[发明专利]三轴应力作用下大尺度单裂隙介质渗透性测定试验装置

说明书

技术领域

本发明属于介质渗透性测定技术领域，具体涉及一种三轴应力作用下大尺度单裂隙介质渗透性测定试验装置。

背景技术

大尺度单裂隙介质的渗透性能是裂隙介质的一项重要力学性能，对于岩石类含裂隙的准脆性材料，渗透性能是决定工程岩体长期安全性的重要因素。评价工程岩体长期稳定性的渗透参数是通过进行裂隙介质在流体进入情况下的渗透试验获得。由于工程岩体尺度较大(米级尺度)，因而需对较大尺度内的裂隙岩体施加渗透加载力及外力，才能获得在该渗透情况下的渗透性能。因此，如何实现大尺度单裂隙介质的渗透试验是亟待解决的问题。

现有用于测试裂隙介质渗透性能的试验装置，其测量的介质对象尺度较小(厘米级尺度),获得的渗透参数运用于工程上时并不准确。带来了诸多问题，如尺度较小的裂隙介质渗透参数往往较大尺度的裂隙介质的渗透参数小，导致工程设计值偏向于保守；尺度较小的裂隙介质的渗透表面特性并不明显，尚不能表征大尺度裂隙介质的表面等问题，影响测量结果的准确性。

发明内容

本发明需要解决的技术问题为：现有技术中用于测试裂隙介质渗透性能的试验装置，仅能测量尺度较小的介质对象，难以对大尺度介质对象进行准确测量。

本发明的技术方案如下所述：

一种三轴应力作用下大尺度单裂隙介质渗透性测定试验装置，包括：液压源、油分配器、管道泵、水源、渗透测量系统、数据采集器和操控台，还包括裂隙介质渗透试验主机；液压源将液压油输入至油分配器，油分配器分别向管道泵和裂隙介质渗透试验主机提供液压动力，管道泵将多余的液压油回流至油分配器；水源中的水经管道泵加压为预定值的高压水，高压水进入水渗透测量系统，通过裂隙介质渗透试验主机的进水系统进入裂隙介质渗透试验装置主机内的大尺度单裂隙介质试验样品缝隙内部，再通过裂隙介质渗透试验主机的出水系统回到水渗透测量系统，最终流出；数据采集器测量水渗透测量系统的进、出流量，得到稳定的流量数据，作为数据处理的依据；操控台用于控制液压源、管道泵、裂隙介质渗透试验主机和数据采集器的启动运行。

所述裂隙介质渗透试验主机，包括：基座、轨道、轨道小车、大尺度单裂隙介质试验样品、加载底板、竖直方向Z作动器、水平方向X₁作动器、水平方向X₂作动器、水平方向Y₁作动器和水平方向Y₂作动器；所述轨道铺设在基座上方，轨道小车安置于到轨道上方；大尺度单裂隙介质试验样品包括尺寸相同的上部样品和下部样品，二者上下叠置，放置于轨道小车上；大尺度单裂隙介质试验样品的上部样品上方设有加载底板，水流通过加载底板的设有压力传感器的进水系统进入大尺度单裂隙介质试验样品，并通过加载底板的设有压力传感器的出水系统流出；竖直方向Z作动器位于加载底板上方，用于对加载底板及大尺度单裂隙介质试验样品施加法向应力；水平方向X₁作动器、水平方向X₂作动器对称安装于大尺度单裂隙介质试验样品左、右两侧，相互作用对大尺度单裂隙介质试验样品施加水平X方向应力；水平方向Y₁作动器、水平方向Y₂作动器对称安装于大尺度单裂隙介质试验样品前、后两侧，相互作用对大尺度单裂隙介质试验样品施加水平Y方向应力。

作为优选方案，所述裂隙介质渗透试验主机还包括球形加载头和加载顶板；球形加载头连接于竖直方向Z作动器下方；加载顶板上表面设有与球形加载头形状相匹配的凹陷，放置于加载底板上方。

作为进一步的优选方案，所述竖直方向Z作动器吊装于水平安装板下表面，所述水平安装板支撑于四根竖梁上方；水平方向X₁作动器、水平方向X₂作动器、水平方向Y₁作动器、水平方向Y₂作动器固定在轨道小车上。

本发明的有益效果为：

本发明的三轴应力作用下大尺度单裂隙介质渗透性测定试验装置，不仅能够对大尺度(米级尺度)介质对象的渗透性进行准确测量，还能够确保进出流量的稳定性和连续性。

本发明的一种三轴应力作用下大尺度单裂隙介质渗透性测定试验装置，不仅能测量竖向压力作用下大尺度单裂隙介质的渗透系数，而且能测量其在水平方向与竖向方向的压力共同作用下的渗透系数。

本发明的一种三轴应力作用下大尺度单裂隙介质渗透性测定试验装置，通过作动器油缸进出距离的控制，可对大尺度单裂隙介质施加小吨位到大吨位的不同加载力。