能在干湿循环作用下对含水孔洞裂隙发展进行研究的试验装置。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种岩体有压含水孔洞裂隙发展试验装置，能够模拟干湿循环作用下受冲击扰动的含水裂隙岩体内孔洞及裂隙的发展，并提供监测裂隙发展的测岩体有压含水孔洞裂隙发展试验装置试方法。
一方面，本发明实施例提供了一种，包括：
箱体，用于容纳岩石试件，所述箱体侧壁上开设有进水管和排水管；
空气干燥装置，与所述箱体连通，用于实现所述箱体内的干燥；
横向加载装置，包括加压板，所述加压板用于接触所述岩石试件的侧面并传递压力；
动力加载装置，用于向所述岩石试件施加动力载荷；
CT扫描装置，用于设置在所述岩石试件的两侧以监测所述岩石试件内部裂隙的发展；
光纤液位计，用于放置在所述岩石试件的孔洞及裂隙内部以监测所述孔洞及所述裂隙内部水压的变化；
控制器，分别与所述空气干燥装置、所述横向加载装置、所述动力加载装置、所述CT扫描装置和所述光纤液位计电连接。
根据本发明实施例提供的岩体有压含水孔洞裂隙发展试验装置，至少具有如下有益效果：岩体有压含水孔洞裂隙发展试验装置包括箱体，箱体连通有空气干燥装置且侧壁上开设有进水管和排水管，箱体内部设有与控制器电连接的横向加载装置、动力加载装置和CT扫描装置。利用该试验装置进行岩体内部裂隙发展测试时，将预制的岩石试件放置于箱体内部，通过进水管向箱体内注入液体，通过排水口排出液体后启动空气干燥装置可对箱体内部及岩石试件进行干燥，以此模拟干湿循环环境。横向加载装置通过加压板向岩石试件的侧面施加压力，动力加载装置用于向岩石试件施加动力载荷。光纤液位计预先置于岩石试件的裂隙内用于监测裂隙内水压的实时变化，CT扫描装置用于实时监测岩石试件内裂隙的发展。此试验装置能够模拟并测试岩石试件在干湿循环作用下受外力扰动后内部孔洞裂隙的发展过程，测试结果较为可靠。
根据本发明的一些实施例，所述箱体开设有进风口和出风口，所述空气干燥装置设置于所述箱体外部，所述空气干燥装置包括第一共用管道、空气加热管道、空气制冷管道和第二共用管道，其中，
所述第一共用管道的一端连通进风口，另一端分别连通所述空气加热管道和所述空气制冷管道，所述第一共用管道在靠近所述进风口的位置还设置有风扇；
所述第二共用管道的一端连通出风口，另一端分别连通所述空气加热管道和所述空气制冷管道；
所述空气加热管道中设有空气加热装置和第一阀门；
所述空气制冷管道中设有冷凝器和第二阀门。
根据本发明的一些实施例，所述箱体内部设有竖直支撑柱，所述CT扫描装置活动连接于所述直支撑柱，所述CT扫描装置包括第一驱动装置，所述第一驱动装置用于驱动所述CT扫描装置相对所述竖直支撑柱上下运动。
根据本发明的一些实施例，所述横向加载装置还包括第二驱动装置和千斤顶，所述千斤顶通过所述加压板用于向所述岩石试件的第一侧面、第二侧面和第三侧面施加压力；所述千斤顶活动连接于所述竖直支撑柱，所述第二驱动装置用于驱动所述千斤顶相对所述竖直支撑柱上下运动。
根据本发明的一些实施例，所述动力加载装置包括摆锤、连接件和第三驱动装置，所述摆锤通过所述连接件固定于所述箱体顶部，所述第三驱动装置用于驱动所述连接件带动所述摆锤摆动。
根据本发明的一些实施例，所述岩体有压含水孔洞裂隙发展试验装置还包括水压加载装置，所述水压加载装置包括高压水泵、第三阀门和注水管道，所述注水管道连通所述高压水泵与所述孔洞和所述裂隙，用于向所述孔洞中和所述裂隙中注入液体。
根据本发明的一些实施例，所述空气干燥装置还包括湿度传感器，用于检测所述箱体内的湿度，所述湿度传感器与所述控制器电连接。
根据本发明的一些实施例，所述气干燥装置还包括湿度传感器，所述加压板的个数为三个，三个所述加压板分别作用于所述岩石试件的第一侧面、第二侧面和第三侧面，所述摆锤作用于所述岩石试件的第四侧面。
另一方面，本发明实施例还提供了一种岩体有压含水孔洞裂隙发展的测试方法，使用如上一方面所述的岩体有压含水孔洞裂隙发展试验装置，并包括以下步骤
S10、预制岩石试件：在可拆卸的模具内注入预制的浇筑材料进行浇筑成型，在浇筑过程中通过在指定位置放置涂满凡士林的乳胶气球预留出内部孔洞并通过在预定位置粘贴白砂糖预留出内部裂隙，且在裂隙和孔洞的上部预留出注水孔，并将光纤液位计放置于孔洞和裂隙位置处；
S20、向裂隙内注水加压并密封：岩石试件凝固后，将岩石试件的注水孔与水压加载装置的注水管连通，向裂隙内注入具有一定压力的液体后将裂隙用改性刚性水泥密封；
S30、安装岩石试件：将岩石试件吊装入岩体有压含水孔洞裂隙发展试验装置的箱体内部，此时CT扫描装置和千斤顶均位于竖直支撑柱的顶部；
S40、施加横向载荷并向孔洞内注水加压：控制第二驱动装置驱动三个方向的千斤顶相对竖直支撑柱向下运动并下降至对齐岩石试件中部，在千斤顶和岩石试件中间放入加压板，控制三个方向的千斤顶分别向加压板施加压力，分别压紧岩石试件的第一侧面、第二侧面和第三侧面，向岩石试件的三个侧面持续施加水平均布载荷；将岩石试件的注水孔与水压加载装置的注水管连通，向孔洞内注入高压液体，并向孔洞内持续加载水压；
S50、进行干湿循环：打开进水管向箱体内注水液体，保持一段时间后打开排水管排空箱体内的液体；控制空气干燥装置工作，对箱体和岩石试件进行干燥；当湿度传感器检测到岩石试件的湿度下降到一定数值时，控制空气干燥装置停止工作并再次打开进水管向箱体内注水，依次进行上述操作进行干湿循环；
S60、施加动力载荷：控制第一驱动装置驱动CT扫描装置向下运动到对准岩石试件的高度并控制CT扫描装置开始工作，控制第三驱动装置驱动连接件运动并带动摆锤摆动，周期性作用于岩石试件的第四侧面；
S70、裂隙发展监测：CT扫描装置工作过程中对岩石试件内部裂隙的发展进行实时监测；控制光纤液位计工作，对岩石试件裂隙内部的液体压力变化进行实时检测。
根据本发明实施例提供的岩体有压含水孔洞裂隙发展的测试方法，至少具有如下有益效果：本测试方法在岩石试件的浇筑过程中通过在指定位置放置涂满凡士林的厚乳胶气球来预留出内部孔洞，此种孔洞的制作方法可以不受后期切割技术的限制，能够在岩石试件内任意位置处形成不规则形状的孔洞，更加符合自然界中岩体内孔洞的形状。本测试方法在测试过程中通过进水管、排水口以及空气干燥装置的工作，使岩石试件受到干湿循环的环境作用，通过动力加载装置使岩石试件受到周期性的外力扰动。预先放置于岩石试件裂隙及孔洞内部的光纤液位计对裂隙内水压的变化进行实时监测，安装于岩石试件外部的CT扫描装置对岩石试件内裂隙的发展进行实时监测，利用水压数据以及裂隙扩展过程进行含水裂隙岩体孔洞裂隙发展测试的定量表征，测试结果较为可靠。
根据本发明的一些实施例，步骤S50中空气干燥装置对箱体和岩石试件进行干燥的过程包括以下步骤：
S51、控制风扇工作一以加速气体在第一共用管道和第二共用管道内的循环；
S52、控制热风循环：打开第一阀门并关闭第二阀门，控制空气加热装置工作，加热后的空气经空气加热管道、第一共用管道和进风口进入箱体内，使箱体内和岩石试件上残余的水分蒸发入空气中；
S53、控制冷风循环：打开第二阀门并关闭第一阀门，控制冷凝器工作，带有水蒸气的热空气经过冷凝器时冷凝成液体排出，冷凝后的空气继续经空气制冷管道、第一共用管道和进风口进入箱体内进行空气循环；
S54、重复热风循环和冷风循环，直至湿度传感器检测到岩石试件的湿度下降到一定数值后控制空气干燥装置停止工作。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为本发明实施例提供的岩体有压含水孔洞裂隙发展试验装置的内部结构示意图；
图2为本发明实施例提供的岩体有压含水孔洞裂隙发展试验装置内部的横向加载装置结构示意图；
图3为本发明实施例提供的岩石试件与水压加载装置的结构示意图。
附图标记：箱体100、进水管110、进水阀111、排水管120、出水阀121、进风口130、出风口140、竖直支撑柱150、水平支撑柱160、第一共用管道210、风扇211、空气加热管道220、空气加热装置221、第一阀门222、空气制冷管道230、冷凝器231、第二阀门232、第二共用管道240、横向加载装置300、第二驱动装置310、千斤顶320、加压板330、动力加载装置400、摆锤410、连接件420、CT扫描装置500、第一驱动装置510、水压加载装置600、高压水泵610、第三阀门620、注水管道630、光纤液位计700、岩石试件800、孔洞810、裂隙820、注水孔830、第一侧面840、第二侧面850、第三侧面860、第四侧面870。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。
在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，例如可以是固定连接或活动连接，也可以是可拆卸连接或不可拆卸连接，或一体式连接；可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接连接，或两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
本申请提供一种岩体有压含水孔洞裂隙发展试验装置(以下简称装置)，本装置能够对岩石试件800施加横向载荷、干湿循环作用以及动力载荷，用于模拟岩体在干湿循环作用及外力扰动作用下内部孔洞810及裂隙820的发展。利用本装置进行岩石试件裂隙发展观测及研究，测试结果较为可靠。图1示出了本申请提供的岩体有压含水孔洞裂隙发展试验装置内部结构示意图，参考图1，本装置包括箱体100、空气干燥装置、横向加载装置300、动力加载装置400、CT扫描装置500、光纤液位计700和控制器(图中未示出)，其中，控制器分别与空气干燥装置、横向加载装置300、动力加载装置400、CT扫描装置500、光纤液位计700电连接。装置的主体为箱体100，用于容纳预制的岩石试件800。箱体100的侧壁上开设有进水管110和排水管120，进水管110设置有进水阀111、排水管120设置有出水阀121，进水阀111和出水阀121分别与控制器电连接。进水管110用于向箱体100内注入液体，使岩石试件800处于液体浸泡中，模拟岩体实际所处的湿润环境。参考图1，作为举例，本申请将进水管110开设在箱体100上部，将排水管120开设在箱体100的下部，便于箱体100内液体的全部排出。
参考图1，本装置设有与箱体100连通的空气干燥装置，用于实现箱体100内部及岩石试件800的干燥。进水管110工作使岩石试件800处于液体浸没的湿润状态、空气干燥装置工作使岩石试件800处于干燥状态，二者循环工作使岩石试件800受到干湿循环的环境作用，符合岩体所处的真实自然环境。具体地，空气干燥装置处于箱体100的外部，通过箱体100侧壁上设有的进风口130和出风口140与箱体100内部连通。空气干燥装置包括第一共用管道210、空气加热管道220、空气制冷管道230和第二共用管道240，其中，第一共用管道210的一端与进风口130连通，另一端分别连通空气加热管道220和空气制冷管道230，第二共用管道240的一端与出风口140连通，另一端也分别连通空气加热管道220和空气制冷管道230。
其中，第一共用管道210在靠近进风口130的位置设有风扇211，风扇211可以加速空气在箱体100和空气干燥装置内的流动速度，加快箱体100内液体的蒸发过程，从而加快箱体100和岩石试件800的干燥速度。空气加热管道220内设有空气加热装置221和第一阀门222，空气制冷管道230内设有冷凝器231和第二阀门232。空气预热器在控制器的控制下工作，具体的工作原理为：当进行热风循环时，第一阀门222打开、第二阀门232关闭，空气的流动方向为：箱体100、出风口140、第二共用管道240、空气加热管道220、第一共用管道210、进风口130、箱体100，气体在流动循环过程中经过空气加热装置221被加热为热空气，热空气流经箱体100内部时，加速箱体100内部和岩石试件800上残余的液体挥发为水蒸气并混入空气中。当进行冷风循环时，第二阀门232打开、第一阀门222关闭，空气的流动方向为：箱体100、出风口140、第二共用管道240、空气制冷管道230、第一共用管道210、进风口130、箱体100，携带水蒸气的空气在流动循环过程中经过冷凝器231时，冷凝为液体从冷凝器231中排出。控制干燥装置依次循环进行热风循环和冷风循环即可将箱体100内部和岩石试件800上残余的液体全部挥发，实现箱体100和岩石试件800的干燥。
进一步地，空气干燥装置还包括湿度传感器(图中未示出)，湿度传感器与控制器电连接并安装在箱体100内部，用于检测箱体100内的湿度。空气干燥装置开始工作后，在控制器的控制下依次进行热风循环和冷风循环，直至湿度传感器检测到箱体100内的湿度降低到目标数值后，控制器控制空气干燥装置停止工作。作为举例，湿度传感器可安装在箱体100的底壁或者岩石试件800的表面，除此之外，还可在不同位置设置若干个湿度传感器，用于确保箱体100和岩石试件800彻底干燥后再停止空气干燥装置的工作。
本装置设置有横向加载装置300，横向加载装置300通过加压板330向岩石试件800侧面施加均布载荷，用于模拟岩体在自然环境中所处的压力环境。横向加载装置300包括第二驱动装置310、千斤顶320和加压板330。其中，加压板330的两侧分别用于接触千斤顶320和岩石试件800的侧面，起到传递压力的作用。本装置在箱体100内设置有竖直支撑柱150，千斤顶320活动安装于竖直支撑柱150上，并且能够在第二驱动装置310的驱动下相对竖直支撑柱150上下运动。在本装置的初始状态中，千斤顶320位于竖直支撑柱150的上部，当装置内放入岩石试件后，控制器控制第二驱动装置310工作，第二驱动装置310驱动千斤顶320相对竖直支撑柱150向下运动，运动至对齐岩石试件800的侧面中部后停止。参考图1和图2，本申请中横向加载装置300在岩石的三个侧面均布置有第二驱动装置310、千斤顶320和加压板330，分别向岩石试件800的第一侧面840、第二侧面850和第三侧面860施加均布载荷。千斤顶320为电控制千斤顶，与控制器电连接，在控制器的控制下向加压板330施加压力，加压板330将其均匀地传递给岩石试件800的侧面。作为举例，加压板330可选择碳纤维材料制成。
参考图1，本装置设置有动力加载装置400，用于向岩石试件800施加动力载荷。具体地，动力加载装置400包括摆锤410、连接件420和第三驱动装置(图中未示出)，摆锤410通过连接件420固定于箱体100顶部，第三驱动装置用于驱动连接件420运动，连接件420运动带动摆锤410摆动。摆锤410摆动的过程中周期性地作用于岩石试件800的第四侧面870，向岩石试件800施加周期性地外力扰动。作为举例，本申请中将连接件420设计为摆绳，在箱体100内设置水平支撑柱160，将摆绳的一端系紧在水平支撑柱160上，另一端连接摆锤410。第三驱动装置用于将摆锤410拉到一定高度，摆锤410自由下落，即可锤击岩石试件800的第四侧面870，向岩石试件800施加动力载荷。需要说明的是，摆绳的另一端也可直接固定于箱体100顶部的内壁上或者其他位置，除此之外，连接件420也可选为硬质摆杆等，本申请在此不对所有情况进行一一列举。
参考图3，本装置设置有水压加载装置600，水压加载装置600用于向岩石试件800的孔洞810及裂隙820内注入高压液体，模拟自然环境中岩体内部裂隙内填充的高压液体。具体地，水压加载装置600包括高压水泵610、第三阀门620和注水管道630。岩石试件800在进行裂隙发展测试实验前预制，预制完成的岩石试件800内部开设有孔洞810和裂隙820，且在孔洞810和裂隙820的上部预留出注水孔830，注水管道630用于连通注水孔830。第三阀门620用于控制注水管道630与高压水泵610的连通，打开第三阀门620后，高压水泵610通过注水管道630和注水孔830可分别向孔洞810及裂隙820内注入高压液体。
参考图1至图3，本装置的测量装置包括CT扫描装置500和光纤液位计700，其中光纤液位计700与控制器电连接，在岩石试件800预制过程中放置于孔洞810及裂隙820内部，用于在实验测试过程中监测孔洞810及裂隙820内部水压的变化；CT扫描装置500设置于箱体100内部岩石试件800的两侧，用于在实验测试过程中监测岩石试件800内部裂隙820的发展。
需要说明的是，实验测试中为使岩石试件800处于潮湿环境中，需要向箱体100内注入液体到没过岩石试件800的高度。为了防止CT扫描装置500与岩石试件800一起浸泡在液体中，对设备造成损害，本装置中设置有第一驱动装置510用于驱动CT扫描装置500在箱体100内上下运动。具体地，本装置在箱体100内设置有竖直支撑柱150，CT扫描装置500活动连接于竖直支撑柱150上，并且能够在第一驱动装置510的驱动下相对竖直支撑柱150上下运动。参考图2，在岩石试件800的第一侧面840和第二侧面850外设置有CT扫描装置500的两个扫描板，两个扫描板分别与第一驱动装置510连接，在第一驱动装置510的带动下上下运动。为了使CT扫描装置500的上、下运动不干涉千斤顶320和加压板330，本装置中在岩石试件800第一侧面840和第二侧面850处均设置两个千斤顶320，两个千斤顶320将CT扫描装置500的扫描板包括在中间，不影响扫描板的上下运动。
本申请还提供一种岩体有压含水孔洞裂隙发展的测试方法(以下简称测试方法)，即利用本申请提供的岩体有压含水孔洞裂隙发展试验装置进行岩石试件800裂隙820发展模拟实验，测试并记录裂隙820及孔洞810内的水压变化数据以及裂隙820扩展过程。本申请提供的测试方法主要包括以下步骤：
S10、预制岩石试件800：在可拆卸的模具内注入预制的浇筑材料进行浇筑成型，在浇筑过程中通过在指定位置放置涂满凡士林的厚乳胶气球预留出内部孔洞810、通过在预定位置处粘贴白砂糖预留出内部裂隙820，在裂隙820和孔洞810的上部预留出注水孔830，并将光纤液位计700放置于孔洞810和裂隙820位置处。
需要说明的是，此步骤中，浇筑完成后通过扎破厚乳胶气球形成孔洞810，通过向粘贴白砂糖处注水，融化白砂糖后形成裂隙。由于气球为大小可调的不规则形状，且在预制岩石试件800的过程中可随机设置气球的放置位置，因此可以在岩石试件800中制作出位于内部的不规则孔洞810，更符合自然界中岩体孔洞810的真实情况。除此之外，此种孔洞810制作方法不需要后期切割，岩石试件800制作工艺更为简便。
S20、向裂隙820内注水加压并密封：岩石试件800凝固后，将岩石试件800的注水孔830与水压加载装置600的注水管连通，向裂隙820内注入具有一定压力的液体后将裂隙820用改性刚性水泥密封。
需要说明的是，此步骤中注入液体的压力可根据用于模拟的实际情况进行调整，注水完成后将裂隙820用改性刚性水泥密封。除此之外，通过将注入孔洞810中的液体替换成海水、酸性溶液等特殊液体可用于模拟不同的工况。
S30、安装岩石试件800：将岩石试件800吊装入岩体有压含水孔洞裂隙发展试验装置的箱体100内部，此时CT扫描装置500和千斤顶320均位于竖直支撑柱150的顶部。
S40、施加横向载荷并向孔洞810内注水加压：控制第二驱动装置310驱动三个方向的千斤顶320相对竖直支撑柱150向下运动并下降至对齐岩石试件800中部，在千斤顶320和岩石试件800中间放入加压板330，控制三个方向的千斤顶320分别向加压板330施加压力，分别压紧岩石试件800的第一侧面840、第二侧面850和第三侧面860，向岩石试件800的三个侧面持续施加水平均布载荷。将岩石试件800的注水孔830与水压加载装置600的注水管连通，向孔洞810内注入高压液体，并向孔洞810内持续加载水压。
需要说明的是，此步骤中千斤顶320向各侧面施加的均布载荷大小可根据用于模拟的实际情况进行调整，本申请在此不做具体限定。
S50、进行干湿循环：打开进水管110向箱体100内注水液体，保持一段时间后打开排水管120排空箱体100内的液体；控制空气干燥装置工作，对箱体100和岩石试件800进行干燥；当湿度传感器检测到岩石试件800的湿度下降到一定数值时，控制空气干燥装置停止工作并再次打开进水管110向箱体100内注入液体，依次进行上述操作进行干湿循环。
需要说明的是，此步骤中，向箱体100内注入的液体高度应超过岩石试件800的高度，保持一段试件，使岩石试件800饱和后再排出箱体100内的液体。通过将注入箱体100内的水替换成海水、酸性溶液等特殊液体可用于模拟不同的工况。除此之外，干湿循环的次数可根据实际要模拟的工况进行调整，本申请在此不做具体限定。
S60、施加动力载荷：控制第一驱动装置510驱动CT扫描装置500向下运动到对准岩石试件800的高度并控制CT扫描装置500开始工作，控制第三驱动装置驱动连接件420运动并带动摆锤410摆动，周期性作用于岩石试件800的第四侧面870；
需要说明的是，此步骤中，摆锤410作用于岩石试件800第四侧面870的外力扰动可根据实际模拟的工况进行调整，本申请在此不做具体限定。
S70、裂隙820发展监测：CT扫描装置500工作过程中对岩石试件800内部裂隙820的发展进行实时监测；控制光纤液位计700工作，对岩石试件800裂隙820内部的液体压力变化进行实时检测。
需要说明的是，本测试方法中通过光纤液位计700采集裂隙820内水压变化数据，CT扫描装置500实时对裂隙820发展进行观测，利用水压数据以及裂隙820扩展过程进行含水裂隙820岩体孔洞810突水裂隙820发展测试的定量表征，测试结果更为可靠。
进一步地，步骤S50中空气干燥装置对箱体100和岩石试件800进行干燥的过程包括以下步骤：
S51、控制风扇211工作：加速气体在第一共用管道210和第二共用管道240内的循环；
S52、控制热风循环：打开第一阀门222、关闭第二阀门232，控制空气加热装置221工作，加热后的空气经空气加热管道220、第一共用管道210和进风口130进入箱体100内，使箱体100内和岩石试件800上残余的水分蒸发入空气中；
S53、控制冷风循环：打开第二阀门232、关闭第一阀门222，控制冷凝器231工作，带有水蒸气的热空气经过冷凝器231时冷凝成液体排出，冷凝后的空气继续经空气制冷管道230、第一共用管道210、进风口130进入箱体100内进行空气循环；
S54、重复热风循环和冷风循环，直至湿度传感器检测到岩石试件800的湿度下降到一定数值后控制空气干燥装置停止工作。
上面结合附图对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在所述技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (10)

1.一种岩体有压含水孔洞裂隙发展试验装置，其特征在于，包括：
箱体，用于容纳岩石试件，所述箱体侧壁上开设有进水管和排水管；
空气干燥装置，与所述箱体连通，用于实现所述箱体内的干燥；
横向加载装置，包括加压板，所述加压板用于接触所述岩石试件的侧面并传递压力；
动力加载装置，用于向所述岩石试件施加动力载荷；
CT扫描装置，用于设置在所述岩石试件的两侧以监测所述岩石试件内部裂隙的发展；
光纤液位计，用于放置在所述岩石试件的孔洞及裂隙内部以监测所述孔洞及所述裂隙内部水压的变化；
控制器，分别与所述空气干燥装置、所述横向加载装置、所述动力加载装置、所述CT扫描装置和所述光纤液位计电连接。
2.根据权利要求1所述的一种岩体有压含水孔洞裂隙发展试验装置，其特征在于，所述箱体开设有进风口和出风口，所述空气干燥装置设置于所述箱体外部，所述空气干燥装置包括第一共用管道、空气加热管道、空气制冷管道和第二共用管道，其中，
所述第一共用管道的一端连通进风口，另一端分别连通所述空气加热管道和所述空气制冷管道，所述第一共用管道在靠近所述进风口的位置还设置有风扇；
所述第二共用管道的一端连通出风口，另一端分别连通所述空气加热管道和所述空气制冷管道；
所述空气加热管道中设有空气加热装置和第一阀门；
所述空气制冷管道中设有冷凝器和第二阀门。
3.根据权利要求1所述的一种岩体有压含水孔洞裂隙发展试验装置，其特征在于，所述箱体内部设有竖直支撑柱，所述CT扫描装置活动连接于所述竖直支撑柱，所述CT扫描装置包括第一驱动装置，所述第一驱动装置用于驱动所述CT扫描装置相对所述竖直支撑柱上下运动。
4.根据权利要求3所述的一种岩体有压含水孔洞裂隙发展试验装置，其特征在于，所述横向加载装置还包括第二驱动装置和千斤顶，所述千斤顶通过所述加压板用于向所述岩石试件的第一侧面、第二侧面和第三侧面施加压力；所述千斤顶活动连接于所述竖直支撑柱，所述第二驱动装置用于驱动所述千斤顶相对所述竖直支撑柱上下运动。
5.根据权利要求4所述的一种岩体有压含水孔洞裂隙发展试验装置，其特征在于，所述动力加载装置包括摆锤、连接件和第三驱动装置，所述摆锤通过所述连接件固定于所述箱体顶部，所述第三驱动装置用于驱动所述连接件带动所述摆锤摆动。
6.根据权利要求1所述的一种岩体有压含水孔洞裂隙发展试验装置，其特征在于，所述岩体有压含水孔洞裂隙发展试验装置还包括水压加载装置，所述水压加载装置包括高压水泵、第三阀门和注水管道，所述注水管道连通所述高压水泵与所述孔洞和所述裂隙，用于向所述孔洞中和所述裂隙中注入液体。
7.根据权利要求2所述的一种岩体有压含水孔洞裂隙发展试验装置，其特征在于，所述空气干燥装置还包括湿度传感器，用于检测所述箱体内的湿度，所述湿度传感器与所述控制器电连接。
8.根据权利要求5所述的一种岩体有压含水孔洞裂隙发展试验装置，其特征在于，所述加压板的个数为三个，三个所述加压板分别作用于所述岩石试件的第一侧面、第二侧面和第三侧面，所述摆锤作用于所述岩石试件的第四侧面。
9.一种岩体有压含水孔洞裂隙发展的测试方法，其特征在于，使用如权利要求1至8任一项所述的岩体有压含水孔洞裂隙发展试验装置，并包括以下步骤：
S10、预制岩石试件：在可拆卸的模具内注入预制的浇筑材料进行浇筑成型，在浇筑过程中通过在指定位置放置涂满凡士林的乳胶气球预留出内部孔洞并通过在预定位置粘贴白砂糖预留出内部裂隙，且在裂隙和孔洞的上部预留出注水孔，并将光纤液位计放置于孔洞和裂隙位置处；
S20、向裂隙内注水加压并密封：岩石试件凝固后，将岩石试件的注水孔与水压加载装置的注水管连通，向裂隙内注入具有一定压力的液体后将裂隙用改性刚性水泥密封；
S30、安装岩石试件：将岩石试件吊装入岩体有压含水孔洞裂隙发展试验装置的箱体内部，此时CT扫描装置和千斤顶均位于竖直支撑柱的顶部；
S40、施加横向载荷并向孔洞内注水加压：控制第二驱动装置驱动三个方向的千斤顶相对竖直支撑柱向下运动并下降至对齐岩石试件中部，在千斤顶和岩石试件中间放入加压板，控制三个方向的千斤顶分别向加压板施加压力，分别压紧岩石试件的第一侧面、第二侧面和第三侧面，向岩石试件的三个侧面持续施加水平均布载荷；将岩石试件的注水孔与水压加载装置的注水管连通，向孔洞内注入高压液体，并向孔洞内持续加载水压；
S50、进行干湿循环：打开进水管向箱体内注水液体，保持一段时间后打开排水管排空箱体内的液体；控制空气干燥装置工作，对箱体和岩石试件进行干燥；当湿度传感器检测到岩石试件的湿度下降到一定数值时，控制空气干燥装置停止工作并再次打开进水管向箱体内注水，依次进行上述操作进行干湿循环；
S60、施加动力载荷：控制第一驱动装置驱动CT扫描装置向下运动到对准岩石试件的高度并控制CT扫描装置开始工作，控制第三驱动装置驱动连接件运动并带动摆锤摆动，周期性作用于岩石试件的第四侧面；
S70、裂隙发展监测：CT扫描装置工作过程中对岩石试件内部裂隙的发展进行实时监测；控制光纤液位计工作，对岩石试件裂隙内部的液体压力变化进行实时检测。
10.根据权利要求9所述的一种岩体有压含水孔洞裂隙发展的测试方法，其特征在于，步骤S50中空气干燥装置对箱体和岩石试件进行干燥的过程包括以下步骤：
S51、控制风扇工作以加速气体在第一共用管道和第二共用管道内的循环；
S52、控制热风循环：打开第一阀门并关闭第二阀门，控制空气加热装置工作，加热后的空气经空气加热管道、第一共用管道和进风口进入箱体内，使箱体内和岩石试件上残余的水分蒸发入空气中；
S53、控制冷风循环：打开第二阀门并关闭第一阀门，控制冷凝器工作，带有水蒸气的热空气经过冷凝器时冷凝成液体排出，冷凝后的空气继续经空气制冷管道、第一共用管道和进风口进入箱体内进行空气循环；
S54、重复热风循环和冷风循环，直至湿度传感器检测到岩石试件的湿度下降到一定数值后控制空气干燥装置停止工作。
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