高渗透压力下岩石节理全剪切‑渗流耦合试验剪切渗流盒制造技术

本发明专利技术涉及一种高渗透压力下岩石节理全剪切‑渗流耦合试验剪切渗流盒，包括用于放置岩石试样的上盒体和下盒体、设置在岩石试样宽度方向两侧的侧板、设置在下盒体底部的承台以及压在岩石试样的法向加载垫块，上盒体、下盒体和侧板共同形成一个用于放置岩石试样的腔体，下盒体和侧板通过螺栓固定，侧板的中部设有直线轨道，上盒体放置在该直线轨道上，上盒体中设有与腔体连通的入水通道，下盒体中设有与腔体连通的出水通道。与现有技术相比，本发明专利技术与工程中岩体的真实渗流情况更接近，且能很好实现岩石节理试样在剪切过程中的密封问题，能承受高渗透水压力，试验精度更高，并能够更好地模拟自然状态的岩石节理全剪切‑渗流耦合试验。

The high permeability of rock pressure under full shear seepage coupled shear flow test box

The invention relates to a rock high osmotic pressure under shear seepage coupled shear flow test box, including for the placement of rock samples on the box body and the lower box body and side plates, arranged on both sides in the width direction of rock specimen is arranged in the lower box body at the bottom of the pile cap and the pressure in the rock samples of normal loading pad block, an upper box and a lower box body and the side plate to form a cavity for the placement of rock samples, the lower box body and side plates by bolts, the side plate is arranged in the middle of a straight track, the upper box body is placed in the straight line, a water channel communicated with the cavity of the box body, box the body is provided with a water outlet passage communicated with the cavity. Compared with the prior art, the invention and real seepage rock mass engineering closer, and can achieve very good sealing problems during shear specimens of rock joints, can withstand the pressure of high water permeability test, high precision, and can better simulate the natural state of the whole rock joint shear seepage coupling test.

【技术实现步骤摘要】
高渗透压力下岩石节理全剪切-渗流耦合试验剪切渗流盒
本专利技术涉及剪切盒及试验方法，具体涉及一种高渗透压力下岩石节理全剪切-渗流耦合试验剪切渗流盒.
技术介绍
深部地下工程主要涉及到核废料处置、地下天然气储库、深部采矿、CO2封存、地热开发和压气储能等涵盖国计民生的各个领域。在富含水的深部地下工程中，节理裂隙中往往存在着高渗透差、高水力梯度会引起的高流速渗流以及岩体稳定性问题。一方面深部岩体工程稳定性很大程度上取决于节理渗流特性，反过来深部岩体中应力的变化，尤其是剪切应力的作用，导致节理发生张开或闭合变形而引起节理的渗流特性。高渗透压下深部岩体节理中的渗流与应力耦合特性已成为了大型深部地下工程稳定性分析中的迫切需要解决的关键性科学问题。目前对岩石节理进行室内剪切-渗流耦合试验是研究节理全剪切-渗流耦合特性研究的直接有效的手段。而研制岩石节理全剪切-渗流耦合试验系统最核心的技术难点在于剪切渗流盒的设计与制作。在对节理的水力耦合特性研究的早期，由于试验条件的限制，尤其是渗流密封技术，试验开展主要集中在节理的辐射流和法向-渗流耦合试验，进行节理剪切-渗流耦合试验并不多。目前国内仅有几台关于岩石节理剪切-渗流耦合特性的试验设备，由于密封技术及剪切渗流盒设计缺陷，在实际的试验过程中岩石节理的剪切渗流存在着密封效果差和试验结果精度不高(剪切盒系统的摩擦过大)的情况，尤其是在高渗透压力作用下，无法实现良好的密封效果。因此本领域技术人员致力于开发一种高渗透压力作用下试验精度更高密封效果更好的全剪切-渗流耦合试验剪切盒。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种承受水压高、实验精确度高的高渗透压力下岩石节理全剪切-渗流耦合试验剪切渗流盒。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种高渗透压力下岩石节理全剪切-渗流耦合试验剪切渗流盒，所述剪切渗流盒包括用于放置岩石试样的上盒体和下盒体、设置在岩石试样宽度方向两侧的侧板、设置在下盒体底部的承台以及压在岩石试样上方的法向加载垫块，所述上盒体、下盒体和侧板共同形成一个用于放置岩石试样的腔体，所述下盒体和侧板通过螺栓固定，侧板的中部设有直线轨道，所述上盒体放置在该直线轨道上，所述上盒体中设有与腔体连通的入水通道，所述下盒体中设有与腔体连通的出水通道。所述的上盒体包括上顶板、设置在上顶板两端的上剪切盒和上固定剪切块以及设置在上剪切盒和岩石试样之间的上移动剪切块，所述岩石试样的一侧与上固定剪切块紧贴，岩石试样的另一侧通过上移动剪切块与所述上剪切盒连接，所述的上顶板、上剪切盒和上固定剪切块一体成型，所述的上顶板中部设有矩形的通孔，所述法向加载垫块穿过该矩形的通孔压在岩石试样的上部，且上顶板放置在直线轨道上，另外，直线导轨上设有小型滚轮，使得上顶板和直线导轨之间的摩擦为滚动摩擦，可以忽略不计，在上盒体和下盒体剪切移动时，不会因上顶板和直线导轨之间的摩擦力而影响实验结果。所述上移动剪切块包括一号上楔形剪切块和二号上楔形剪切块，所述一号上楔形剪切块的顶面通过紧固内六角螺钉与上顶板固定，一号上楔形剪切块的一侧面与岩石试样紧贴，另一侧呈楔形，所述二号上楔形剪切块的一侧与上剪切盒贴紧，另一侧为与一号上楔形剪切块相匹配的楔形，二号上楔形剪切块的顶部通过上定位内六角螺钉与上顶板垂直移动连接。利用螺钉将上顶板和一号上楔形剪切块固定，避免了一号上楔形剪切块在岩石试样剪切渗流过程中因剪胀而随试样向上发生位移。所述的下盒体包括下底板、设置在下底板两端的下剪切盒和下固定剪切块以及设置在下剪切盒和岩石试样之间的下移动剪切块，所述岩石试样的一侧与下固定剪切块紧贴，岩石试样的另一侧通过下移动剪切块与所述下剪切盒连接；所述下固定剪切块的顶部与所述上盒体中上移动剪切块的底部接触连接，所述的下底板、下剪切盒和下固定剪切块一体成型。所述下移动剪切块包括一号下楔形剪切块和二号下楔形剪切块，所述一号下楔形剪切块的底面与下底板接触连接，一号下楔形剪切块的顶面与上固定剪切块的底面接触连接，一号下楔形剪切块的一侧面与岩石试样紧贴，另一侧呈楔形，所述二号下楔形剪切块的一侧与下剪切盒贴紧，另一侧为与一号下楔形剪切块相匹配的楔形，二号下楔形剪切块的底部通过下定位内六角螺钉与下底板垂直移动连接。在一号上楔形剪切块的底端和一号下楔形剪切块的顶端沿着岩石试样剪切方向开设有一定长度和深度的扁平槽口，这样不仅避免了岩石节理试样在剪切过程中与剪切块发生接触摩擦，同时还为入水和出水通道提供了缓冲流动的空间，避免了在高渗透压力节理中水发生射流现象，形成稳定均匀的渗流场，以便更真实地反应节理中真实的渗流情况。上盒体中的上移动剪切块和下盒体中的下移动剪切块都是有两块楔形剪切块拼接而成，不仅可以准确地控制试验前岩石试样在剪切方向的位置，还能使试样与剪切块中的横向封水条紧密接触，很好实现岩石节理试样在剪切过程中两端的密封问题。所述一号上楔形剪切块、下固定剪切块和岩石试样三者交汇处设有入水通道口，所述入水通道贯穿下固定剪切块与入水通道口连通；所述一号上下楔形剪切块、上固定剪切块和岩石试样三者交汇处设有出水通道口，所述出水通道贯穿上固定剪切块与出水通道口连通；所述一号上楔形剪切块与岩石试样之间、一号上楔形剪切块与下固定剪切块之间、下固定剪切块与岩石试样之间、一号下楔形剪切块与岩石试样之间、一号下楔形剪切块与上固定剪切块之间、上固定剪切块与岩石试样之间均设有封水条。所述封水条包括矩形条以及一体成型设置在矩形条一个侧面的梯形条。所述上顶板的上端设有两个用于压紧一号上楔形剪切块与下固定剪切块之间和一号下楔形剪切块与上固定剪切块之间封水条的轴承件，所述轴承件包括压辊轴以及设置在压辊轴上的两个深沟球轴承，两个所述深沟球轴承分别设置上顶板上并正对一号上楔形剪切块与下固定剪切块之间和一号下楔形剪切块与上固定剪切块之间封水条。所述的侧板与岩石试样接触面的中部开设通孔，通孔的外侧固定有侧板垫块，该通孔中放置密封胶囊，所述密封胶囊的一端通过螺钉与侧板垫块固定连接，密封胶囊的另一端与岩石试样紧贴，并在密封胶囊和岩石试样之间放置硅胶板；所述侧板上端的内壁开设U型槽，所述压辊轴架设在两个侧板相对的U型槽内，并通过螺母压紧将两侧板固定；位于U型槽内的压辊轴的上方设置压辊块，所述压辊块通过六角螺钉和侧板的上沿紧固。通过六角螺钉将压辊块和侧板的上沿固定，且随着六角螺钉拧入的深度加大，压辊块收到的向下的里就越大，从而传递给压辊轴的压力也越大，所以施加给深沟球轴承向下的里也越大，深沟球轴承向下挤压上顶板的力也就越大，导致上固定剪切块与下移动剪切块之间的压力也就越大，从而将上固定剪切块与下移动剪切块之间的封水条挤压变形，达到良好的密封效果。入水通道的一端连接能提供稳定高渗透水压的柱塞式计量泵，在出水通道的一端连接有微型渗流伺服控制系统。在岩石试样两端的入水通道口和出水通道口上分别连接有用于监测水压的水压传感器，并在微型渗流伺服控制系统与出水通道中间安装微型针阀，同时在出水通道上安装有流量计装置，既能有效解决岩石节理试样剪切过程中的压力控制精度问题，又能保证岩石节理剪切过程中稳定的水源压力，并且实现在高渗透压力下控制岩石节理试样出水和入水恒定的水压差，可以很好地模拟高渗透本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高渗透压力下岩石节理全剪切‑渗流耦合试验剪切渗流盒，其特征在于，所述剪切渗流盒包括用于放置岩石试样(4)的上盒体和下盒体、设置在岩石试样(4)宽度方向两侧的侧板(2)、设置在下盒体底部的承台(29)以及压在岩石试样(4)上方的法向加载垫块(27)，所述上盒体、下盒体和侧板(2)共同形成一个用于放置岩石试样(4)的腔体，所述下盒体和侧板(2)通过螺栓固定，侧板(2)的中部设有直线轨道(26)，所述上盒体放置在该直线轨道(26)上，所述上盒体中设有与腔体连通的入水通道(12)，所述下盒体中设有与腔体连通的出水通道(14)。

【技术特征摘要】
1.一种高渗透压力下岩石节理全剪切-渗流耦合试验剪切渗流盒，其特征在于，所述剪切渗流盒包括用于放置岩石试样(4)的上盒体和下盒体、设置在岩石试样(4)宽度方向两侧的侧板(2)、设置在下盒体底部的承台(29)以及压在岩石试样(4)上方的法向加载垫块(27)，所述上盒体、下盒体和侧板(2)共同形成一个用于放置岩石试样(4)的腔体，所述下盒体和侧板(2)通过螺栓固定，侧板(2)的中部设有直线轨道(26)，所述上盒体放置在该直线轨道(26)上，所述上盒体中设有与腔体连通的入水通道(12)，所述下盒体中设有与腔体连通的出水通道(14)。2.根据权利要求1所述的一种高渗透压力下岩石节理全剪切-渗流耦合试验剪切渗流盒，其特征在于，所述的上盒体包括上顶板(30)、设置在上顶板(30)两端的上剪切盒(3)和上固定剪切块(5b)以及设置在上剪切盒(3)和岩石试样(4)之间的上移动剪切块，所述岩石试样(4)的一侧与上固定剪切块(5b)紧贴，岩石试样(4)的另一侧通过上移动剪切块与所述上剪切盒(3)连接，所述的上顶板(30)、上剪切盒(3)和上固定剪切块(5b)一体成型，所述的上顶板(30)中部设有矩形的通孔，所述法向加载垫块(27)穿过该矩形的通孔压在岩石试样(4)的上部，且上顶板(30)放置在直线轨道(26)上。3.根据权利要求2所述的一种高渗透压力下岩石节理全剪切-渗流耦合试验剪切渗流盒，其特征在于，所述上移动剪切块包括一号上楔形剪切块(6a)和二号上楔形剪切块(6b)，所述一号上楔形剪切块(6a)的顶面通过紧固内六角螺钉(9)与上顶板(30)固定，一号上楔形剪切块(6a)的一侧面与岩石试样(4)紧贴，另一侧呈楔形，所述二号上楔形剪切块(6b)的一侧与上剪切盒(3)贴紧，另一侧为与一号上楔形剪切块(6a)相匹配的楔形，二号上楔形剪切块(6b)的顶部通过上定位内六角螺钉(8a)与上顶板(30)垂直移动连接。4.根据权利要求2所述的一种高渗透压力下岩石节理全剪切-渗流耦合试验剪切渗流盒，其特征在于，所述的下盒体包括下底板(31)、设置在下底板(31)两端的下剪切盒(1)和下固定剪切块(5a)以及设置在下剪切盒(1)和岩石试样(4)之间的下移动剪切块，所述岩石试样(4)的一侧与下固定剪切块(5a)紧贴，岩石试样(4)的另一侧通过下移动剪切块与所述下剪切盒(1)连接；所述下固定剪切块(5a)的顶部与所述上盒体中上移动剪切块的底部接触连接，所述的下底板(31)、下剪切盒(1)和下固定剪切块(5a)一体成型。5.根据权利要求4所述的一种高渗透压力下岩石节理全剪切-渗流耦合试验剪切渗流盒，其特征在于，所述下移动剪切块包括一号下楔形剪切块(7a)和二号下楔形剪切块(7b)，所述一号下楔形剪切块(7a)的底面与下底板(31)接触连接，一号下楔形剪切块(7a)的顶面与上固定剪切块(5b)的底面接触连接，一号下楔形剪切块(7a)的一侧面与岩石试样...

【专利技术属性】
技术研发人员：夏才初，钱鑫，桂洋，黄曼，江山，张亮，庄小清，喻强锋，
申请(专利权)人：同济大学，长春市朝阳试验仪器有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31