[發(fā)明專利]一種適用于三軸試驗機滲流各向異性試驗裝置及試驗方法

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• 申請日: 2020-07-01
• 公開（公告）號: CN111579464A
• 公開（公告）日: 2020-08-25
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 趙星光;范棟玨;趙志宏;劉健;陳亮;王駒
• 申請（專利權(quán)）人: 核工業(yè)北京地質(zhì)研究院
• 主分類號: G01N15/08
• 分類號: G01N15/08
• 代理公司: 北京高沃律師事務(wù)所 11569
• 代理人: 韓雪梅

本發(fā)明公開一種適用于三軸試驗機滲流各向異性試驗裝置及試驗方法，屬于巖石力學(xué)滲流試驗領(lǐng)域，用以在三軸試驗機上進行巖石滲流各向異性滲流試驗。本發(fā)明通過在中部含水平貫通裂隙的巖石試樣內(nèi)部加工透水孔，利用過水通道及控制閥門改變裂隙面流體滲流方向，從而獲得裂隙面在不同方向上的流量；此外，本發(fā)明所能密封的水壓較高，將三軸室內(nèi)的圍壓升高至水壓的兩倍以上，即可進行高水壓條件下的滲流試驗。本發(fā)明簡單可靠，成本較低，可通過對含有滲流功能的三軸試驗機的上進水壓頭進行改造，即可進行滲流各向異性滲流試驗，實用性強。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及巖石力學(xué)滲流試驗領(lǐng)域，特別是涉及一種適用于三軸試驗機滲流各向異性試驗裝置及試驗方法。

背景技術(shù)

地下巖體中存在著大量的天然裂隙，裂隙的發(fā)育會劣化巖體的工程特性，從而導(dǎo)致地下工程失穩(wěn)或發(fā)生安全事故。在高放廢物深地質(zhì)處置中，放射性核素會隨地下水沿巖石中裂隙形成的通道向生物圈遷移和擴散。因此，裂隙巖體滲流特性是高放廢物處置庫圍巖工程特性的研究重點。在實際的工程應(yīng)用中，巖體裂隙內(nèi)流體的流動不僅僅只是簡單的平直流，還會存在由內(nèi)向外的輻射流。此時二維平行板模型將不再適用，而需進行輻射流的研究。巖石裂隙三維表面形態(tài)存在各向異性特征，導(dǎo)致流體在不同方向上流過裂隙面時的滲透性能差異較大，因而需要對裂隙面上滲流的各向異性進行研究。

室內(nèi)輻射流滲透試驗研究對于揭示巖石的滲透特性及外部條件對于裂隙滲透特性的影響、建立并驗證相應(yīng)的理論模型具有重要意義。裂隙輻射流滲流試驗需要實現(xiàn)在不同外部條件下的滲流過程，因此對試驗條件的要求較高。目前，國內(nèi)外學(xué)者研發(fā)了大量裂隙應(yīng)力-滲流耦合試驗裝置。但現(xiàn)有這些裝置無法測量裂隙面各個方向的滲流性能，且所能密封的最大水壓較低。因此，建立一種簡單可靠的輻射流各向異性試驗裝置及測試方法，是巖石裂隙輻射流各向異性研究的要求，對上述工程應(yīng)用具有重要意義。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種適用于三軸試驗機滲流各向異性試驗裝置及試驗方法，用以在三軸試驗機上進行巖石滲流各向異性滲流試驗。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了如下方案：

本發(fā)明提供一種適用于三軸試驗機滲流各向異性試驗裝置，包括進水壓頭、巖石試樣和出水壓頭，所述巖石試樣夾持于所述進水壓頭和所述出水壓頭之間；所述巖石試樣中部含有水平貫通裂隙，所述水平貫通裂隙用于將所述巖石試樣分為上部試樣和下部試樣；所述進水壓頭設(shè)置有進水口，所述進水口通過進水通道與所述上部試樣或所述下部試樣連通；所述出水壓頭設(shè)置有出水口，所述上部試樣或所述下部試樣內(nèi)在多向分別設(shè)置出水通道與所述出水口連通；各所述出水通道上均設(shè)置有密封閥門，用于控制對應(yīng)出水通道的閉通；

所述試驗裝置用于使用安裝在具有滲流功能的三軸試驗機上。

可選的，所述進水通道由所述巖石試樣的內(nèi)部通道與所述進水壓頭的內(nèi)部通道相連而成，接口處設(shè)置有密封圈。

可選的，所述出水通道由所述巖石試樣的內(nèi)部通道與所述出水壓頭的內(nèi)部通道相連而成，接口處設(shè)置有密封圈。

可選的，所述出水通道周向均勻設(shè)置有八條，各條所述出水通道垂直分布；所述出水通道一端連至所述水平貫通裂隙，另一端匯集于所述出水口。

可選的，所述密封閥門包括堵頭，所述堵頭的一端徑向貫通設(shè)置通水孔，另一端設(shè)置用于控制所述堵頭進退的螺母；調(diào)節(jié)所述螺母使所述通水孔與所述出水通道完全錯開，所述出水通道關(guān)閉；調(diào)節(jié)所述螺母使所述通水孔與所述出水通道交叉重合，所述出水通道連通。

可選的，所述水平貫通裂隙的外周縫隙通過硅膠層密封。

可選的，所述巖石試樣的外層包裹有熱縮管，所述熱縮管通過箍圈綁扎固定在進水壓頭和出水壓頭上。

同時，本發(fā)明提供一種基于上述適用于三軸試驗機滲流各向異性試驗裝置的試驗方法，主要包括如下步驟：