[發明專利]巖石節理剪切－滲流耦合試驗系統

有效

• 申請號: 200710040457.5
• 申請日: 2007-05-09
• 公開（公告）號: CN101059495A
• 公開（公告）日: 2007-10-24
• 發明（設計）人: 夏才初;王偉;蔡永昌;趙旭;李宏哲;杜良平
• 申請（專利權）人: 同濟大學
• 主分類號: G01N33/24
• 分類號: G01N33/24;G01N33/00;G01N3/00
• 代理公司: 上海光華專利事務所
• 代理人: 余明偉

技術領域

本發明涉及一種進行巖石節理剪切-滲流耦合試驗的試驗系統。

背景技術

自然界中的巖體受到外力作用時，會產生節理和裂隙等結構面，某個區域的完 整巖石受到外力作用破裂時，會形成一對節理面。國內外進行巖石節理的剪切-滲 流耦合試驗，多存在兩個方面的問題：滲透水壓值過小和輻射狀的水流方式。滲透 水壓值過小，水頭高度只有2m多，低滲透壓力下，剪切盒的密封較容易實現，而 實際工程中的最大水頭高度甚至超過1000m，很難對剪切盒做密封；而輻射流的滲 流方式，即從節理面中心鉆孔注水向四周流動，這種滲流方式，只要能滿足連續的 水流方式，對剪切盒可以不做密封，但這與實際情況也是不相符的，自然界水在節 理中的流動方式應該為單面流，即從節理面的一端流向另一端。

由于前述難題的存在，可進行巖石節理的剪切-滲流耦合試驗的試驗機發展緩 慢，目前，國內外進行巖石節理的剪切滲流耦合試驗，大多是將巖石節理裝入經獨 特設計的密封剪切盒內，并安裝到直剪試驗機上，通過直剪試驗機在巖石上分別施 加不同的切向力和法向力，通過位移傳感器測量巖石節理的開度變化和切向位移。 要測量水在巖石節理中滲流的流量，必須使用另外的專用試驗設備來進行。無法形 成一體化的集合試驗力加載裝置、水壓加載流量測量裝置、密封剪切盒和張開度測 量裝置的巖石節理剪切-滲流耦合試驗系統，從而實現在穩態水壓或瞬態水壓滲流 狀態下的巖石節理剪切試驗，并對豎向力和水平力、張開度和水平位移以及流量同 時做出精確測量。

因此，如何解決現有技術存在的諸多缺點實已成為本領域技術人員亟待解決的技術 課題。

發明內容

本發明的目的在于提供一種巖石節理剪切-滲流耦合試驗系統，能進行巖石節 理剪切-滲流耦合試驗，在進行加載的可同時獲得節理張開度、水平位移、流量的 變化值。

為實現上述目的，本發明提供一種巖石節理剪切-滲流耦合試驗系統，包括一 剪切盒、一試驗力加載及位移測量裝置，一張開度測量裝置和一計算機，所述剪切 盒有一進水通道和一出水通道，其特征在于，還包括一滲流檢測裝置，該滲流檢測 裝置包括一進水裝置和一出水流量測量裝置，該進水裝置聯通剪切盒的進水通道的 進水口，出水流量測量裝置聯通剪切盒的出水通道的出水口。

其中，所述出水流量測量裝置包括一集水箱、一第二流量計；第二流量計連接 在剪切盒的出水口和集水箱之間，第二流量計與計算機相連。

其中，所述出水流量測量裝置還包括一反壓加載裝置、一第二液壓傳感器和一 控制器，第二液壓傳感器安裝在出水管上，與控制器電連接，控制器與反壓加載裝 置電連接，控制出水管的出水壓力，保證進水管與出水管的壓力差；反壓加載裝置 安裝在第二流量計和第二液壓傳感器之間，控制器由計算機伺服控制。

其中，所述出水流量測量裝置還包括一壓力感應器，壓力感應器安裝在第二流 量計和集水箱之間，與計算機相連。

優選地是，所述進水裝置包括一儲水箱、一水壓加載裝置、一第一液壓傳感器； 第一液壓傳感器安裝在進水管上，與控制器電連接，水壓加載裝置安裝在第一液壓 傳感器和儲水箱之間，控制器由計算機伺服控制。

更優選地是，所述進水裝置還包括一第一流量計，第一流量計安裝在儲水箱和 水壓加載裝置之間，第一流量計與計算機相連。

更優選地是，所述出水流量測量裝置的集水箱為一密封容器，該密閉容器有一個 有開關控制的出口，通往進水裝置的儲水箱。

使用本發明，可以在巖石節理剪切的基礎上，進行剪切-滲流耦合試驗，在試 驗過程中可以任意改變豎向力、水平力、水壓值，并可同時獲得張開度、剪切位移 和流量變化值；試驗過程中，水流可以模擬自然流動狀態，因此，獲得的試驗結果 更能真實有效地用于指導實際工程。同時，使用本系統，一次獲得所需數據，無需 多套設備，降低了試驗成本，節約了試驗時間和后期數據的處理時間，提高了工作 效率，操作更人性化。

附圖說明

圖1為本發明的巖石節理剪切-滲流耦合試驗系統的結構方框圖

圖2a為本發明中的剪切盒的縱剖視圖；

圖2b為圖2a沿B-B線的剖視圖；

圖2c為圖2a沿A-A線的剖視圖；

圖3是本發明中的滲流檢測裝置的工作原理圖；

圖4為是本發明中的試驗力加載及位移測量裝置的工作原理圖；