[發(fā)明專利]一種同時(shí)測(cè)定破碎巖石蠕變參數(shù)及滲透參數(shù)的操作方法

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210104604.1
• 申請(qǐng)日: 2012-04-11
• 公開（公告）號(hào): CN102620996A
• 公開（公告）日: 2012-08-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李順才
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 江蘇師范大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N3/10
• 分類號(hào): G01N3/10;G01N15/08
• 代理公司: 南京知識(shí)律師事務(wù)所 32207
• 代理人: 高桂珍

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種破碎巖石力學(xué)性質(zhì)的測(cè)試方法，尤其是一種同時(shí)測(cè)定破碎巖石蠕變參數(shù)及滲透參數(shù)的操作方法。

背景技術(shù)

工程中的破碎巖石大致可分為兩類：一類是受構(gòu)造及采動(dòng)作用破碎后仍處于原來位置的原位破碎巖石，一類是因工程開挖而破碎冒落并在高壓作用下可再次壓實(shí)的堆積破碎巖石。破碎巖石具有孔隙度大、滲透性高等特點(diǎn)，其時(shí)間相關(guān)性變形（尤其是蠕變）及滲流行為對(duì)巖石內(nèi)部液體和氣體的運(yùn)移、地面建筑的長(zhǎng)期穩(wěn)定性等會(huì)帶來嚴(yán)重影響。目前，承壓破碎巖石的變形與滲流耦合研究是水利及采礦工程的熱門課題，特別是近年來作為綠色開采關(guān)鍵技術(shù)之一的“煤矸石置換開采技術(shù)”的推廣、應(yīng)用以來，關(guān)于破碎矸石充填的密實(shí)程度、長(zhǎng)期變形和滲流行為對(duì)控制地面沉降的作用及其對(duì)煤柱穩(wěn)定性的影響研究已提出了迫切的要求。

目前，人們對(duì)破碎巖石的滲流和蠕變作為兩個(gè)獨(dú)立的過程或滲流與蠕變的階段性耦合過程已進(jìn)行了較多的研究，但兩者相互影響的試驗(yàn)成果以及蠕變?nèi)^程中滲透特性試驗(yàn)的研究資料卻很少，這主要是因?yàn)槿鄙籴槍?duì)破碎巖石蠕變-滲透全程耦合的操作系統(tǒng)及操作方法。雖然，李順才等設(shè)計(jì)了破碎巖石蠕變與滲透全程耦合的專利裝置（ZL?201120034981.3），但這只是一種操作裝置，未曾涉及到破碎巖石蠕變—滲透全程耦合時(shí)同時(shí)測(cè)定其蠕變參數(shù)和滲透參數(shù)的操作方法。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服破碎巖石蠕變-滲透全程耦合試驗(yàn)中存在的問題，本發(fā)明提供一種同時(shí)測(cè)定破碎巖石蠕變參數(shù)及滲透參數(shù)的操作方法，該操作方法不僅可以獲取破碎巖石蠕變與滲透全程耦合時(shí)的蠕變模型，進(jìn)而對(duì)比分析不同滲流壓力對(duì)蠕變特性的影響以及蠕變不同階段的滲透特性，而且還能反映出蠕變及滲流的相互影響，為破碎巖石蠕變-滲流耦合的理論分析及數(shù)值模擬提供依據(jù)；另外，該操作方法成本低，操作方便，通過設(shè)計(jì)不同的操作方案，可以獲取蠕變及滲流的各種性能參數(shù)，具有較強(qiáng)的實(shí)用性。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：該同時(shí)測(cè)定破碎巖石蠕變參數(shù)及滲透參數(shù)的操作方法采用破碎巖石蠕變—滲透全程耦合試驗(yàn)裝置實(shí)現(xiàn)軸向壓力及滲透壓差的加載，具體操作方法包括六個(gè)步驟：

（1）確定破碎巖石加載前在缸筒中的初始高度；

（2）開啟軸向加載裝置，加油壓0.5MPa，使連接密實(shí)；

（3）啟動(dòng)電動(dòng)試壓泵飽和巖石；

（4）施加軸向載荷，并保持恒定，操作前預(yù)設(shè)4級(jí)遞增的載荷值，即可得到4級(jí)遞增的應(yīng)力水平；

（5）按設(shè)定水壓給巖石注水滲流，滲透加載要求設(shè)置4級(jí)遞增的水壓，在每級(jí)軸向應(yīng)力保持恒定的蠕變階段，滲透裝置按設(shè)定的4級(jí)水壓分別向巖石注水滲流6小時(shí)；

（6）改變軸向載荷進(jìn)行下一級(jí)應(yīng)力階段的蠕變—滲透測(cè)試，改變油壓，得到不同的軸向壓力及應(yīng)力，再按前面（4）～（5）的測(cè)試原理及方法進(jìn)行操作，可得到不同載荷下巖石其位移的蠕變曲線及其滲透參數(shù)隨位移S的變化規(guī)律。

根據(jù)該操作方法，軸向載荷F可由油壓表讀數(shù)p及液壓缸內(nèi)截面面積A計(jì)算得到；每級(jí)水壓下的平均滲流速度由流量傳感器采集的體積流量Q及缸筒內(nèi)截面面積A₁計(jì)算得到；巖石的壓縮位移S由位移計(jì)讀數(shù)得到，巖石兩端的滲透壓差由水壓表的讀數(shù)計(jì)算得到，然后用以計(jì)算巖石兩端的孔壓梯度；當(dāng)4級(jí)水壓的滲流加載完畢后，才能開始下一級(jí)軸向壓應(yīng)力的加載及蠕變、滲流。在每級(jí)軸向應(yīng)力的蠕變階段，滲透特性參數(shù)由孔壓梯度與平均滲流速度的散點(diǎn)圖，通過Forchheimer非線性滲流關(guān)系式擬合得到；每級(jí)軸向應(yīng)力下的蠕變?nèi)齾?shù)，由軸向宏觀應(yīng)變的時(shí)間曲線，通過Kelvin-Volgt蠕變模型擬合得到。

本發(fā)明的有益效果是，該同時(shí)測(cè)定破碎巖石蠕變參數(shù)及滲透參數(shù)的操作方法不僅可以獲取破碎巖石蠕變與滲透全程耦合時(shí)的蠕變模型，進(jìn)而對(duì)比分析不同滲流壓力對(duì)蠕變特性的影響以及蠕變不同階段的滲透特性，而且還能反映出蠕變及滲流的相互影響，為破碎巖石蠕變—滲流耦合的理論分析及數(shù)值模擬提供依據(jù)；另外，該操作方法成本低，操作方便，通過設(shè)計(jì)不同的操作方案，可以獲取蠕變及滲流的各種性能參數(shù)，具有較強(qiáng)的實(shí)用性。

附圖說明