[發(fā)明專利]高滲透壓力下巖石節(jié)理全剪切-滲流耦合試驗(yàn)剪切滲流盒

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710059975.5
• 申請日: 2017-01-24
• 公開（公告）號: CN106769780B
• 公開（公告）日: 2019-07-05
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 夏才初;錢鑫;桂洋;黃曼;江山;張亮;莊小清;喻強(qiáng)鋒
• 申請（專利權(quán)）人: 同濟(jì)大學(xué);長春市朝陽試驗(yàn)儀器有限公司
• 主分類號: G01N15/08
• 分類號: G01N15/08
• 代理公司: 上海科盛知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31225
• 代理人: 王小榮

本發(fā)明涉及一種高滲透壓力下巖石節(jié)理全剪切?滲流耦合試驗(yàn)剪切滲流盒，包括用于放置巖石試樣的上盒體和下盒體、設(shè)置在巖石試樣寬度方向兩側(cè)的側(cè)板、設(shè)置在下盒體底部的承臺以及壓在巖石試樣的法向加載墊塊，上盒體、下盒體和側(cè)板共同形成一個用于放置巖石試樣的腔體，下盒體和側(cè)板通過螺栓固定，側(cè)板的中部設(shè)有直線軌道，上盒體放置在該直線軌道上，上盒體中設(shè)有與腔體連通的入水通道，下盒體中設(shè)有與腔體連通的出水通道。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明與工程中巖體的真實(shí)滲流情況更接近，且能很好實(shí)現(xiàn)巖石節(jié)理試樣在剪切過程中的密封問題，能承受高滲透水壓力，試驗(yàn)精度更高，并能夠更好地模擬自然狀態(tài)的巖石節(jié)理全剪切?滲流耦合試驗(yàn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及剪切盒及試驗(yàn)方法，具體涉及一種高滲透壓力下巖石節(jié)理全剪切-滲流耦合試驗(yàn)剪切滲流盒.

背景技術(shù)

深部地下工程主要涉及到核廢料處置、地下天然氣儲庫、深部采礦、CO₂封存、地?zé)衢_發(fā)和壓氣儲能等涵蓋國計民生的各個領(lǐng)域。在富含水的深部地下工程中，節(jié)理裂隙中往往存在著高滲透差、高水力梯度會引起的高流速滲流以及巖體穩(wěn)定性問題。一方面深部巖體工程穩(wěn)定性很大程度上取決于節(jié)理滲流特性，反過來深部巖體中應(yīng)力的變化，尤其是剪切應(yīng)力的作用，導(dǎo)致節(jié)理發(fā)生張開或閉合變形而引起節(jié)理的滲流特性。高滲透壓下深部巖體節(jié)理中的滲流與應(yīng)力耦合特性已成為了大型深部地下工程穩(wěn)定性分析中的迫切需要解決的關(guān)鍵性科學(xué)問題。

目前對巖石節(jié)理進(jìn)行室內(nèi)剪切-滲流耦合試驗(yàn)是研究節(jié)理全剪切-滲流耦合特性研究的直接有效的手段。而研制巖石節(jié)理全剪切-滲流耦合試驗(yàn)系統(tǒng)最核心的技術(shù)難點(diǎn)在于剪切滲流盒的設(shè)計與制作。在對節(jié)理的水力耦合特性研究的早期，由于試驗(yàn)條件的限制，尤其是滲流密封技術(shù)，試驗(yàn)開展主要集中在節(jié)理的輻射流和法向-滲流耦合試驗(yàn)，進(jìn)行節(jié)理剪切-滲流耦合試驗(yàn)并不多。目前國內(nèi)僅有幾臺關(guān)于巖石節(jié)理剪切-滲流耦合特性的試驗(yàn)設(shè)備，由于密封技術(shù)及剪切滲流盒設(shè)計缺陷，在實(shí)際的試驗(yàn)過程中巖石節(jié)理的剪切滲流存在著密封效果差和試驗(yàn)結(jié)果精度不高(剪切盒系統(tǒng)的摩擦過大)的情況，尤其是在高滲透壓力作用下，無法實(shí)現(xiàn)良好的密封效果。因此本領(lǐng)域技術(shù)人員致力于開發(fā)一種高滲透壓力作用下試驗(yàn)精度更高密封效果更好的全剪切-滲流耦合試驗(yàn)剪切盒。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種承受水壓高、實(shí)驗(yàn)精確度高的高滲透壓力下巖石節(jié)理全剪切-滲流耦合試驗(yàn)剪切滲流盒。

本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：一種高滲透壓力下巖石節(jié)理全剪切-滲流耦合試驗(yàn)剪切滲流盒，所述剪切滲流盒包括用于放置巖石試樣的上盒體和下盒體、設(shè)置在巖石試樣寬度方向兩側(cè)的側(cè)板、設(shè)置在下盒體底部的承臺以及壓在巖石試樣上方的法向加載墊塊，所述上盒體、下盒體和側(cè)板共同形成一個用于放置巖石試樣的腔體，所述下盒體和側(cè)板通過螺栓固定，側(cè)板的中部設(shè)有直線軌道，所述上盒體放置在該直線軌道上，所述上盒體中設(shè)有與腔體連通的入水通道，所述下盒體中設(shè)有與腔體連通的出水通道。

所述的上盒體包括上頂板、設(shè)置在上頂板兩端的上剪切盒和上固定剪切塊以及設(shè)置在上剪切盒和巖石試樣之間的上移動剪切塊，所述巖石試樣的一側(cè)與上固定剪切塊緊貼，巖石試樣的另一側(cè)通過上移動剪切塊與所述上剪切盒連接，所述的上頂板、上剪切盒和上固定剪切塊一體成型，所述的上頂板中部設(shè)有矩形的通孔，所述法向加載墊塊穿過該矩形的通孔壓在巖石試樣的上部，且上頂板放置在直線軌道上，另外，直線導(dǎo)軌上設(shè)有小型滾輪，使得上頂板和直線導(dǎo)軌之間的摩擦為滾動摩擦，可以忽略不計，在上盒體和下盒體剪切移動時，不會因上頂板和直線導(dǎo)軌之間的摩擦力而影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

所述上移動剪切塊包括一號上楔形剪切塊和二號上楔形剪切塊，所述一號上楔形剪切塊的頂面通過緊固內(nèi)六角螺釘與上頂板固定，一號上楔形剪切塊的一側(cè)面與巖石試樣緊貼，另一側(cè)呈楔形，所述二號上楔形剪切塊的一側(cè)與上剪切盒貼緊，另一側(cè)為與一號上楔形剪切塊相匹配的楔形，二號上楔形剪切塊的頂部通過上定位內(nèi)六角螺釘與上頂板垂直移動連接。利用螺釘將上頂板和一號上楔形剪切塊固定，避免了一號上楔形剪切塊在巖石試樣剪切滲流過程中因剪脹而隨試樣向上發(fā)生位移。