[發(fā)明專利]巖石剪切-滲流試驗機及其試驗方法

有效

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• 申請日: 2019-11-18
• 公開（公告）號: CN110687274B
• 公開（公告）日: 2022-01-11
• 發(fā)明（設計）人: 王公忠;徐星;王妮;劉小杰;張世煜;仝憲格;代豐鳴;馮亞超
• 申請（專利權）人: 河南工程學院
• 主分類號: G01N33/24
• 分類號: G01N33/24
• 代理公司: 鄭州慧廣知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 41160
• 代理人: 付曉利

本發(fā)明提出了一種巖石剪切?滲流試驗機及其試驗方法，試驗機包括密封試驗盒，所述密封試驗盒包括中空框架，中空框架內設置有巖石試樣，巖石試樣上端設置有Z軸加載板，X軸方向的兩側均設置有上X軸加載板和下X軸加載板，Y軸方向的兩側均設置有上Y軸加載板和下Y軸加載板，上X軸加載板和下X軸加載板之間設置有第一密封組件，第一密封組件包括弧形的彈性金屬套，彈性金屬套內設置有第一聚氨酯封水囊，上Y軸加載板和下Y軸加載板之間設置有與第一聚氨酯封水囊的端部相連的第二聚氨酯封水囊。本發(fā)明實現了模擬巖石的三軸應力狀態(tài)下，對巖石剪切破壞以及滲流的實時測試，在巖石試樣裂縫的四周形成了一個無縫的密封圈實現有效密封。

技術領域

本發(fā)明涉及巖石力學領域，特別是指一種巖石剪切-滲流試驗機及其試驗方法。

背景技術

水對巖石工程的穩(wěn)定性有較大的影響，目前已有的巖石剪切-滲流試驗裝置及方法較多，如CN102944665B公開了一種適用于巖石節(jié)理剪切滲流耦合試驗的剪切盒及試驗方法，涉及單法向力以及直剪切力，無法對真實地層的受力情況過程進行模擬；如CN207215662U公開了一種伺服控制的巖石裂隙剪切滲流試驗密封裝置，也是只涉及單法向力以及直剪切力，可隨裂縫變形自行修正密封壓力，但是隨著巖石試樣的剪切位移以及變形，巖石試樣裂縫兩側的端部與水腔的端部相接處容易出現密封不嚴漏水的情況。

CN108519293A公開了一種真三軸巖石剪切滲流實驗裝置，在X、Y、Z三軸應力狀態(tài)，對巖石剪切破壞以及滲流進行實時測試，但是巖石試樣的裂縫兩側并未進行密封，水流可能從巖石試樣裂縫的兩側流出，而非沿裂縫的剪切面流動。現有巖石剪切-滲流試驗裝置主要存在以下問題：密封試驗盒密封措施有限，巖石在剪切滲透過程中，可能出現剪縮、剪脹等變形，無法實現良好的封水效果；無法實現較大的剪切位移，很難實現巖石試樣在復雜載荷作用下的剪切滲透試驗。

發(fā)明內容

本發(fā)明提出一種巖石剪切-滲流試驗機及其試驗方法，實現了模擬巖石的三軸應力狀態(tài)下，對巖石剪切破壞以及滲流的實時測試，兩個第二聚氨酯封水囊和兩個第一聚氨酯封水囊依次首尾相連構成了方形，即可巖石試樣裂縫的四周形成了一個無縫的密封圈，無論巖石試樣為剪縮、剪脹或者錯位相對移動，均可實現有效密封。

本發(fā)明的技術方案是這樣實現的：巖石剪切-滲流試驗機，包括密封試驗盒，所述密封試驗盒包括由六個外板可拆卸組成的中空框架，中空框架內設置有巖石試樣，巖石試樣上端設置有Z軸加載板，巖石試樣X軸方向的兩側均設置有上X軸加載板和下X軸加載板，巖石試樣Y軸方向的兩側均設置有上Y軸加載板和下Y軸加載板，上X軸加載板和下X軸加載板之間設置有第一密封組件，第一密封組件與巖石之間構成了滲水腔，第一密封組件包括弧形的彈性金屬套，彈性金屬套開口朝外且通過支撐板與對應的外板相連，彈性金屬套內設置有第一聚氨酯封水囊，上Y軸加載板和下Y軸加載板之間設置有第二聚氨酯封水囊，第二聚氨酯封水囊的端部與第一聚氨酯封水囊的端部相連。

進一步地，第二聚氨酯封水囊為梯形結構，第二聚氨酯封水囊較寬的一端朝向巖石試樣，上Y軸加載板的下端和下Y軸加載板上端均為與第二聚氨酯封水囊配合的傾斜面。

進一步地，第一聚氨酯封水囊和第二聚氨酯封水囊分別與液壓系統(tǒng)相連。

進一步地，上X軸加載板和下X軸加載板與同側的外板之間構成了活動腔，上Y軸加載板和下Y軸加載板與同側的外板之間之間設置有橡膠套。

進一步地，上X軸加載板的下端設置有上密封片，下X軸加載板的上端設置有下密封片，彈性金屬套的上端與上密封片相抵，下端與下密封片相抵。

進一步地，上X軸加載板和下X軸加載板內均設置有與滲水腔相通的輸水管道。

進一步地，六個外板相接的拐角處與對應的相鄰加載板的夾角處均設置有密封墊。

所述的巖石剪切-滲流試驗機的試驗方法，包括以下步驟：