CN206848047U - 渗流试验剪切盒和拉压环剪渗流试验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供的渗流试验剪切盒和拉压环剪渗流试验装置，涉及力学试验装置技术领域。该渗流试验剪切盒渗流试验剪切盒包括上剪切盒、下剪切盒和密封套筒。上剪切盒开设有第一凹槽，用于固定连接试样的一端，下剪切盒开设有第二凹槽，用于固定连接试样的另一端。密封套筒套设于上剪切盒与下剪切盒的连接处，用于密封试样。渗流试验剪切盒内设有径向渗流结构和环向渗流结构，分别用于对试样执行径向和环向渗流试验。该渗流试验剪切盒可实现多种试验路径下的渗流，丰富、完善了对剪切面的渗流特性研究。本实用新型提供的拉压环剪渗流试验装置，包括上述的渗流试验剪切盒，便于操控，误差小，可实现多种试验路径下的渗流试验。

Description

渗流试验剪切盒和拉压环剪渗流试验装置

技术领域

本实用新型涉及力学试验装置技术领域，具体而言，涉及一种渗流试验剪切盒和拉压环剪渗流试验装置。

背景技术

岩石的抗剪强度是评价岩石力学性质的重要指标之一，准确的获取强度参数对岩体工程具有重要的实际意义。现阶段，岩石抗剪强度主要通过室内试验获取，主要试验类型有：常规三轴试验、直接剪切试验及楔形剪切试验等。

在各类岩体工程的建设和运营过程中，特别是在深部高地应力和强渗透水压环境下，开挖造成应力集中、卸荷、渗流等因素的影响下，岩体中原有的微裂纹发育扩展成宏观裂纹、裂缝造成岩体开裂甚至破碎，破碎岩体裂隙的渗透率要远比孔隙的渗透率高，从而造成岩体工程渗流突变而引发重大灾害事故，如煤矿巷道岩爆与突涌水事故等。因此，对岩体裂隙渗流特性的研究具有重要而深远的意义。

分析现有的剪切盒，大多只能进行沿剪切面方向的渗流试验，渗流通道单一，不能准确反映岩石的剪切面的渗流特性，导致渗流特性并不完整，可靠性过低。

有鉴于此，设计制造出一种渗流试验剪切盒，可实现多种试验路径下的渗流，丰富、完善对剪切面的渗流特性研究，是目前力学试验装置技术领域中急需改善的技术问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种渗流试验剪切盒，可用于岩石的径向和环向渗流试验。该渗流试验剪切盒通过采用环形试样，可实现多种试验路径下的渗流，丰富、完善对剪切面的渗流特性研究。对准确获取岩石抗剪强度、残余强度及变形，改进和完善岩石的本构关系，具有重要意义。

本实用新型的目的还在于提供一种拉压环剪渗流试验装置，包括拉压环剪试验仪和上述的渗流试验剪切盒，该拉压环剪渗流试验装置控制精准，误差小，可以施加轴向拉、压力，实现岩石拉、压、环剪、渗流及相互耦合的试验，功能完善。

本实用新型改善其技术问题是采用以下的技术方案来实现的。

本实用新型提供的一种渗流试验剪切盒，所述渗流试验剪切盒包括上剪切盒、下剪切盒和密封套筒。所述上剪切盒开设有第一凹槽，所述下剪切盒开设有第二凹槽，所述第一凹槽用于固定连接试样的一端，所述第二凹槽用于固定连接所述试样的另一端。所述密封套筒套设于所述上剪切盒与所述下剪切盒的连接处，用于密封所述试验。所述渗流试验剪切盒内设有径向渗流结构和环向渗流结构，分别用于对所述试样执行径向和环向渗流试验。

进一步地，所述径向渗流结构包括内压流道，所述内压流道包括第一进水通道和第一排气通道；所述第一进水通道设于所述下剪切盒上，所述第一排气通道设于所述上剪切盒上，所述第一进水通道和第一排气通道通过所述上剪切盒与所述下剪切盒之间的空腔连通。

进一步地，所述径向渗流结构还包括外压流道，所述外压流道包括第二进水通道和第二排气通道；所述第二进水通道设于所述下剪切盒上，所述第二排气通道设于所述上剪切盒上，所述第二进水通道和第二排气通道用于向所述密封套筒内施加水压。

进一步地，所述第一排气通道和所述第二排气通道均设有第一开关阀，用于控制所述第一排气通道和所述第二排气通道的连通和关闭。

进一步地，所述下剪切盒与所述密封套筒通过螺栓固定连接。

进一步地，所述上剪切盒与所述密封套筒之间设有密封圈，所述下剪切盒与所述密封套筒之间设有密封圈，以提高所述密封套筒的密封性。

进一步地，所述环向渗流结构包括第三进水通道和第三排水通道；所述第三进水通道设于所述下剪切盒，所述第三排水通道设于所述上剪切盒，所述试样上开设有连通所述第三进水通道与所述第三排水通道的孔道，所述孔道、所述第三进水通道与所述第三排水通道形成环向渗流通道。

进一步地，所述试样与所述上剪切盒的空隙处涂设有硅胶，所述试样与所述下剪切盒的空隙处涂设有硅胶。

进一步地，所述上剪切盒或所述下剪切盒上设有水压传感器，用于检测渗流通道内的压力。

本实用新型提供的一种拉压环剪渗流试验装置，包括拉压环剪试验仪和上述的渗流试验剪切盒，所述渗流试验剪切盒上开设有多个螺栓孔，所述渗流试验剪切盒通过所述螺栓孔安装于所述拉压环剪试验仪上，用于分析试样的渗流特性。

本实用新型提供的渗流试验剪切盒和拉压环剪试验装置具有以下几个方面的有益效果：

本实用新型提供的渗流试验剪切盒，通过设置径向和环向渗流结构，可以执行试验的径向和环向渗流试验。该渗流试验剪切盒结构简单、操控方便，可实现多种试验路径下的渗流，丰富、完善了对剪切面的渗流特性研究，对研究岩石的各项力学性能具有重要意义。

本实用新型提供的拉压环剪渗流试验装置，包括拉压环剪试验仪和上述的渗流试验剪切盒，操控方便，渗流路径多样，误差小，稳定性好。该拉压环剪渗流试验装置可用于研究岩石的抗剪切强度、残余强度及完善岩石强度模型及渗流特性，全面分析岩石力学性质，具有极大的推广应用价值。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

图1为本实用新型具体实施例提供的渗流试验剪切盒的径向渗流结构的一种视角的结构示意图；

图2为本实用新型具体实施例提供的渗流试验剪切盒的径向渗流结构的另一种视角的结构示意图；

图3为本实用新型具体实施例提供的渗流试验剪切盒的环向渗流结构的一种视角的结构示意图；

图4为本实用新型具体实施例提供的渗流试验剪切盒的径向渗流试验的操作步骤图；

图5为本实用新型具体实施例提供的渗流试验剪切盒的环向渗流试验的操作步骤图。

图标：100-渗流试验剪切盒；101-上剪切盒；103-下剪切盒；105-试样；150-密封套筒；151-第一进水通道；153-第一排气通道；155-密封圈；157-第二进水通道；158-第二排气通道；161-第三进水通道；163-第三排水通道。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”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，或者是本实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备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实用新型的限制。

本实用新型的“第一”、“第二”等，仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。

在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

图1为本实用新型具体实施例提供的渗流试验剪切盒100的径向渗流结构的一种视角的结构示意图，请参照图1。

本实施例提供的一种渗流试验剪切盒100，渗流试验剪切盒100包括上剪切盒101、下剪切盒103和密封套筒150。上剪切盒101开设有第一凹槽，下剪切盒103开设有第二凹槽，第一凹槽用于固定连接试样105的一端，第二凹槽用于固定连接试样105的另一端。第一凹槽和第二凹槽的形状大小与试样105的形状大小相适应，试样105一般采用空心圆柱试样105，当然也可以是其他形状的岩石试样105。

密封套筒150套设于上剪切盒101与下剪切盒103的连接处，用于密封试样105。密封套筒150分别与上剪切盒101、下剪切盒103胡定连接。优选地，密封套筒150与下剪切盒103通过螺栓固定连接，当然，也可以采用卡接、扣接、粘接等其他方式。上剪切盒101与密封套筒150之间设有密封圈155，下剪切盒103与密封套筒150之间设有密封圈155，以提高密封套筒150的密封性。试样105和上剪切盒101、试样105和下剪切盒103之间的空隙处涂设有防水胶，比如硅胶等材质。

渗流试验剪切盒100内设有径向渗流结构和环向渗流结构，分别用于对试样105执行径向和环向渗流试验。

具体地，径向渗流结构包括内压流道和外压流道，内压流道包括第一进水通道151和第一排气通道153。第一进水通道151设于下剪切盒103上，第一排气通道153设于上剪切盒101上，第一进水通道151和第一排气通道153通过上剪切盒101与下剪切盒103之间的空腔连通。

图2为本实用新型具体实施例提供的渗流试验剪切盒100的径向渗流结构的另一种视角的结构示意图，请参照图2。

外压流道包括第二进水通道157和第二排气通道158。第二进水通道157设于下剪切盒103上，第二排气通道158设于上剪切盒101上，第二进水通道157和第二排气通道158用于向密封套筒150内施加水压。

应当理解的是，内压流道在空心圆柱的空腔内部形成。外压流道在空心圆柱试样105远离其空腔的一侧形成，即密封套筒150的内表面与空心圆柱的外表面之间形成。第一排气通道153和第二排气通道158均设有第一开关阀，用于控制第一排气通道153和第二排气通道158的连通和关闭。

图3为本实用新型具体实施例提供的渗流试验剪切盒100的环向渗流结构的一种视角的结构示意图，请参照图3。

环向渗流结构包括第三进水通道161和第三排水通道163。第三进水通道161设于下剪切盒103，第三排水通道163设于上剪切盒101，试样105上开设有连通第三进水通道161与第三排水通道163的孔道，孔道、第三进水通道161与第三排水通道163形成环向渗流通道。在进行渗流试验时，试样105与上剪切盒101的空隙处需涂设有硅胶，试样105与下剪切盒103的空隙处需涂设有硅胶，以提高密封性。本实施例中，上剪切盒101或下剪切盒103上设有水压传感器，用于检测渗流通道内的压力。

本实施例中提供的渗流试验盒，既可以执行径向渗流试验，也可以执行环向渗流试验，可以全面地研究剪切面及结构面的渗流特性。其具体试验方法如下：

图4为本实用新型具体实施例提供的渗流试验剪切盒100的径向渗流试验的操作步骤图，请参照图4。需要执行径向渗流试验时，其步骤如下：

S1：连接密封套筒150和螺栓。将密封套筒150通过螺栓与下剪切盒103固定连接。

S2：向岩石试样105内部注水。通过第一进水通道151和第一排气通道153，向岩石试样105内部注水，当第一排气通道153不再出现气泡并连续出水时，视为排气完成，此时关闭第一排气通道153的开关阀。

S3：向密封套筒150内部注水。通过第二进水通道157和第二排气通道158，向密封套筒150注水，当第二排气通道158不再出现气泡并连续出水时，视为排气完成，此时关闭第二排气通道158的开关阀。

S4：施加水压。根据试验要求，分别通过第一进水通道151和第二进水通道157，加载内水压和外水压，直至达到预设的目标值，并进行后续试验。

该径向渗流结构实现了垂直试样105的剪切面的渗流，改进了现有试验装置中只能实现沿剪切面渗流的功能。结合试验装置的拉、压及环剪的功能，对研究剪切面及结构面的渗流特性具有重要意义。

图5为本实用新型具体实施例提供的渗流试验剪切盒100的环向渗流试验的操作步骤图，请参照图5。需要执行环向渗流试验时，其步骤如下：

S201：在试样105上钻取孔道。在环形岩石试样105上钻取与第三进水通道161、第三排水通道163对应的孔道。

S202：在试样105空隙处涂设硅胶。在岩石试样105空隙处涂抹硅胶，实现密封。

S203：连接密封套筒150和螺栓。将密封套筒150通过螺栓与下剪切盒103固定连接。

S204：施加水压。对第三进水通道161进行注水，在第三排水通道163出口处观测出水量，当第三排水通道163不再出现气泡并连续出水时，视为排气完成。随着剪切力的施加，实现沿岩石试样105剪切面的渗流，渗流方向平行于剪切面。

该环向渗流结构实现了平行试样105剪切面的渗流，相比于常规渗流试验的局限性，该设备可实现多种试验路径下的渗流，丰富、完善对剪切面的渗流特性研究。

本实用新型提供的一种拉压环剪渗流试验装置，包括拉压环剪试验仪和上述的渗流试验剪切盒100，渗流试验剪切盒100上开设有多个螺栓孔，渗流试验剪切盒100通过螺栓孔安装于所述拉压环剪试验仪上，用于分析试样105的渗流特性。

值得注意的是，文中提到的可拆卸连接方式或固定连接，除了采用螺栓连接，也可以采用螺纹连接、套接、粘接、卡接、扣接、焊接、铆接等固定连接方式。

综上所述，本实用新型提供的渗流试验剪切盒100和拉压环剪渗流试验装置，具有以下几个方面的有益效果：

本实用新型提供的渗流试验剪切盒100，结构简单、操控方便。可实现多路径的渗流试验，全面分析剪切面的渗流特性。该径向渗流结构实现了垂直岩石试样105剪切面的渗流，改进了现有试验装置中只能实现沿剪切面渗流的功能。结合试验仪拉、压及环剪的功能，对研究剪切面及结构面的渗流特性具有重要意义。该环向渗流结构实现了平行岩石试样105剪切面的渗流，相比于常规渗流试验的局限性，可实现多种试验路径下的渗流，丰富、完善了对剪切面的渗流特性研究。

本实用新型提供的拉压环剪渗流试验装置，可实现岩石拉、压、环剪、渗流及相互耦合的试验，对准确获取岩石抗剪强度、残余强度及变形，改进和完善岩石的本构关系，具有重要意义。控制精准，易于操控，误差小，试验精度高，极大地提高了试验效率及成功率。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改、组合和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种渗流试验剪切盒，其特征在于，所述渗流试验剪切盒包括上剪切盒、下剪切盒和密封套筒；所述上剪切盒开设有第一凹槽，所述下剪切盒开设有第二凹槽，所述第一凹槽用于固定连接试样的一端，所述第二凹槽用于固定连接所述试样的另一端；所述密封套筒套设于所述上剪切盒与所述下剪切盒的连接处，用于密封所述试样；所述渗流试验剪切盒内设有径向渗流结构和环向渗流结构，分别用于对所述试样执行径向和环向渗流试验。

2.根据权利要求1所述的渗流试验剪切盒，其特征在于，所述径向渗流结构包括内压流道，所述内压流道包括第一进水通道和第一排气通道；所述第一进水通道设于所述下剪切盒上，所述第一排气通道设于所述上剪切盒上，所述第一进水通道和第一排气通道通过所述上剪切盒与所述下剪切盒之间的空腔连通。

3.根据权利要求2所述的渗流试验剪切盒，其特征在于，所述径向渗流结构还包括外压流道，所述外压流道包括第二进水通道和第二排气通道；所述第二进水通道设于所述下剪切盒上，所述第二排气通道设于所述上剪切盒上，所述第二进水通道和第二排气通道用于向所述密封套筒内施加水压。

4.根据权利要求3所述的渗流试验剪切盒，其特征在于，所述第一排气通道和所述第二排气通道均设有第一开关阀，用于控制所述第一排气通道和所述第二排气通道的连通和关闭。

5.根据权利要求1所述的渗流试验剪切盒，其特征在于，所述下剪切盒与所述密封套筒通过螺栓固定连接。

6.根据权利要求1所述的渗流试验剪切盒，其特征在于，所述上剪切盒与所述密封套筒之间设有密封圈，所述下剪切盒与所述密封套筒之间设有密封圈，以提高所述密封套筒的密封性。

7.根据权利要求1所述的渗流试验剪切盒，其特征在于，所述环向渗流结构包括第三进水通道和第三排水通道；所述第三进水通道设于所述下剪切盒，所述第三排水通道设于所述上剪切盒，所述试样上开设有连通所述第三进水通道与所述第三排水通道的孔道，所述孔道、所述第三进水通道与所述第三排水通道形成环向渗流通道。

8.根据权利要求7所述的渗流试验剪切盒，其特征在于，所述试样与所述上剪切盒的空隙处涂设有硅胶，所述试样与所述下剪切盒的空隙处涂设有硅胶。

9.根据权利要求1所述的渗流试验剪切盒，其特征在于，所述上剪切盒或所述下剪切盒上设有水压传感器，用于检测渗流通道内的压力。

10.一种拉压环剪渗流试验装置，其特征在于，包括拉压环剪试验仪和权利要求1至9中任一项所述的渗流试验剪切盒，所述渗流试验剪切盒上开设有多个螺栓孔，所述渗流试验剪切盒通过所述螺栓孔安装于所述拉压环剪试验仪上，用于分析试样的渗流特性。