[发明专利]适用于岩石节理剪切渗流耦合试验的剪切盒及试验方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种剪切盒及试验方法，尤其是涉及适用于岩石节理剪切渗流耦合试验的剪切盒及试验方法。

背景技术

近年来，随着水利水电、核废料储藏、石油矿山开采等大型工程的建设，工程岩体所处的地质环境越来越复杂。地下水作为对岩体工程稳定性有着重要影响的因素越来越受到研究人员的重视，岩体中节理与地下水的相互作用往往直接决定着工程结构的稳定与安全。因此，深入研究岩体中节理的渗流特性对解决实际工程中的岩体稳定性问题十分重要。

自上世纪70年代以来，岩石节理的水力耦合特性受到了学术界和工程界的重视。然而，早期的大部分渗流试验的加载主要集中在法相应力的施加上，进行节理剪切与渗流耦合试验并不多。目前岩石节理剪切渗流耦合特性及机理研究已成为国际岩石力学领域的研究热点。为了能够实现节理剪切过程中同时进行渗流试验，必须对剪切盒进行密封。即在渗透水压保持某一定值或按照某一规律变化时，岩石节理试样在剪切力作用下产生相对位移，渗透水流沿节理面流动，节理周边不发生渗漏。剪切盒的密封技术是节理剪切渗流耦合试验设备研制的关键技术难题。

国内外许多学者，为了进行节理剪切渗流耦合试验研究，开发了有关剪切渗透设备或对现有剪切实验设备进行改进。然而，由于剪切盒密封技术的限制，目前已有节理剪切试验设备封水效果往往无法达到实验要求，很难完成岩石节理在复杂荷载作用下的剪切渗流试验。如现有的岩石节理剪切-渗流耦合试验技术采用上、下盒体组成，盒体中装有封水材料，当上盒与下盒发生相对位移时很难保证良好的封水性。随着大型岩体工程建设的需求，国内外岩土工程研究领域对于研发一种有效的节理剪切盒渗透水密封方法的需求极为迫切。

然而，1面对越来越复杂的工程岩体所处的地质环境，岩体中节理与地下水的相互作用往往直接决定着工程结构的稳定与安全，因此深入理解岩体中节理的渗流特性对解决实际工程中的岩体稳定性问题十分重要。国内外学者为了进行节理剪切渗流耦合试验研究，对已有的实验设备进行相关改进。然而，由于剪切盒密封措施有限，很难实现岩石节理在复杂荷载作用下的剪切渗透试验。2传统的试验设备最大的缺陷在于其密封手段的不足，无法实现良好的封水效果。3传统的节理渗透试验的注水方式，多采用节理进水端集中水头注水或者从节理面的中间注水形成向四周的辐射流，其与岩体裂隙中真实的水流运动情况存在偏差。4传统的节理剪切渗透试验无法实现较大的剪切位移。5传统的试验设备大多采用3-10 m的水头,不能充分研究水压对岩石节理变形的影响。

发明内容

本发明主要是解决现有技术所存在的密封手段的不足，无法实现良好的封水效果等的技术问题；提供了一种能在试样周边形成效果很好的封水边界的适用于岩石节理剪切渗流耦合试验的剪切盒及试验方法。

本发明还有一目的是解决现有技术所存在的多采用从节理进水端集中水头注水或者从节理的中间注水形成向四周的辐射流，其与岩体裂隙中真实的水流运动情况存在偏差等的技术问题；提供了一种能够在试样节理中形成稳定的层流，其与工程中岩体的真实渗流情况更接近的适用于岩石节理剪切渗流耦合试验的剪切盒及试验方法。

本发明再有一目的是解决现有技术所存在的无法实现较大的剪切位移等的技术问题；提供了一种可以实现20mm以内的剪切位移，能够充分研究岩石节理的剪缩、剪胀及峰后变形全过程的渗透特性变化规律的适用于岩石节理剪切渗流耦合试验的剪切盒及试验方法。

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：

一种适用于岩石节理剪切渗流耦合试验的剪切盒，其特征在于，包括底板，设置在底板两侧通过螺栓与底板垂直固定的两块侧板，所述底板和两块侧板组成一个用于放置岩石试样的空腔；所述空腔内设有用于固定岩石试样的剪切垫块；两块侧板的两个侧面还分别设置有用于封水的侧向封水囊以及与侧向封水囊连接的用于给侧向封水囊加压的伺服油源；所述空腔内还设置有一进水装置和出水装置，所述出水装置上还设有用于监测出水流量及水压的监测装置。

在上述的适用于岩石节理剪切渗流耦合试验的剪切盒，所述的剪切垫块包括前部剪切垫块和后部剪切垫块；所述前部剪切垫块和后部剪切垫块均有上下剪切垫块构成，即前部上剪切垫块、前部下剪切垫块、后部上剪切垫块以及后部下剪切垫块。