CN206684006U - 静荷载作用下岩石裂隙泥水流体渗流装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种静荷载作用下岩石裂隙泥水流体渗流装置，包括试件装置，试件装置包括上盘岩块、下盘岩块，上盘岩块、下盘岩块相互叠合形成岩石裂隙，下盘岩块内部垂直于岩石裂隙面，在下盘岩块上沿裂隙平面长度和宽度方向均匀钻取多个穿透型中空孔道，中空孔道下部用堵头封堵；施加静载的静压加载装置；施加侧压的侧压加载装置；防止泥水流体流出的密封装置；测试渗透压的渗透压测试装置；提供渗透通道的渗透孔道装置；用于使泥水流体渗透过岩石裂隙的压力伺服加载装置；以及电脑控制器。本实用新型通过静压加载装置对岩石裂隙施加静载，从而获得静荷载作用下不同含水量的泥水流体在岩石裂隙中的渗流规律。

Description

静荷载作用下岩石裂隙泥水流体渗流装置

技术领域

本实用新型涉及工程地质技术领域，特别涉及一种静荷载作用下岩石裂隙泥水流体渗流装置。

背景技术

裂隙岩体是水利水电工程、采矿工程、铁路和公路建设工程、土木建设工程、石油工程、海洋勘探与开发工程等各种工程中经常遇到的复杂介质，岩石裂隙的渗流特性始终是岩石力学工作者研究的前沿与热门课题。

现有岩石裂隙渗流装置大多用来研究水或气体的渗流规律，如：岩石水气渗流-应力耦合试验装置、三维应力作用下岩石裂缝水渗流物性规律的实验研究、煤岩介质中气-水两相渗流实验研究等。单单研究岩石裂隙水与气体渗流是不够的，在山区溶洞地区的采矿、隧道工程中，围岩裂隙中往往充填泥水混合物，这种泥水混合物在岩石裂隙中的渗流规律如何？目前很少研究，对于岩石裂隙渗流内泥水流体的渗流装置未见报道。

发明内容

为了解决上述技术问题，本实用新型提供一种结构简单、工作可靠的静荷载作用下岩石裂隙泥水流体渗流装置。

本实用新型解决上述问题的技术方案是：一种静荷载作用下岩石裂隙泥水流体渗流装置，包括试件装置，试件装置包括上盘岩块、下盘岩块，上盘岩块、下盘岩块相互叠合形成岩石裂隙，下盘岩块内部垂直于岩石裂隙面，在下盘岩块上沿裂隙平面长度和宽度方向均匀钻取多个穿透型中空孔道，中空孔道下部用堵头封堵；设置在试件装置上方、用于对岩石裂隙施加静载的静压加载装置；设置在试件装置侧向、用于对岩石裂隙施加侧压的侧压加载装置；设置在试件装置侧部、用于防止泥水混合物从岩石裂隙流出的密封装置；设置在穿透型中空孔道中、用于测试各中空孔道渗透压的渗透压测试装置；设置在试件装置泥水流体的出入口、用于给泥水流体提供渗透通道的渗透孔道装置；设置在试件装置泥水流体的入口侧、用于使泥水流体渗透过岩石裂隙的压力伺服加载装置；以及分别与静压加载装置、渗透压测试装置相连，用于记录数据并绘制相应曲线的电脑控制器。

上述静荷载作用下岩石裂隙泥水流体渗流装置，所述侧压加载装置包括加载油缸、压板Ⅰ、压板Ⅱ与反力架，所述试件装置的左右两侧分别作为泥水流体的出入口侧，所述反力架左右两侧各设有一个凸起，试件装置放置在反力架上，且试件装置右侧紧贴反力架右侧凸起，所述压板Ⅰ紧贴试件装置左侧安装，加载油缸安装在反力架左侧凸起与压板Ⅰ之间，通过加载油缸施加压力作用于反力架，将侧压施加于试件装置左侧面，所述试件装置前后两侧设有一块压板Ⅱ，用螺栓将压板Ⅱ紧固在反力架上，将侧压施加于试件装置前后侧面。

上述静荷载作用下岩石裂隙泥水流体渗流装置，所述密封装置包括橡胶垫条和橡胶垫片，所述橡胶垫条包括橡胶垫条Ⅰ、橡胶垫条Ⅱ、橡胶垫条Ⅲ和橡胶垫条Ⅳ，橡胶垫条Ⅰ和橡胶垫条Ⅱ位于压板Ⅰ的右侧并嵌于压板Ⅰ内，通过对压板Ⅰ施加压力使橡胶垫条Ⅰ和橡胶垫条Ⅱ紧贴上盘岩块、下盘岩块的左侧面，橡胶垫条Ⅲ和橡胶垫条Ⅳ位于反力架右侧凸起的左侧并嵌于反力架右侧凸起内，通过对压板Ⅰ施加压力使橡胶垫条Ⅲ和橡胶垫条Ⅳ紧贴上盘岩块、下盘岩块的右侧面，所述压板Ⅱ的内侧面设有橡胶垫片，用螺栓紧固压板Ⅱ，压板Ⅱ向橡胶垫片施加压力，橡胶垫片紧贴上盘岩块、下盘岩块的前后侧面。

上述静荷载作用下岩石裂隙泥水流体渗流装置，所述渗透孔道装置包括泥水入口孔道、泥水入口槽、泥水出口槽、泥水出口孔道，泥水入口槽的长度与岩石裂隙的宽度相等并与岩石裂隙相连，泥水入口孔道位于压板Ⅰ内且一端与泥水入口槽相通，泥水入口孔道另一端连接压力伺服加载装置，泥水出口槽的长度与岩石裂隙的宽度相等并与岩石裂隙相连，泥水出口孔道位于反力架右侧凸起内且一端与泥水出口槽相通，泥水出口孔道另一端接导管，导管的出口设有烧杯，烧杯放置在电子天平上；固定压力的泥水流体经泥水入口孔道、泥水入口槽渗透过岩石裂隙，经泥水出口孔道、泥水出口槽流出，并通过导管流入烧杯内，电子天平测量渗透过岩石裂隙的泥水混合物的质量变化，并将其换算成体积的变化量，从而计算出岩石裂隙的泥水渗透率。

上述静荷载作用下岩石裂隙泥水流体渗流装置，所述静压加载装置包括压头、半球形压头对、立式滚珠丝杠和加载横梁，半球形压头对放置在上盘岩块上，压头置于半球形压头对上，压头两侧设有两个立式滚珠丝杠，所述加载横梁置于两个立式滚珠丝杠中间，两立式滚珠丝杠带动加载横梁上下运动，对压头施加静载。

上述静荷载作用下岩石裂隙泥水流体渗流装置，所述渗透压测试装置包括压电式压力传感器和信号线，压电式压力传感器置于下盘岩块的中空孔道的上部，并通过信号线与电脑控制器相连，测试静荷载作用下各中空孔道处泥水流体的渗透压。

上述静荷载作用下岩石裂隙泥水流体渗流装置，所述电脑控制器包括电脑，压电式压力传感器经信号线与电脑接通。

上述静荷载作用下岩石裂隙泥水流体渗流装置，所述压力伺服加载装置包括压力伺服加载器和阀门，压力伺服加载器经阀门与泥水入口孔道连接。

本实用新型的有益效果在于：

1、本实用新型设有渗透压测试装置，在下盘岩块内部钻取若干穿透型中空孔道，渗透压测试装置的压电式压力传感器置于下盘岩块的中空孔道的上部，并通过信号线与电脑控制器相连，从而测试静荷载作用下各中空孔道处泥水流体的渗透压。

2、本实用新型通过静压加载装置对岩石裂隙施加静载，通过压电式压力传感器测试各中空孔道处的泥水流体渗透压变化，从而获得静荷载作用下不同含水量的泥水流体在岩石裂隙中的渗流规律。

附图说明

图1为本实用新型渗流装置的整体结构示意图。

图2为图1的下部结构示意图。

图3为图2的A-A剖视图。

图4为图1中压板Ⅰ的结构示意图。

图中：1、上盘岩块，2、下盘岩块，3、岩石裂隙，4、压电式压力传感器，5、泥水入口孔道，6、泥水出口孔道，7、电脑，8、中空孔道，9、电子天平，10、橡胶垫片，11、堵头，12、压板Ⅰ，13、信号线，14、加载油缸，15、加载横梁，17、立式滚珠丝杠传装置，21、泥水入口槽，22、泥水出口槽，23、导管，24、烧杯、25、压板Ⅱ，26、橡胶垫条Ⅰ，27、橡胶垫条Ⅱ，28、橡胶垫条Ⅲ，29、橡胶垫条Ⅳ，30、螺栓，32、压头，33、半球形压头对，34、反力架，35、压力伺服加载器，36、阀门。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的说明。

如图1-图4所示，一种静荷载作用下岩石裂隙泥水流体渗流装置，包括试件装置，试件装置包括上盘岩块1、下盘岩块2，上盘岩块1、下盘岩块2相互叠合形成岩石裂隙3，下盘岩块2内部垂直于岩石裂隙面，在下盘岩块2上沿岩石裂隙3平面长度和宽度方向，每隔5cm的间距钻取一个直径为1cm的穿透型中空孔道8，中空孔道8下部用堵头11封堵；设置在试件装置上方、用于对岩石裂隙3施加静载的静压加载装置；设置在试件装置侧向、用于对岩石裂隙3施加侧压的侧压加载装置；设置在试件装置侧部、用于防止泥水流体从岩石裂隙3流出的密封装置；设置在中空孔道8中、用于测试各中空管道渗透压的渗透压测试装置；设置在试件装置泥水流体的出入口、用于给泥水流体提供渗透通道的渗透孔道装置；设置在试件装置泥水流体的入口侧、用于使泥水流体渗透过岩石裂隙3的压力伺服加载装置；以及分别与静压加载装置、渗透压测试装置相连，用于记录数据并绘制相应曲线的电脑控制器。

所述侧压加载装置包括加载油缸14、压板Ⅰ12、压板Ⅱ25与反力架34，所述试件装置的左右两侧分别作为泥水流体的出入口侧，所述反力架34左右两侧各设有一个凸起，试件装置放置在反力架34上，且试件装置右侧紧贴反力架34右侧凸起，所述压板Ⅰ12紧贴试件装置左侧安装，加载油缸14安装在反力架34左侧凸起与压板Ⅰ12之间，通过加载油缸14施加压力作用于反力架34，将侧压施加于试件装置左侧面，所述试件装置前后两侧设有一块压板Ⅱ25，用4个螺栓将压板Ⅱ25紧固在反力架34上，将侧压施加于试件装置前后侧面。

所述密封装置包括橡胶垫条和橡胶垫片10，所述橡胶垫条包括橡胶垫条Ⅰ26、橡胶垫条Ⅱ27、橡胶垫条Ⅲ28和橡胶垫条Ⅳ29，橡胶垫条Ⅰ26和橡胶垫条Ⅱ27位于压板Ⅰ12的右侧并嵌于压板Ⅰ12内，通过对压板Ⅰ12施加压力使橡胶垫条Ⅰ26和橡胶垫条Ⅱ27紧贴上盘岩块1、下盘岩块2的左侧面，橡胶垫条Ⅲ28和橡胶垫条Ⅳ29位于反力架34右侧凸起的左侧并嵌于反力架34右侧凸起内，通过对压板Ⅰ12施加压力使橡胶垫条Ⅲ28和橡胶垫条Ⅳ29紧贴上盘岩块1、下盘岩块2的右侧面，所述压板Ⅱ25的内侧面设有橡胶垫片10，用螺栓30紧固压板Ⅱ25，压板Ⅱ25向橡胶垫片10施加压力，橡胶垫片10紧贴上盘岩块1、下盘岩块2的前后侧面。

所述渗透孔道装置包括泥水入口孔道5、泥水入口槽21、泥水出口槽22、泥水出口孔道6，泥水入口槽21的长度与岩石裂隙3的宽度相等并与岩石裂隙3相连，泥水入口孔道5位于压板Ⅰ12内且一端与泥水入口槽21相通，泥水入口孔道5另一端连接压力伺服加载装置，泥水出口槽22的长度与岩石裂隙3的宽度相等并与岩石裂隙3相连，泥水出口孔道6位于反力架34右侧凸起内且一端与泥水出口槽22相通，泥水出口孔道6另一端接导管23，导管23的出口设有烧杯24，烧杯24放置在电子天平9上；固定压力的泥水流体经泥水入口孔道5、泥水入口槽21渗透过岩石裂隙3，经泥水出口孔道6、泥水出口槽22流出，并通过导管23流入烧杯24内，电子天平9测量渗透过岩石裂隙3的泥水混合物的质量变化，并将其换算成体积的变化量，从而计算出岩石裂隙3的泥水渗透率。

所述静压加载装置包括压头32、半球形压头对33、立式滚珠丝杠17和加载横梁15，半球形压头对33放置在上盘岩块1上，压头32置于半球形压头对33上，压头32两侧设有两个立式滚珠丝杠17，所述加载横梁15置于两个立式滚珠丝杠17中间，两立式滚珠丝杠17带动加载横梁15上下运动，对压头32施加静载，通过半球形压头对33将静载传递给上盘岩块1，最终施加在岩石裂隙3上。

所述渗透压测试装置包括压电式压力传感器4和信号线13，压电式压力传感器4置于下盘岩块2的中空孔道8的上部，并通过信号线13与电脑控制器相连，测试静荷载作用下各中空孔道8处泥水流体的渗透压。

所述电脑控制器包括电脑7，压电式压力传感器4经信号线13与电脑7接通。

所述压力伺服加载装置包括压力伺服加载器35和阀门36，压力伺服加载器35经阀门36与泥水入口孔道5连接。

一种静荷载作用下岩石裂隙泥水流体渗流装置的试验方法，包括以下步骤：

实施例1：

(1)试件加工与安装；在突泥频发的巷道或隧道现场，选取上、下吻合良好的岩石裂隙，对不规则的岩石裂隙的上、下岩块各面进行精细加工与抛光处理，将其打磨成400×250×125mm(长×宽×高)的上盘岩块1和下盘岩块2，并确保抛光打磨后的岩石裂隙吻合良好，在下盘岩块2内部垂直于岩石裂隙面，沿岩石裂隙3的平面长度和宽度方向，每隔5cm的间距钻取一个直径为1cm的穿透型中空孔道8，并对各中空孔道8进行编号；下盘岩块2的各中空孔道8上部靠岩石裂隙3处放置压电式压力传感器4，用堵头11将中空孔道8的下部堵住，通过信号线13将压电式压力传感器4与电脑7相连；

(2)渗流装置的安装与密封；将渗流装置各部件安装后，将上盘岩块1、下盘岩块2置于渗流装置内，拧紧4个螺栓30，压板Ⅱ25向橡胶垫片10施加压力，通过橡胶垫片10密封岩石裂隙3的前后侧壁，确保泥水流体不会从岩石裂隙3的前后侧壁渗漏，在加载油缸14内施加1MPa的油压，通过反力架41将压力作用于压板Ⅰ12上，使橡胶垫条Ⅰ26、橡胶垫条Ⅱ27、橡胶垫条Ⅲ28和橡胶垫条Ⅳ29紧贴在上盘岩块1、下盘岩块2的左右侧壁，确保泥水流体不会从试件装置的流水流体出入口渗漏；

(3)渗透压测试；通过两立式滚珠丝杠17带动加载横梁15运动，对压头32施加静载20KN，并保持其静载20KN不变，通过压力伺服加载器35向泥水入口孔道5施加0.5MPa的泥水流体，通过压电式压力传感器4测试各中空孔道8处的泥水流体渗透压随时间的变化，通过电子天平9测试渗透过岩石裂隙3的泥水流体的质量M，将其换算成体积V，并记录时间，获得通过岩石裂隙的流量Q，从而计算出岩石裂隙的渗透系数。计算公式为：式中k为渗透系数；ρ为泥水流体密度；g为重力加速度；Q为流量；L为岩石裂隙面长度；A为试样端面岩石裂隙面积；ΔP为试样端面压力差。

Claims (8)

1.一种静荷载作用下岩石裂隙泥水流体渗流装置，其特征在于：包括试件装置，试件装置包括上盘岩块、下盘岩块，上盘岩块、下盘岩块相互叠合形成岩石裂隙，下盘岩块内部垂直于岩石裂隙面，在下盘岩块上沿裂隙平面长度和宽度方向均匀钻取多个穿透型中空孔道，中空孔道下部用堵头封堵；设置在试件装置上方、用于对岩石裂隙施加静载的静压加载装置；设置在试件装置侧向、用于对岩石裂隙施加侧压的侧压加载装置；设置在试件装置侧部、用于防止泥水流体从岩石裂隙流出的密封装置；设置在穿透型中空孔道中、用于测试各中空孔道渗透压的渗透压测试装置；设置在试件装置泥水流体的出入口、用于给泥水流体提供渗透通道的渗透孔道装置；设置在试件装置泥水流体的入口侧、用于使泥水流体渗透过岩石裂隙的压力伺服加载装置；以及分别与静压加载装置、渗透压测试装置相连，用于记录数据并绘制相应曲线的电脑控制器。

2.根据权利要求1所述的静荷载作用下岩石裂隙泥水流体渗流装置，其特征在于：所述侧压加载装置包括加载油缸、压板Ⅰ、压板Ⅱ与反力架，所述试件装置的左右两侧分别作为泥水流体的出入口，所述反力架左右两侧各设有一个凸起，试件装置放置在反力架上，且试件装置右侧紧贴反力架右侧凸起，所述压板Ⅰ紧贴试件装置左侧安装，加载油缸安装在反力架左侧凸起与压板Ⅰ之间，通过加载油缸施加压力作用于反力架，将侧压施加于试件装置左侧面，所述试件装置前后两侧设有一块压板Ⅱ，用螺栓将压板Ⅱ紧固在反力架上，将侧压施加于试件装置前后侧面。

3.根据权利要求2所述的静荷载作用下岩石裂隙泥水流体渗流装置，其特征在于：所述密封装置包括橡胶垫条和橡胶垫片，所述橡胶垫条包括橡胶垫条Ⅰ、橡胶垫条Ⅱ、橡胶垫条Ⅲ和橡胶垫条Ⅳ，橡胶垫条Ⅰ和橡胶垫条Ⅱ位于压板Ⅰ的右侧并嵌于压板Ⅰ内，通过对压板Ⅰ施加压力使橡胶垫条Ⅰ和橡胶垫条Ⅱ紧贴上盘岩块、下盘岩块的左侧面，橡胶垫条Ⅲ和橡胶垫条Ⅳ位于反力架右侧凸起的左侧并嵌于反力架右侧凸起内，通过对压板Ⅰ施加压力使橡胶垫条Ⅲ和橡胶垫条Ⅳ紧贴上盘岩块、下盘岩块的右侧面，所述压板Ⅱ的内侧面设有橡胶垫片，用螺栓紧固压板Ⅱ，压板Ⅱ向橡胶垫片施加压力，橡胶垫片紧贴上盘岩块、下盘岩块的前后侧面。

4.根据权利要求2所述的静荷载作用下岩石裂隙泥水流体渗流装置，其特征在于：所述渗透孔道装置包括泥水入口孔道、泥水入口槽、泥水出口槽、泥水出口孔道，泥水入口槽的长度与岩石裂隙的宽度相等并与岩石裂隙相连，泥水入口孔道位于压板Ⅰ内且一端与泥水入口槽相通，泥水入口孔道另一端连接压力伺服加载装置，泥水出口槽的长度与岩石裂隙的宽度相等并与岩石裂隙相连，泥水出口孔道位于反力架右侧凸起内且一端与泥水出口槽相通，泥水出口孔道另一端接导管，导管的出口设有烧杯，烧杯放置在电子天平上；固定压力的泥水流体经泥水入口孔道、泥水入口槽渗透过岩石裂隙，经泥水出口孔道、泥水出口槽流出，并通过导管流入烧杯内，电子天平测量渗透过岩石裂隙的泥水混合物的质量变化，并将其换算成体积的变化量，从而计算出岩石裂隙的泥水渗透率。

5.根据权利要求1所述的静荷载作用下岩石裂隙泥水流体渗流装置，其特征在于：所述静压加载装置包括压头、半球形压头对、立式滚珠丝杠和加载横梁，半球形压头对放置在上盘岩块上，压头置于半球形压头对上，压头两侧设有两个立式滚珠丝杠，所述加载横梁置于两个立式滚珠丝杠中间，两立式滚珠丝杠带动加载横梁上下运动，对压头施加静载。

6.根据权利要求1所述的静荷载作用下岩石裂隙泥水流体渗流装置，其特征在于：所述渗透压测试装置包括压电式压力传感器和信号线，压电式压力传感器置于下盘岩块的中空孔道的上部，并通过信号线与电脑控制器相连，测试静荷载作用下各中空孔道处泥水流体的渗透压。

7.根据权利要求6所述的静荷载作用下岩石裂隙泥水流体渗流装置，其特征在于：所述电脑控制器包括电脑，压电式压力传感器经信号线与电脑接通。

8.根据权利要求4所述的静荷载作用下岩石裂隙泥水流体渗流装置，其特征在于：所述压力伺服加载装置包括压力伺服加载器和阀门，压力伺服加载器经阀门与泥水入口孔道连接。