CN117110002A - 一种岩石试件和裂隙水压加载及监测装置 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种岩石试件和裂隙水压加载及监测装置，涉及岩石力学实验技术领域，该岩石试件包括带有预制裂隙岩石试件本体、充水管和传感器管，岩石试件本体的外侧面开设有至少一个盲孔以作为预制裂隙，盲孔的开口处设有与岩石材料强度相近的密封件，密封件与岩石试件本体密封连接，充水管和传感器管密封贯穿密封件并伸入盲孔内。本发明专利提出的岩石试件和裂隙水压加载及监测装置，能够模拟和监测岩石中的裂隙水压变化工况。

Description

一种岩石试件和裂隙水压加载及监测装置

技术领域

本发明涉及岩石力学实验技术领域，特别涉及一种岩石试件和裂隙水压加载及监测装置。

背景技术

岩石力学实验是一门与生产密切联系的科学技术。其任务是了解岩块的基本物理力学性质及其破坏机制；研究在工程建筑物荷载作用下基岩或围岩的工程性状，为工程地质评价和工程建筑物设计提供资料。岩石力学试验的种类的方法较多，例如单轴抗压试验、三轴抗压试验、剪切试验、劈裂试验、冲击试验、蠕变试验等。为了研究岩石在不同环境下的破坏，岩石试验也可以增加试验环境的模拟，例如高温试验、地温试验、饱水试验等。随着试验技术的发展，岩石力学试验的方法以及可模拟的试验环境日益增加。

岩石力学试验的一个重要分支，是与水相关的岩石力学试验，其主要研究水和岩石相互作用，以及水对岩石的强度、稳定性等影响。根据含水量的不同，有饱水工况、不饱水工况、干燥工况等。根据含水方式的不同，有含有缝隙水工况、闭合孔隙水工况等。通过以上考虑岩体和水体相互作用并结合不同力学工况的试验可更加充分的研究岩石力学性质，更精确的为相关的工程提供理论依据。

对于缝隙水对岩石的力学性质影响的研究是与水相关的岩石力学试验的一个重要方向。在各种力学环境下，水对岩石的破坏的影响，破坏机理均有明显差别，因此在岩石力学试验中对缝隙水的模拟有重要的意义，对岩石力学的研究有着重要意义。

现有技术中，用于缝隙水压模拟及测试的试验装置与试验方法较少。由于受到所模拟的缝隙的尺寸限制，密封技术限制，及水压加载与测试的设备限制，目前尚未有专门用于缝隙水压模拟及测试的试验装置，从而导致关于缝隙水压的一系列相关试验无法充分的模拟实际情况，甚至不能进行。

有鉴于此，本发明人根据多年从事本领域和相关领域的生产设计经验，经过反复试验设计出及一种岩石试件和裂隙水压加载及监测装置，以期解决现有技术存在的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种岩石试件和裂隙水压加载及监测装置，能够模拟和监测岩石中的裂隙水压变化情况。

为达到上述目的，本发明提出一种岩石试件，其中，所述岩石试件包括带有预制裂隙的岩石试件本体、充水管和传感器管，所述岩石试件本体的外侧面开设有至少一个盲孔以作为预制裂隙，所述盲孔的开口处设有密封件，所述密封件与所述岩石试件本体密封连接，所述充水管和所述传感器管密封贯穿所述密封件并伸入所述盲孔内。

如上所述的岩石试件，其中，所述充水管和所述传感器管分别为金属管。

如上所述的岩石试件，其中，所述金属管内开设有内螺纹。

如上所述的岩石试件，其中，所述密封件为树脂密封胶密封件。

如上所述的岩石试件，其中，所述密封件的强度与所述岩石试件本体的强度相同。

本发明提出一种裂隙水压加载及监测装置，其中，所述裂隙水压加载及监测实验装置包括水压加载组件、动态水压监测组件和如上所述的岩石试件，所述水压加载组件与所述充水管相连接并向所述充水管内冲入裂隙水，所述动态水压监测组件与所述传感器管相连接并测量所述裂隙水的水压变化。

如上所述的裂隙水压加载及监测装置，其中，所述水压加载组件包括充水连接管和水压泵，所述充水连接管的一端与所述充水管相连接，所述充水连接管的另一端与所述水压泵相连接。

如上所述的裂隙水压加载及监测装置，其中，所述水压加载组件还包括阀门和水压表，所述阀门和所述水压表分别设置于所述充水连接管上。

如上所述的裂隙水压加载及监测装置，其中，所述动态水压监测组件至少包括与所述传感器管相连接的动态水压传感器。

如上所述的裂隙水压加载及监测装置，其中，所述动态水压传感器具有传感器探针，所述传感器探针插入所述传感器管内并与所述传感器管密封连接。

如上所述的裂隙水压加载及监测装置，其中，所述动态水压监测组件还包括信号采集仪和动态水压监测系统，所述动态水压传感器、所述信号采集仪和所述动态水压监测系统通过信号线缆依次串联。

与现有技术相比，本发明具有以下特点和优点：

本发明提出的一种岩石试件在岩石试件本体的侧面切割出盲孔，以模拟岩石的裂隙，再通过密封件封闭盲孔的开口，以使盲孔内部形成独立空间，利用充水管向盲孔内充水以模拟岩石内的缝隙水的不同环境。该岩石试件可以用于多种岩石力学试验中，当岩石试件受到冲击后，盲孔内水压的变化情况能够重复模拟岩石中裂隙水的实际压力变化情况，从而解决了现有岩石力学试验中无法对自然界中含有裂隙水的岩体的模拟的问题。

本发明提出的裂隙水压加载和监测装置，利用充水管向盲孔内充水以模拟岩石内的缝隙水的不同环境，再通过传感器管和动态水压监测组件测量盲孔内的水压，当岩石试件受到冲击后，裂隙水的压力(即盲孔内的水压)迅速发生变化，水压经过传感器管被动态水压监测组件获得，进而得到相应的数据，以实现对不同工况下裂隙水压变化情况的模拟和监测。

附图说明

在此描述的附图仅用于解释目的，而不意图以任何方式来限制本发明公开的范围。另外，图中的各部件的形状和比例尺寸等仅为示意性的，用于帮助对本发明的理解，并不是具体限定本发明各部件的形状和比例尺寸。本领域的技术人员在本发明的教导下，可以根据具体情况选择各种可能的形状和比例尺寸来实施本发明。

图1为本发明提出的裂隙水压加载和监测装置的结构示意图。

附图标记说明

100、岩石试件； 10、岩石试件本体；

11、盲孔； 12、密封件；

20、充水管； 30、传感器管；

40、水压加载组件； 41、充水连接管；

42、阀门； 43、水压表；

44、水压泵； 50、动态水压监测组件；

51、动态水压传感器； 511、传感器探针；

52、信号采集仪； 53、动态水压监测系统；

54、信号线缆； 200、裂隙水压加载和监测装置；

300、裂隙水。

具体实施方式

结合附图和本发明具体实施方式的描述，能够更加清楚地了解本发明的细节。但是，在此描述的本发明的具体实施方式，仅用于解释本发明的目的，而不能以任何方式理解成是对本发明的限制。在本发明的教导下，技术人员可以构想基于本发明的任意可能的变形，这些都应被视为属于本发明的范围。

如图1所示，本发明提出一种岩石试件100，该岩石试件100包括带有预制裂隙岩石试件本体10、充水管20和传感器管30，岩石试件本体10的外侧面开设有至少一个盲孔11以作为预制裂隙，盲孔11的开口处设有密封件12，密封件12与岩石试件本体10密封连接，充水管20和传感器管30密封贯穿密封件12并伸入盲孔11内。

本发明还提出一种裂隙水压加载及监测实验装置200，该裂隙水压加载及监测实验装置200包括水压加载组件40、动态水压监测组件50和如上所述的岩石试件100，水压加载组件40与充水管20相连接并向充水管20内充入裂隙水，动态水压监测组件50与传感器管30相连接并测量裂隙水的水压变化。

本发明提出的一种岩石试件100在岩石试件本体10的侧面切割出盲孔11，以模拟岩石的裂隙，再通过密封件12封闭盲孔11的开口，以使盲孔11内部形成独立空间，利用充水管30向盲孔11内充水以模拟岩石内的缝隙水的不同环境。该岩石试件100可以用于多种岩石力学试验中，当岩石试件100受到冲击后，盲孔11内水压的变化情况能够重复模拟岩石中裂隙水的实际压力变化情况，从而解决了现有岩石力学试验中无法对自然界中含有裂隙水的岩体的模拟的问题。

本发明提出的裂隙水压加载和监测装置200，利用充水管30向盲孔11内充水以模拟岩石内的缝隙水的不同环境，再通过传感器管30和动态水压监测组件50测量盲孔11内的水压，当岩石试件100受到冲击后，裂隙水的压力(即盲孔11内的水压)迅速发生变化，水压经过传感器管20被动态水压监测组件50获得，进而得到相应的数据，以实现对不同工况下裂隙水压变化情况的模拟和监测。

在本发明一个可选的实施方式中，岩石试件本体10为圆柱体，盲孔11开设于圆柱体的外侧壁上。

在本发明一个可选的实施方式中，盲孔11经切割而成。

在本发明一个可选的实施方式中，岩石试件本体10上设置有多个盲孔11，多个盲孔根据实验要求切割为不同的宽度、深度和角度，以模拟不同的岩石裂隙。

在该实施方式一个可选的例子中，多个盲孔11之间的位置关系可以根据实验需求任何设置和组合。

在本发明一个可选的实施方式中，充水管20和传感器管30分别为金属管。

在该实施方式一个可选的例子中，充水管20内和传感器30内分别开设有内螺纹。

在本发明一个可选的实施方式中，冲水管20内径和传感器管30的内径可以根据试验设备和岩石试件本体的尺寸进行调整。

在本发明一个可选的实施方式中，密封件12的强度与岩石试件本体的强度相同或相近。

在本发明一个可选的实施方式中，密封件12为树脂密封胶密封件。

在该实施方式一个可选的例子中，树脂密封胶可以采用云石胶或其它与岩石实验本体材料强度、力学性能相近的密封材料。

在本发明一个可选的例子中，充水管20和传感器管30伸入至盲孔11内，且通过密封件12将冲水管20和传感器管30固定并将盲孔11封闭后，将岩石试件本体10置于水槽中进行抽真空处理，或者通过高压注水的方式，排出盲孔11内部的空气。

在本发明一个可选的实施方式中，水压加载组件40包括充水连接管41和水压泵44，充水连接管41的一端与充水管20相连接，充水连接管41的另一端与水压泵44相连接，水压泵44将水依次泵入充水连接管41、冲水管20，最终进入盲孔11内模拟裂隙水；同时，通过水压泵44可以控制盲孔11内的水压大小，以模拟不同的裂隙水工况。

在该实施方式一个可选的例子中，水压加载组件40还包括阀门42和水压表43。通过水压表43监测盲孔11内的水压变化情况，通过阀门42控制充水连接管41的连通和隔断，当缝隙水压力(即水压表显示的压力)达到预定值后关闭阀门42进行后续试验。

在该实施方式一个可选的例子中，充水连接管41和充水管20螺纹连接。

进一步的，充水管20开设有内螺纹，充水连接管41对应开设有外螺纹。

在本发明一个可选的实施方式中，动态水压监测组件50至少包括与传感器管30相连接的动态水压传感器51。动态压力传感器51用于测量是岩石试件100在受到冲击的过程中盲孔11内水压(即裂隙中水压)的动态变化过程。

在该实施方式一个可选的例子中，动态水压传感器51具有传感器探针511，传感器探针511插入传感器管30内并与传感器管30密封连接。

进一步的，传感器管30开设有内螺纹，传感器探针511的末端对应设置有外螺纹连接头，通过外螺纹连接头与传感器30内螺纹的螺纹配合将传感器探针511预埋在传感器管30内。当试件受到冲击后，盲孔11内的水压迅速发生变化，水压经过传感器管30和传感器探针511被动态水压传感器51快速获得。

在一个可选的例子中，动态水压传感器51可以设置有不同的高灵敏度，以实时观测和记录动态荷载条件下水压的时程变化规律。

在一个可选的例子中，动态水压监测组件50还包括信号采集仪52和动态水压监测系统53，动态水压传感器51、信号采集仪52和动态水压监测系统53通过信号线缆54依次串联。动态水压传感器51获得的数据信号通过信号线缆54传导到信号采集仪52，之后再传入动态水压监测系统53，动态水压监测系统53包括数据运算及处理软件，能够快速对数据信号进行数据处理和分析，并输出相应的数据。

本发明提出的岩石试件100和裂隙水压加载和监测装置200，实现了裂隙水压的模拟与监测，填补了对充水裂隙岩体在动荷载下的响应特征的试验研究设备。

本发明提出的裂隙水压加载和监测装置200还设置了水压泵44和水压表43，使得裂隙水压加载和监测装置200可以模拟不同压力的裂隙水。

本发明提出的裂隙水压加载和监测装置200还设置了动态水压监测组件，可实时观测和记录动态荷载条件下水压的时程变化规律。

针对上述各实施方式的详细解释，其目的仅在于对本发明进行解释，以便于能够更好地理解本发明，但是，这些描述不能以任何理由解释成是对本发明的限制，特别是，在不同的实施方式中描述的各个特征也可以相互任意组合，从而组成其他实施方式，除了有明确相反的描述，这些特征应被理解为能够应用于任何一个实施方式中，而并不仅局限于所描述的实施方式。

Claims (11)

1.一种岩石试件，其特征在于，所述岩石试件包括带有预制裂隙的岩石试件本体、充水管和传感器管，所述岩石试件本体的外侧面开设有至少一个盲孔以作为预制裂隙，所述盲孔的开口处设有密封件，所述密封件与所述岩石试件本体密封连接，所述充水管和所述传感器管密封贯穿所述密封件并伸入所述盲孔内。

2.如权利要求1所述的岩石试件，其特征在于，所述充水管和所述传感器管分别为金属管。

3.如权利要求2所述的岩石试件，其特征在于，所述金属管内开设有内螺纹。

4.如权利要求1所述的岩石试件，其特征在于，所述密封件为树脂密封胶密封件。

5.如权利要求1所述的岩石试件，其特征在于，所述密封件的强度与所述岩石试件本体的强度相同。

6.一种裂隙水压加载及监测装置，其特征在于，所述裂隙水压加载及监测实验装置包括水压加载组件、动态水压监测组件和如权利要求1至4中任意一项所述的岩石试件，所述水压加载组件与所述充水管相连接并向所述充水管内冲入裂隙水，所述动态水压监测组件与所述传感器管相连接并测量所述裂隙水的水压变化。

7.如权利要求6所述的裂隙水压加载及监测装置，其特征在于，所述水压加载组件包括充水连接管和水压泵，所述充水连接管的一端与所述充水管相连接，所述充水连接管的另一端与所述水压泵相连接。

8.如权利要求7所述的裂隙水压加载及监测装置，其特征在于，所述水压加载组件还包括阀门和水压表，所述阀门和所述水压表分别设置于所述充水连接管上。

9.如权利要求6所述的裂隙水压加载及监测装置，其特征在于，所述动态水压监测组件至少包括与所述传感器管相连接的动态水压传感器。

10.如权利要求9所述的裂隙水压加载及监测装置，其特征在于，所述动态水压传感器具有传感器探针，所述传感器探针插入所述传感器管内并与所述传感器管密封连接。

11.如权利要求9所述的裂隙水压加载及监测装置，其特征在于，所述动态水压监测组件还包括信号采集仪和动态水压监测系统，所述动态水压传感器、所述信号采集仪和所述动态水压监测系统通过信号线缆依次串联。