[發明專利]一種采動斷裂巖體裂隙動態閉合滲流模擬試驗裝置及方法

有效

• 申請號: 201710051509.2
• 申請日: 2017-01-23
• 公開（公告）號: CN106908365B
• 公開（公告）日: 2019-05-24
• 發明（設計）人: 王文學;姜彤;黃志全;王科學;劉海寧;王四巍;王忠福;李洪軍;張俊然;任淼;崔帥
• 申請（專利權）人: 華北水利水電大學
• 主分類號: G01N15/08
• 分類號: G01N15/08;G01N33/24
• 代理公司: 鄭州中原專利事務所有限公司 41109
• 代理人: 王曉麗

1.一種采動斷裂巖體裂隙動態閉合滲流模擬試驗裝置，其特征在于：包括滲流測試實驗罐體和裂隙開度測試實驗罐體；所述滲流測試實驗罐體和裂隙開度測試實驗罐體內設斷裂巖體裂隙試樣，斷裂巖體裂隙試樣內設上下貫通傾斜裂隙，在裂隙上盤下段及下盤上段均設軟弱層，裂隙與試樣側邊之間依次設有完整塊體和密封凹槽；試樣上下兩端分別設上、下裂隙保護板，裂隙保護板上設與裂隙重合的通槽；上、下裂隙保護板外設上、下滲透加壓板，滲透加壓板密設滲流孔，在與裂隙保護板接觸面設多個相互連通集水凹槽，其中一集水凹槽與裂隙保護板通槽重合；上、下滲透加壓板分別與垂直荷載加載系統、荷載傳遞監測系統連接；在上、下滲透加壓板外側設罐體上、下密封蓋，上密封蓋設置出水口，下密封蓋內設進水口；試樣與罐體側壁間設置活動側壓板及側壓傳感器，活動側壓板相互間密封連接；對于滲流測試實驗罐體，進水口、出水口分別與滲流加壓系統和滲流測試系統連接；對于裂隙開度測試實驗罐體，裂隙保護板與滲透加壓板間設置帶有導水連接管的密封膜，導水連接管一端對準裂隙保護板通槽，另一端通過滲透加壓板滲流孔，上、下密封蓋出、進水口引出，并與裂隙開度體積測試管連接。

2.如權利要求1所述的采動斷裂巖體裂隙動態閉合滲流模擬試驗裝置，其特征在于：所述實驗罐體內在腔體截面為正方形，腔體每個面均設活動側壓板，活動側壓板之間設側壓板間密封條，活動側壓板上部和下部均設置側壓板端部密封條，活動側壓板與試樣之間設隔水薄膜。

3.如權利要求1所述的采動斷裂巖體裂隙動態閉合滲流模擬試驗裝置，其特征在于：活動側壓板橫斷面為梯形，外寬內窄；所述活動側壓板外側內角為45°，內側內角為135°。

4.如權利要求1所述的采動斷裂巖體裂隙動態閉合滲流模擬試驗裝置，其特征在于：裂隙開度為0.5-2.0mm，傾角為50-90°，裂隙與試樣側邊之間的完整塊體寬度為5-30mm，密封凹槽與裂隙開度同寬、深2.0mm，密封凹槽由塑性隔水材料聚氨酯填充。

5.如權利要求1所述的采動斷裂巖體裂隙動態閉合滲流模擬試驗裝置，其特征在于：裂隙保護板為厚1mm鋼板，寬度尺寸與裂隙試樣橫截面相同，裂隙保護板內設通槽，通槽位置及尺寸根據裂隙試樣內預制裂隙參數設置，裂隙保護板通槽與裂隙試樣端面裂隙開口重合。

6.如權利要求1所述的采動斷裂巖體裂隙動態閉合滲流模擬試驗裝置，其特征在于：所述垂直荷載加載系統包括依次相連的伺服加載萬能試驗機、荷載轉換器、加載千斤頂和與上滲透加壓板連接的上荷載活塞，荷載傳遞監測系統包括與下滲透加壓板連接的下荷載活塞及底座荷載傳感器。

7.如權利要求1所述的采動斷裂巖體裂隙動態閉合滲流模擬試驗裝置，其特征在于：所述滲流加壓系統包括依次連接的進水口水壓力傳感器、水壓穩壓罐體、穩壓溢流閥、泵組及集水箱，進水口水壓力傳感器與進水口連接；所述滲流測試系統包括依次相連的出水口水壓力傳感器、流量計及集水箱，出水口水壓力傳感器與出水口連接。

8.如權利要求7所述的采動斷裂巖體裂隙動態閉合滲流模擬試驗裝置，其特征在于：所述流量計為并聯連接的兩個，分別為中型流量計和微型流量計。

9.如權利要求6所述的采動斷裂巖體裂隙動態閉合滲流模擬試驗裝置，其特征在于：所述兩個實驗罐體共同放置于約束框架內，對應于兩個試驗罐體中心位置上方的約束框架上安裝有加載千斤頂，下方安裝有底座荷載傳感器。

10.如權利要求1-9任一項所述的采動斷裂巖體裂隙動態閉合滲流模擬試驗裝置的試驗方法，其特征在于包括以下步驟：

（1）、制作裂隙試樣：在裂隙試樣模具內固定預制裂隙鋼板，將下裂隙保護板穿過預制裂隙鋼板放入模具底部，在底部裂隙鋼板上側放入預制好的軟弱層塊體，向模具內注入配置好的非親水性相似裂隙試樣材料，在上部裂隙鋼板下側放入另一塊預制好的軟弱層塊體，在模具上方穿過預制鋼板放入上裂隙保護板，振動均勻后，待裂隙試樣達到一定強度后拆模，拔出預制裂隙鋼板，進行養護，養護完成后在裂隙邊界密封凹槽內填充塑性隔水材料；

（2）、安裝裂隙試樣：一、對于滲流測試：首先在下密封蓋上放入下滲透加壓板，將養護好的裂隙試樣側壁包裹隔水薄膜，然后放在下滲透加壓板上，保證下滲透加壓板的某一集水凹槽與下裂隙保護板通槽重合，并逐步安裝活動側壓板，固定罐體側壁，放入上滲透加壓板，保證上滲透加壓板的某一集水凹槽與上裂隙保護板通槽重合，安裝上密封蓋，固定密封整個罐體，將上、下滲透加壓板分別與垂直荷載加載系統、荷載傳遞監測系統連接，進水口、出水口分別與滲流加壓系統和滲流測試系統連接；二、對于裂隙開度測試：在上述安裝過程中，在上滲透加壓板與上裂隙保護板、下滲透加壓板與下裂隙保護板之間設連有導水連接管的密封膜，與密封膜連接的上導水連接管、下導水連接管一端對準裂隙保護板內通槽，另一端通過滲透加壓板引出罐體，然后固定密封整個罐體，向裂隙試樣內注入液體至完全飽和，然后將上導水連接管、下導水連接管另一端與裂隙開度體積測試管連接；

（3）模擬測試：一、滲流測試：首先施加設定水壓力和流量，然后測試荷載為零時，在設定滲透壓力條件下裂隙試樣的滲流量，再按照裂隙巖體應力恢復路徑施加垂直荷載及預設穩定水壓，并進行數據采集；二、裂隙開度測試：裂隙開度測試實驗罐體與滲流測試實驗罐體同步加載且垂直荷載加載路徑相同，監測裂隙開度體積測試管水位，與滲流測試罐體監測數據同步采集；

（4）卸載：當監測到滲流為零時或者達到預設荷載時，停止加載，卸載過程中繼續采集各監測指標，直至各項數據穩定不變；

（5）模型拆卸和現象觀測：打開罐體，觀測裂隙試樣的破壞變形特征，然后進行數據處理。