[發明專利]一種巖石結構面滲透率測試裝置及方法

在審

• 申請號: 202210049880.6
• 申請日: 2022-01-17
• 公開（公告）號: CN114544458A
• 公開（公告）日: 2022-05-27
• 發明（設計）人: 唐勁舟;楊科;趙光明;殷志強;劉欽節;邵逸文
• 申請（專利權）人: 安徽理工大學
• 主分類號: G01N15/08
• 分類號: G01N15/08
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司 11246
• 代理人: 陳國強

本發明公開了一種巖石結構面滲透率測試裝置及方法，包括巖石結構面試件系統、滲流系統、軸向加載系統、圍壓加載系統和數據采集系統，所述巖石結構面試件系統包括置于三軸腔中的含有結構面的圓柱形巖石試樣；所述滲流系統包括水箱、上導水板、下導水板；所述軸向加載系統包括伺服電機、減速機、液壓活塞、液壓缸、上壓頭、上加載板和下加載板；所述圍壓加載系統包括液壓油箱；所述數據采集系統包括壓力傳感器、第一壓力表、第二壓力表、第三壓力表、第四壓力表、第一流量表、流量表、電腦。本發明能夠實現含不同傾角結構面圓柱形巖樣在不同軸壓、不同孔壓、不同圍壓作用下滲透率的測量。

技術領域

本發明涉及巖石結構面滲透率的測試，具體涉及一種巖石結構面滲透系數測試裝置及方法。

背景技術

巖石結構面是壩基工程、采礦工程、地下儲氣庫圍巖中普遍存在的介質，巖體內部大量的結構面不僅影響并決定巖體的物理力學性質，同時作為滲流通道對于巖體的滲透性質起著主控作用。而在深部高應力環境下，圍巖中結構面受深部高應力、地下水的影響，或閉合或擴張，對巖體的滲透性又有一定的影響，所以，整個工程巖體中的環境極為復雜。由于大型原位試驗存在操作復雜，成本高等問題，因此，采用室內試驗的方式，對巖石結構面的力學性質和滲透特性等進行研究對壩基工程、地下儲氣庫工程、CO₂地質封存等的設計施工均具有極為重要的實際意義。

巖石結構面滲透率的影響因素眾多，巖石結構面的滲透性隨著圍壓的增大而非線性降低，隨著孔壓的增大而增大，滲透率與孔隙率非線性相關。同時，滲透率與體積變化之間的關系具有類似的規律，在低應力作用下，試件體積不斷縮小，滲透率也隨之減小，當應力超過裂紋損傷閾值后，試件會出現擴容現象，之后滲透率也隨體積應變的增大而增大。另外結構面傾角、結構面的粗糙度對巖石結構面滲透率也有較大的影響。雖然對于裂隙巖體的研究較多，但是大多采用斷續裂隙巖體進行研究，這種方式無法考慮結構面的粗糙度和長度，所以并不是真正意義上針對結構面的滲流特性進行研究，也就不能完全反映結構面的滲流特性，另外，如何保證滲流過程中滲流介質從結構面中流通，而不是從巖石內部的其他孔隙或者其它位置滲流是我們亟需解決的難題，這也是目前對于結構面滲透率的研究較少的主要原因。

通過室內巖石結構面滲流試驗來了解巖石結構面的在不同條件下的滲流特征，為各種巖體工程的設計及其建造提供重要的理論依據。

發明內容

本發明的目的是提供一種巖石結構面滲透率測試裝置及方法，以保證滲流過程中滲流介質從結構面中流通，而不是從巖石內部的其他孔隙或者其它位置滲流。

為實現上述目的，本發明采用以下技術方案：

一種巖石結構面滲透率測試裝置，包括巖石結構面試件系統、滲流系統、軸向加載系統、圍壓加載系統和數據采集系統，其中：

所述巖石結構面試件系統包括置于三軸腔中的含有結構面的圓柱形巖石試樣，圓柱形巖石試樣側壁外設置有防水熱縮管，圓柱形巖石試樣的上下兩端分別設置有第一導水孔和第二導水孔；

所述滲流系統包括水箱、上導水板、下導水板，上導水板設置于圓柱形巖石試樣頂部，下導水板設置于圓柱形巖石試樣底部，水箱底部連接有水泵，并通過進水管連接下導水板，上導水板通過回水管連接水箱頂部；

所述軸向加載系統包括伺服電機、減速機、液壓活塞、液壓缸、上壓頭、上加載板和下加載板，上加載板和下加載板分別設置于上導水板上和下導水板下，伺服電機、減速機、液壓活塞依次連接，液壓活塞位于液壓缸中，液壓缸與上壓頭一端連接，上壓頭另一端接觸上加載板；

所述圍壓加載系統包括液壓油箱，液壓油箱底部連接有油泵，油泵通過進油管與三軸腔連接，三軸腔通過回油管連接液壓油箱頂部；