CN201075102Y - 岩石节理剪切-渗流耦合试验盒 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种岩石节理剪切－渗流耦合试验盒，其特征在于，盒体包括上盒和下盒，两者配合面为平面，上盒和下盒内有大小相近的凹槽，两个凹槽共同形成可容纳岩石试件的空腔；下盒的左、右侧壁板近上端面相对的两侧内分别设有进水通道和出水通道，盒体由抗压强度高、耐水蚀性好的金属或合金制成。使用本实用新型的岩石节理剪切－渗流耦合试验盒，可以进行高渗透水压作用下的岩石节理剪切－渗流耦合试验，密封装置的设计，可以使得试验过程中，上下节理试件连同上盒与下盒发生相对的剪切位移时，水流不发生渗漏、并且仍然按照预先设计的路径和方式流动，使得受力状态更符合自然状态，数据更真实，所获得的结论能更好地为实际工程服务。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种可用于进行岩石节理剪切-渗流耦合试验的试验盒。
背景技术
自然界中的岩体受到外力作用时，会产生节理和裂隙等结构面，某个区域的完整岩石受到外力作用破裂时，会形成一对节理面。国内外进行岩石节理的剪切-渗流耦合试验，多存在两个方面的问题：渗透水压值过小和辐射状的水流方式。渗透水压值过小，水头高度只有2m多，而实际工程中的最大水头高度甚至超过1000m；辐射流的渗流方式，即从节理面中心钻孔注水向四周流动，这与实际情况也是不相符的，自然界水在节理中的流动方式应该为单面流，即从节理面的一端流向另一端。
目前，国内外已有较为成熟的岩石节理剪切试验机，但是由于上述难题的存在，可进行岩石节理的剪切-渗流耦合试验的试验机发展缓慢，还没有集合剪切试验机、水压控制加载装置、密封剪切盒、张开度测量和流量测量装置，并将其形成一体化的岩石节理剪切-渗流耦合试验系统，从而实现在稳态水压或瞬态水压渗流状态下的岩石节理剪切试验。而在以上工作中，最大的技术难题是剪切盒的设计与制作。在试验中，如何既能保证在高水压下，上盒与下盒发生一定相对位移仍能保证良好的密封，又能使水在剪切盒中以单面流的方式流动，是很多专家努力思考想要解决的问题。
因此，如何解决现有技术存在的诸多缺点实已成为本领域技术人员亟待解决的技术课题。
实用新型内容
为了解决上述问题，本实用新型提供一种能承受高渗透水压、模拟自然状态、并准确反映不同环境中岩石节理受力状态的岩石节理剪切-渗流耦合试验盒。
为实现上述目的，本实用新型的岩石节理剪切-渗流耦合试验盒的技术方案为：
所述的岩石节理剪切-渗流耦合试验盒，其特征在于，盒体包括上盒和下盒，两者配合面为平面，上盒和下盒内有大小相近的凹槽，两个凹槽共同形成可容纳岩石试件的空腔；下盒的左、右侧壁板近上端面相对的两侧内分别设有进水通道和出水通道。
所述岩石节理剪切-渗流耦合试验盒还包括一使上盒与下盒只能沿剪切方向做相对水平滑动和垂直滑动的限位装置。
所述下盒和上盒均为矩形，下盒和上盒形成的空腔为一矩形。
其中，下盒垂直于剪切方向的两侧壁外侧固定有高出侧壁的平板，上盒可在平板间沿剪切方向水平滑动。
所述的进水通道的出水口和出水通道的进水口伸入空腔内，进水通道的进水口和出水通道的出水口伸出剪切盒外壁。
所述的进水通道和出水通道为梳状。
所述盒体由抗压强度高、耐水蚀性好的金属或合金制成，优选由钢板制成。
使用本实用新型的岩石节理剪切-渗流耦合试验盒，可以进行高渗透水压作用下的岩石节理剪切-渗流耦合试验，密封装置的设计，可以使得试验过程中，上下节理试件连同上盒与下盒发生相对的剪切位移时，水流不发生渗漏、并且仍然按照预先设计的路径和方式流动，使得受力状态更符合自然状态，数据更真实，所获得的结论能更好地为实际工程服务
附图说明
图1为装有岩石节理试件的本实用新型的纵剖视图；
图2为图1沿B-B线的剖视图；
图3为图1沿A-A线的剖视图；
图4为本实用新型的另一个实施例类似图2的剖视图；
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对实用新型的岩石节理剪切-渗流耦合试验盒作进一步的说明。
如图1～3所示，岩石节理剪切-渗流耦合试验盒，盒体1包括一下盒3、一上盒4、一进水管5、一出水管6，构成岩石节理剪切-渗流耦合试验盒1的盒体壁板均由钢板制成，亦可以用其他抗压强度高、耐水蚀性好的金属或合金制成。
下盒3由一前壁板31、一后壁板32、一左壁板33、一右壁板35和一下壁板37组成：前壁板31与后壁板32为大小、厚度均相同的两块钢板，对称布置；左壁板33和右壁板35是由两块大小相同、厚度不同的钢板，通过螺栓连接而成；33a、33b与35a、35b分别相同且对称布置。左壁板33a和右壁板35a上端面分别加工有一安装密封条52的凹槽。
上盒4由一前壁板41、一后壁板42、一左壁板43、一右壁板45和一上壁板47组成：前壁板41与后壁板42为大小、厚度均相同的两块钢板，对称布置；左壁板43和右壁板45是由两块大小相同、厚度不同的钢板，通过螺栓连接而成；43a、43b与45a、45b分别相同且对称布置。
上盒4的前壁板41与下盒3的前壁板31厚度相同，上盒4的后壁板42与下盒3的后壁板32厚度相同，上盒4的左壁板43a、43b与下盒3的左壁板33a、33b厚度相同，上盒4的右壁板45a、45b与下盒3的右壁板35a、35b厚度相同，上盒4的上壁板47与下盒3的下壁板37大小、厚度均相同。
进水管5和出水管6呈梳状对称嵌平安装在左壁板33b和右壁板35b的上端面内侧，进水管5的梳状出水口伸入两节理面组成的空腔内，出水管14的梳状进水口亦伸入空腔内，保证水流在节理面内呈自然状态流动；进水管5的进水口和出水管6的出水口穿出后壁板32。
图4所示为本实用新型的另一个实施例，在第一个实施例的下盒3前壁板31、后壁板32外侧分别安装一平板100和101，平板100和101大小相同，通过螺栓对称固定在前壁板31、后壁板32上，平板100和101的上端面高出前壁板31、后壁板32的上表面，使上盒4只能沿剪切方向水平滑动，沿垂直方向上下滑动。平板100和101组成本实施例的限位装置，还可以采用其他方式，使上盒沿剪切方向水平滑动。
下盒3和上盒4的所有壁板均可以为整体结构；下盒3、上盒4可为一体结构。
内部空腔还可以采用圆柱形、球形或其他形状；盒体外形一般采用立方体结构。
使用岩石节理剪切-渗流耦合试验盒的具体步骤如下：
(a)对岩石节理试件11进行处理，由于上下岩石节理面都是粗糙的，将上下节理面接触放置在一起，两节理面不会完全吻合，部分点接触，部分点脱离，上下节理面之间会形成一个三维空腔，称之为节理剪缝。自然界采集的天然节理，由于外部形状不规则，会先用水泥进行外部包裹，制成外部形状规则的岩石节理试件，由于试验中上节理面相对于下节理面要做相对垂直和剪切运动，要保证这种相对运动，上下节理面不能固结在一起，故水泥制成的上下包裹层12是断开的，故也留有一条水泥剪缝，见图1和2(人造节理由相似材料浇铸而成，由于外部形状较规则，和剪切盒可以很好吻合，通常不需要做水泥包裹处理)；
(b)在试验之前，会对水泥剪缝做处理，用一种密封材料53将水泥剪缝密封住，仅留进水管和出水管的通道，见图1至3，这种密封材料为聚酯材料，具有一定的韧性、抗拉和抗剪性，可以承受较大的变形，水泥剪缝密封时，在密封层上预留了进水管道的梳状进水口以及出水管道的梳状出水口的通道；水泥剪缝密封后，上下节理面仍可以做相对运动，且水不会从水泥剪缝中渗漏。
(c)对已经做过水泥剪缝密封处理的节理试件，在其外部再包裹一层隔水层54，用于隔离高压渗透水，保证在高水压以及上、下盒发生相对剪切位移时，保证水流按照设计好的路径进行平流，保证水流不从剪切盒和岩石节理之间的缝隙流过，保证水流不从垂直于剪切方向的侧面流出，见图1、2和3，这种隔水材料属于聚酯材料，使用前为液体，注入模具或指定位置以后经一定时间凝固成固体胶，抗压和抗剪性能良好，弹性模量可以通过改变添加剂成分调节，并可通过试验测出，在剪切试验过程中的变形可以通过测量其受力大小算出；在该试验中，隔水层54一般先预制好，在安装后若存在试件、隔水层、壁板之间的局部位置有空洞，可以通过补注的办法将其填充；
(d)将上述试件分别先装入上盒和下盒，将进水管和出水管安装就位，然后在壁板31和41、32和42接触面之间安装减摩板51，在壁板33a和43a、35a和45a的凹槽内压入隔水密封条52，再将上盒、下盒合拢。
完成上述步骤的剪切盒就可以借助剪切试验机进行岩石节理剪切-渗流耦合试验。
使用本实用新型的岩石节理剪切-渗流耦合试验盒，可以进行高渗透水压作用下的岩石节理剪切-渗流耦合试验，密封装置的设计，可以使得试验过程中，上下节理试件连同上盒与下盒发生相对的剪切位移时，水流不发生渗漏、并且仍然按照预先设计的路径和方式流动，使得受力状态更符合自然状态，数据更真实，所获得的结论能更好地为实际工程服务。
根据本实用新型的实施例已对本实用新型进行了说明性而非限制性的描述，但应理解，在不脱离由权利要求所限定的相关保护范围的情况下，本领域的技术人员可以做出变更和/或修改。
Claims (10)
1.一种岩石节理剪切-渗流耦合试验盒，其特征在于，盒体包括上盒和下盒，两者配合面为平面，上盒和下盒内有大小相近的凹槽，两个凹槽共同形成可容纳岩石试件的空腔；下盒的左、右侧壁板近上端面相对的两侧内分别设有进水通道和出水通道。
2.根据权利要求1所述的岩石节理剪切-渗流耦合试验盒，其特征在于，还包括一使上盒与下盒只能沿剪切方向做相对水平滑动和垂直滑动的限位装置。
3.根据权利要求2所述的岩石节理剪切-渗流耦合试验盒，其特征在于，下盒垂直于剪切方向的两侧壁外侧固定有高出侧壁的平板，上盒可在平板间沿剪切方向水平滑动。
4.根据权利要求1或2或3所述的岩石节理剪切-渗流耦合试验盒，其特征在于，所述进水通道的出水口和出水通道的进水口伸入空腔内，进水通道的进水口和出水通道的出水口伸出剪切盒外壁。
5.根据权利要求1或2或3所述的岩石节理剪切-渗流耦合试验盒，其特征在于，所述进水通道和出水通道为梳状。
6.根据权利要求4所述的岩石节理剪切-渗流耦合试验盒，其特征在于，所述进水通道和出水通道为梳状。
7.根据权利要求1或2或3所述的岩石节理剪切-渗流耦合试验盒，其特征在于，所述盒体由抗压强度高、耐水蚀性好的金属或合金制成。
8.根据权利要求4所述的岩石节理剪切-渗流耦合试验盒，其特征在于，所述盒体由抗压强度高、耐水蚀性好的金属或合金制成。
9.根据权利要求5所述的岩石节理剪切-渗流耦合试验盒，其特征在于，所述盒体由抗压强度高、耐水蚀性好的金属或合金制成。
10.根据权利要求6所述的岩石节理剪切-渗流耦合试验盒，其特征在于，所述盒体由抗压强度高、耐水蚀性好的金属或合金制成。
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