二维加压通水机构及应用其的二维岩石试样渗流试验装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种二维加压通水机构及应用其的二维岩石试样渗流试验装置。该二维加压通水机构包括：反力框架，用于将二维岩石试样嵌合于其中；至少一挤压力施力机构，安装于反力框架的侧面，其通过前端的第一加压通水板向二维岩石试样施加挤压力，该挤压力的反力由反力框架相对另一面前端的第二加压通水板提供，从而实现对二维岩石试样在水平方向的挤压。本发明专利技术通过将通水管路设置于压板内部，将通水和加压功能合二为一，从简化了二维岩石试样渗流试验装置中加压/通水的结构设计。

Two dimensional pressurized water transfer mechanism and two-dimensional rock sample seepage test device using same

The invention provides a two-dimensional pressurized water transfer mechanism and a two-dimensional rock sample seepage test device using the same. The pressurized water two-dimensional mechanism comprises a counterforce frame for two-dimensional rock specimens embedded in them; at least one extrusion pressure force mechanism, side mounted on the counterforce frame, the pressurized water through the first plate in front of the rock sample applied to the two-dimensional extrusion pressure, the pressure of the reaction force by the counter force frame relative to the other the front side of the second pressurized water board, thus realizing the two dimensional rock specimen extrusion in the horizontal direction. The water pipe is arranged in the inner part of the pressing plate, and the water and the pressure functions are combined into one.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及岩土工程测量仪器领域，尤其涉及一种二维加压通水机构及应用其的二维岩石试样渗流试验装置。
技术介绍
近年来，随着能源开采、核废料处理、水利工程以及地下空间的利用等大型工程的大量兴建，岩石渗流问题日益得到关注，在矿山开采、水利水电、隧道、边坡加固等岩土工程中，裂隙渗流对岩体工程的稳定性有着重要影响。一方面岩体裂隙是导致地下工程水害的重要原因之一，另一方面裂隙的存在也大大降低了岩体强度。众所周知，因为水的可压缩性很小，容易传递压力，含水孔隙中的流体压力会改变岩体中的应力状态。但是，岩体的形变性质与流体的形变性质有明显的差别，所以流体压力所造成的应力场的改变，以及流动的地下水动态性质所造成的流体应力的连续变化，都对地质体的形变特性起不可忽视的影响。因此，研究裂隙岩体的破裂机理和强度特性将对水电工程地质学学科及岩体工程稳定学科有十分重要的理论意义和实际工程应用价值。对于岩石材料来说，剪切破坏是其主要破坏形态，因此岩石体剪切-渗流耦合破坏机理的研究对解决上述问题有着重要的意义。参考文献1(新型数控岩石节理剪切渗流试验台的设计与应用，王刚，岩土力学，30(10)，2009)提出了一种数控岩石节理剪切渗流试验台，其主要功能为：在节理试件法向方向上，试验台有3类可控边界条件：恒定法向应力(CNL)、恒定法向位移(CNV)和恒定法向刚度(CNS)。平行节理剪切方向，可施加剪切力或位移、渗透压力。在3种边界和荷载条件下可进行节理剪切试验、节理渗透试验、闭合应力-渗透耦合试验、剪切应力-渗透耦合试验、岩石节理的剪切渗流流变试验和岩石节理的辐射流试验。请参照图1，该系统整体由轴向加载框架、横向加载机构、轴向和横向蠕变控制系统、渗流子系统、剪切盒及数控系统组成。各主要组成部分及其工作原理介绍详细如下：轴向加载框架包括加载油缸、主机框架、力传感器、上下压板等。主机采用框架结构形式，加载油缸倒置固定在上横梁上，力传感器安装在活塞上。横向加载机构包括加载油缸、剪切加载框架、力传感器、位移传感器等。剪切加载框架采用四框组合式，油缸座和承压梁及两面的侧板均采用高标号球墨铸铁，使其框架刚度大(5000kN/mm)，工作平稳可靠；剪切加载框架放置在导轨上，在进行剪切试验时安装好试样后将其推到主机框架内，设定其他边界条件后，即可以进行相应的剪切试验。横向和轴向控制系统采用德国DOLI公司原装进口EDC全数字伺服控制器，该控制器是国际领先的控制器，具有多个测量通道，每个测量通道可以分别进行荷载、位移、变形等的单独控制或几个测量通道的联合控制，而且多种控制方式间可以实现无冲击转换。在EDC中可以设置一个刚度控制通道，将根据测量得到的法向应力与法向变形计算的法向刚度值作为控制参数反馈给EDC控制输出通道，这样就可以实现常法向刚度控制。这种功能在其他的控制器中是无法实现的。EDC的测控精度高、操作简便、保护功能全，可以实现自动标定、自动清0及故障自诊断。渗流子系统包括渗透加压系统、日本进口松下伺服电机和控制器、EDC测控器。采用该系统可以实现多级可控的恒渗透压力和渗透流量控制。在剪切盒的出水口设置一套液压传感器、流量测量装置和稳压装置，并在EDC控制系统软件中设置一个压差控制通道，来测量进口压力和出口压力的差值，实现剪切盒进、出口渗透压力差的闭环控制。而且可以实现稳态和瞬态渗透压力控制。剪切盒内部尺寸为200mm(水渗透方向)×100mm(渗透宽度)×100mm(高度)。渗流剪切盒由上下剪切盒组成，上剪切盒由上剪切体、上密封圈、上刀体垫块组成；下剪切盒由下剪切体、下密封圈、下刀体垫块组成。密封圈是本方案的特点及关键部件，它是由弹性及硬度适中的聚氨脂制成液体橡胶，浇注模压成型。聚氨脂橡胶具有既软又硬，摩擦小等特点。密封圈是中空的，当试样装好之后，空腔内将注入一定压力的液体塑料，上密封圈在压力下紧紧贴到试样上半部的四周，而下密封圈在压力下紧紧贴到试样下半部的四周实现了密封，同时上密封圈和下密封圈的接触面也受到了压力紧密接触，实现了密封。当上下剪切盒产生相对移动时，上密封圈和下密封圈的接触面在滑动状态下仍然保持压缩密封，直到密封圈脱离接触。上刀体中有一个进水孔用以向岩样剪切面渗水，另一孔为排气孔；下刀体中有一个出水孔，用以排出渗入岩样剪切面中的水。在实现本专利技术的过程中，申请人发现现有的岩石试样渗流试验装置加压和通水两部分是分开设置的，导致管路设计非常混乱，并且，在岩石试样上同一方向不同位置水压施加不均匀，影响试验结果的准确性。此外，对于图1所示的数控岩石节理剪切渗流试验台，其主要是针对三维岩石试样进行设计的，故此其自下而上进行法向加载，自右至左进行剪切加载，然而三维岩体裂隙由于其复杂、隐蔽，其内部破裂机理在现有技术下无法真正予以揭示。而且现有技术所提出的三维裂隙并非是真正的“三维”，而只是规则的平面，其本质仍为二维。因此，对二维岩石试样进行试验更具有现实意义。而现有技术中并没有针对二维岩石试样裂隙网络进行试验的装置。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题鉴于上述技术问题，本专利技术提供了一种二维加压通水机构及应用其的二维岩石试样渗流试验装置，以简化加压和通水的结构设计。(二)技术方案根据本专利技术的一个方面，提供了一种二维加压通水机构。该二维加压通水机构包括：反力框架13，用于将二维岩石试样嵌合于其中；至少一挤压力施力机构53、56，安装于反力框架52的侧面，其通过前端的第一加压通水板53a、56a向二维岩石试样施加挤压力，该挤压力的反力由反力框架相对另一面前端的第二加压通水板53b提供，从而实现对二维岩石试样在水平方向的挤压。优选地，上述二维加压通水机构还包括：至少两台第二纵向升降电机51；其中，反力框架13固定于至少两台第二升降电机51输出轴的上部；反力框架52在该至少两台第二纵向升降电机输出螺纹杆的位置具有螺纹孔，该至少两台第二纵向升降电机的输出螺纹杆穿过反力框架52上相应的螺纹孔，在该至少两台第二纵向升降电机被驱动的情况下，其输出螺纹杆推动反力框架13上升或者下降，在下降状态下，该反力框架13将位于测试区域的二维岩石试样嵌合于其中。根据本专利技术的另一个方面，还提供了一种二维岩石试样渗流试验装置。该二维岩石试样渗流试验装置包括：上述的二维加压通水机构；底架10，其上方分为进样区域和测试区域，在本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种二维加压通水机构，其特征在于，包括：反力框架(13)，用于将二维岩石试样嵌合于其中；至少一挤压力施力机构(53、56)，安装于所述反力框架(52)的侧面，其通过前端的第一加压通水板(53a、56a)向二维岩石试样施加挤压力，该挤压力的反力由反力框架相对另一面前端的第二加压通水板(53b)提供，从而实现对二维岩石试样在水平方向的挤压。

【技术特征摘要】
1.一种二维加压通水机构，其特征在于，包括：
反力框架(13)，用于将二维岩石试样嵌合于其中；
至少一挤压力施力机构(53、56)，安装于所述反力框架(52)的侧
面，其通过前端的第一加压通水板(53a、56a)向二维岩石试样施加挤压
力，该挤压力的反力由反力框架相对另一面前端的第二加压通水板(53b)
提供，从而实现对二维岩石试样在水平方向的挤压。
2.根据权利要求1所述的二维加压通水机构，其特征在于：
所述第一加压通水板(53a)的内侧开设有至少一段渗流槽，每一段
渗流槽与第一加压通水板上表面的一进水孔相连通；
所述第二加压通水板(53b)与所述第一加压通水板(53a)的区别仅
在于：每一渗流槽与所述第二加压通水板下表面的一出水孔相连通。
3.根据权利要求2所述的二维加压通水机构，其特征在于：所述第
一加压通水板(53a)内侧的渗流槽有多段，该多段的渗流槽分为位于不
同水平面的两行，并且，相邻的渗流槽位于不同的水平面上且不连通。
4.根据权利要求2所述的二维加压通水机构，其特征在于，包括：
X向挤压力施力机构(53)，安装于反力框架(52)的侧面，其通过
前端的第一加压通水板(53a)向二维岩石试样施加X方向的挤压力；以
及
Y向挤压力施力机构(56)，安装于反力框架(52)的正面，其通过
前端的第一加压通水板(56a)向二维岩石试样施加Y方向的挤压力；
其中，所述第一加压通水板(53a、56a)的进水孔连通至水源，通过
内侧的渗流槽向二维岩石试样加水；所述第二加压通水板(53b、56b)收
集通过二维岩石试样上的裂隙网络渗过来的水，并将其通过出水孔排出。
5.根据权利要求2所述的二维加压通水机构，其特征在于，还包括：
密封机构(20)，用于密封二维岩石试样；
所述密封机构包括：两纵向密封垫(21、22)，分别位于二维岩石试
样的上部和下部，实现二维岩石试样的上、下表面的密封；侧向密封环(23)，
呈“回”字形，其从四周将二维岩石试样包围起来，实现二维岩石试样四

\t个侧面的密封；在所述侧向密封环(23)至少在相对的两侧边上开设有透
水区域(23a～23d)；
其中，所述第一加压通水板(53a)的渗流槽对准侧向密封环相应侧
边上的透水区域，向密封于侧向密封环内侧的二维岩石试样加水；所述第
二加压通水板(53b)的渗流槽对准侧向密封环相应侧边上的透水区域，
以收集通过二维岩石试样上的裂隙网络渗过来的水。
6.根据权利要求2所述的二维加压通水机构，其特征在于，还包括：
渗流系统，该渗流系统包括：
供水加压系统，包括：由步进电机驱动的水压控制器，该水压控制器
通过管路连接于第一加压通水板上表面的进水孔；
回水系统，包括集水槽，所述第二加压通水板下表面的出水孔通过管
路连接至该集水槽。

【专利技术属性】
技术研发人员：马国伟，董茜茜，李芳，刘潇，夏从礼，
申请(专利权)人：北京工业大学，立方通达实业天津有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11