柔性边界的岩石裂隙压剪渗流耦合试验装置及其应用方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种柔性边界的岩石裂隙压剪渗流耦合试验装置及其应用方法，包括柔性边界、岩石裂隙压剪渗流耦合试验盒、试验盒应用方法和试件制作方法等，属于岩土工程实验设备领域；试验盒主要包括外部框架和内部压剪结构；试验盒中部为包含中空腔的橡胶垫层；侧面不连续刚性加压板可对试件进行整体或局部加压；上侧加压板与下侧加压板共同作用可施加竖直方向的压力；通过在进水口和出水口施加压力差水头来实现压减渗流耦合试验中的流体渗流；该装置可用于研究节理岩体压剪破坏特征和应力渗流耦合性质。

Rock fissure pressure shear coupling test device with flexible boundary and application method thereof

The invention discloses a flexible boundary rock compression shear seepage coupling test device and its application method, including flexible boundary, rock compression shear seepage coupling test box, test box application method and specimen preparation method, which belongs to the field of geotechnical engineering experiment equipment; test box mainly includes the external and internal pressure shear frame test structure; the middle part of the box containing hollow rubber cushion; side continuous rigid compression plate can be tested in whole or partial pressure; the upper plate plate and add together can be applied in the vertical direction under pressure; by applying pressure at the inlet and outlet pressure difference to achieve Yajian fluid Seepage seepage coupling test. The device can be used; and the failure characteristics of seepage stress coupling properties of jointed rock mass shear.

【技术实现步骤摘要】
柔性边界的岩石裂隙压剪渗流耦合试验装置及其应用方法
本专利涉及一种复杂应力条件下的实验设备及其应用方法，尤其涉及一种不同围压作用下岩石裂隙压剪渗流耦合试验装置及其应用方法。
技术介绍
岩体中的结构面与地下水对岩体的物理力学性质有着重要的影响。一方面结构面的存在使得岩体成为不连续体，力学性质也发生相应的改变，同时对地下水渗流起决定性作用；另一方面地下水可以改变岩体的应力和形变。因此在岩土工程中研究地下水在裂隙中的渗流十分有必要。而岩体在天然环境下，受到各方面的力比较复杂，进行人工节理的试验就显得简单易行，其中岩石节理的室内压剪渗流耦合试验是研究裂隙渗流的一种十分有效的方法。在岩石节理的压剪过程中，当两个节理面在剪压作用下产生一定的位移时，通过在压剪渗流试验盒进水口和出水口设置一定的水头差，即渗透水压力，来使岩石节理内的水沿着指定路径流动，同时要保证试验盒四周不漏水。因此需要使试验盒具有良好的密封性质。但目前存在的试验盒密封效果都不理想，所以需要一种理想的密封试验盒来完成相关试验，同时需要一种相应的应用方法与试件制作方法。
技术实现思路
为解决上述问题，本专利公开一种柔性边界的岩石裂隙压剪渗流耦合试验装置及其应用方法，可以保证在岩石裂隙压剪渗流耦合试验过程中，试件产生相应位移后时，实现水流仍然沿指定路径流动并且保证良好的密封性，有效解决漏水问题。一种柔性边界的岩石裂隙压剪渗流耦合试验装置，包括包含中空腔的橡胶垫层、不连续刚性加压板、可调节螺母、进水口、侧向挡板、上侧加压板、下侧加压板、出水口、上侧挡板、下侧挡板所组成的内部压剪系统与外部框架；所述的橡胶垫层，左右两侧设置不连续刚性加压板，上下两侧设置上侧加压板与下侧加压板；所述的上侧加压板上具有进水口，下侧加压板上具有出水口；所述的不连续刚性加压板，其特征在于使用透明材料制成；所述不连续刚性加压板，其特性在于可通过不同的加压组合方式，分别实现对试件的挤压、剪切、压剪共同作用；所述的上侧加压板、下侧加压板，其特征在于使用透明材料制成；所述的上侧挡板、下侧挡板，其特征在于使用透明材料制成，且预留有供加载杆通过的小孔。制备试件使用刚性的铸铁模具，由外围铸铁模具与内部金属片制成。使用时先用铸铁模具浇筑试件。如图4所示，将极限莫尔应力圆与库伦准则直线同时在平面上作出，则圆必与库伦准则直线相切。可由图求得剪切面与试件水平轴线之间的最大夹角，超过这一极限角度后则无法发生剪切。所以浇筑试件时应控制内部金属片与试件水平轴线之间的夹角小于（其中为所用浇筑材料的内摩擦角），否则不会发生剪切。所述金属片用于控制预制剪切面与模具边界之间的夹角，如果只进行挤压试验，则无需使用。等试件养护到符合试验要求的强度后，将使用铸铁模具制成的试件放置在试验盒的中空腔，然后调整外围橡胶垫层用于夹紧试件，同时调整试件，使试件与柔性垫层保持密闭。调整试验盒大小，必要时可以更换橡胶垫层来满足实验要求。然后将试验盒打开，放入试件，放入过程中要保持夹紧，使试件与柔性边界充分接触，杜绝空隙的出现，柔性橡胶垫层夹紧。调节理想后将柔性边界岩石裂隙压剪渗流耦合试验盒整体安装到剪切渗流机上进行试验。由于试件预制的剪切面具有一定角度，在加压过程中，会同时产生竖直方向与水平方向的力，进而使试件产生相应的位移。上侧加压板、下侧加压板起到固定试件并防止竖直位移过大的作用。侧向加压板根据需要进行加压，加压的过程中橡胶垫层产生一定的弹性形变，使得密封性进一步增强。四周保持密闭后开始竖向加压，加压过程中，未挤密缝隙随应力增加而挤密，密封性进一步加强，达到有效的密封效果，防止漏水发生。本设计的有益效果是：当进行压剪渗流耦合试验时，可以充分保证试验盒的密封性，防止漏水。同时可以通过调节试件的剪切角度来控制剪应力与压应力的大小，还可以进行不同围压下的剪切渗流耦合试验。附图说明下面结合附图与具体实施方式对本专利作进一步说明：附图1为本设计所述柔性边界的岩石裂隙压剪渗流耦合试验装置的结构示意图。附图2为试验盒的俯视图与橡胶垫层分布情况。附图3为制备试验所需试件的模具示意图。附图4为极限应力圆与库伦准则直线关系示意图。附图5为最大剪切面与试件水平轴线的关系示意图。附图标记如下1-试件，2-包含中空腔的橡胶垫层，3-不连续刚性加压板，4-加固螺母，5-外部框架，6-进水口，7-上侧加压板，8-下侧加压板，9-出水口，10-侧向挡板，11-上侧挡板，12-下侧挡板，13-金属片，14-铸铁模具。具体实施方式在使用所述试验盒时，需先根据试验要求，制作试件。制备试件时使用的刚性铸铁模具，由外围铸铁模具与内部金属片制成。使用时先用铸铁模具浇筑试件。如果进行剪切试验或者压剪试验，浇筑试件时应控制内部金属片与试件水平轴线之间的夹角应小于（其中为所用浇筑材料的内摩擦角），否则不会发生剪切。如果只进行挤压试验时，则不需预制倾角。然后等试件养护到符合试验要求的强度后，调整试验盒大小，必要时可以更换橡胶垫层来满足实验要求。然后将试验盒打开，放入试件，放入过程中要保持夹紧，使试件与柔性边界充分接触，杜绝空隙的出现，柔性橡胶垫层夹紧，同时侧向加压板根据需要进行加压，加压的过程中橡胶垫层产生一定的弹性形变，使得密封性增强。四周保持密闭后开始竖向加压，加压过程中，未挤密缝隙随应力增加而挤密，密封性进一步加强，达到有效的密封效果，防止漏水发生。侧向不连续刚性加压板可单一加压板加压进行局部加压，避免整体加压引起的橡胶垫层变形而漏水，也可根据实验需求，多个单一加压板同时加压进行侧向整体加压。由于外部挡板与加压板均通过透明材料制作，可直接观察加压情况，也可以通过橡胶垫层的厚度变化来计算出相应的位移与压力变化。密封情况达到要求后即可通过相应的进水装置从进水口进水，进行渗流实验。由于四周密封性较好，可以承受具有相应压力水头与流速水头的液体进入，在出水口可检测到相应的出水量，通过计算单位时间内的渗流量，结合相应的压剪力大小，可进行压剪渗流耦合的相应研究。以上所述实施案例，只是具体的实施方式的一种，本领域的技术人员在本专利技术技术方案范围内进行的通常变化和替换都应包含在本专利技术专利的保护范围内。
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【技术保护点】
柔性边界的岩石裂隙压剪渗流耦合试验装置及其应用方法，包括柔性边界、岩石裂隙压剪渗流耦合试验盒、试验盒应用方法以及试件制作方法。

【技术特征摘要】
1.柔性边界的岩石裂隙压剪渗流耦合试验装置及其应用方法，包括柔性边界、岩石裂隙压剪渗流耦合试验盒、试验盒应用方法以及试件制作方法。2.如权利要求1所述的试验盒包括包含中空腔的橡胶垫层、不连续刚性加压板、可调节螺母、进水口、侧向挡板、上侧加压板、下侧加压板、出水口、上侧挡板、下侧挡板所组成的内部压剪结构与外部框架。3.如权利要求2所述的橡胶垫层满足所述的柔性边界，左右两侧设置不连续刚性加压板，上下两侧设置上侧加压板与下侧加压板。4.如权利要求2所述的上侧加压板上具有进水口，下侧加压板上具有出水口。5.如权利要求2所述的不连续刚性加压板，其特征在于使用透明材料制成。6.如权利要求2所述的不连续刚性加压板，其特性在于可通过不同的加压组合方式，分别实现对试件的挤压、剪切、压剪共同作用。7.如权利要求2所述的上侧加压板、下侧加压板，其特征在于使用透明材料制成。8.如权利要求2所述的上侧...

【专利技术属性】
技术研发人员：王刚，赵志鹏，蒋宇静，赵增辉，张永政，
申请(专利权)人：山东科技大学，
类型：发明
国别省市：山东,37