[发明专利]各向异性岩石损伤程度测试装置及其测试方法

说明书

本发明涉及一种各向异性岩石损伤程度测试装置及其测试方法。本发明的目的是提供一种结构简单、操作方便、成本较低的各向异性岩石损伤程度测试装置及其测试方法，以直接量测损伤岩石不同方向的气体渗透性。本发明的技术方案是：该装置用于测试岩样的环向气体渗透系数和轴向气体渗透系数，装置包括对岩样轴向和环向加压的轴向加压装置和环向加压装置，岩样中间具有中间钻孔，该装置还具有加压盘、密闭套筒、加压泵、储水容器、压力表和量管，岩样上套有与岩样同轴的密闭套筒，岩样的上下两端与轴向加压装置之间垫有加压盘，加压泵经进气管接于岩样下端，岩样上端依次经出气管和量管接至储水容器内，出气管上接有压力表。本发明适用于地下工程领域。

技术领域

本发明涉及一种各向异性岩石损伤程度测试装置及其测试方法。适用于地下工程领域。

背景技术

地下工程开挖以后由于应力的二次调整围岩会受到损伤，特别是现在深部地下岩石工程不断增多，埋深越来越大，地应力和岩体强度之间的矛盾越来越尖锐，导致围岩的损伤程度也不断加大，损伤的存在将直接影响到岩石本身的力学性能，进而影响地下工程的整体稳定。

在岩石中的应力损伤是不可恢复的，并且会导致岩石的内部结构产生永久性的变化，这些变化将导致岩石的物理力学特性发生变化，这些变化可以被直接量测，如裂纹数量统计、声波测试、声发射监测、CT扫描、渗透试验等。这些测试方法已经在工程实践中得到了推广应用，但是由于岩石普遍具有各向异性特征，导致上述测量只能反映出一个总体损伤程度，尤其是由于应力损伤将加剧岩石的各向异性特征，导致测试成果大多停留在定性的角度，无法准确判断损伤对岩石造成的准确损伤程度。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：针对上述存在的问题，提供一种结构简单、操作方便、成本较低的各向异性岩石损伤程度测试装置及其测试方法，以直接量测损伤岩石不同方向的气体渗透性。

本发明所采用的技术方案是：一种各向异性岩石损伤程度测试装置，用于测试岩样的环向气体渗透系数和轴向气体渗透系数，该装置包括对岩样轴向和环向加压的轴向加压装置和环向加压装置，岩样中间具有中间钻孔，其特征在于：该装置还具有加压盘、密闭套筒、加压泵、储水容器、压力表和量管，所述岩样上套有与岩样同轴的密闭套筒，岩样的上下两端与轴向加压装置之间垫有加压盘，所述加压泵经进气管接于岩样下端，岩样上端依次经出气管和量管接至储水容器内，出气管上接有压力表；

测试环向气体渗透系数时，所述加压盘为密封盘，在岩样上端的密封盘与轴向加压装置之间填充顶部孔隙介质层，密闭套筒与岩样之间填充侧面孔隙介质层，且侧面孔隙介质层顶部与顶部孔隙介质层连成一体；所述进气管的出气口穿过岩样下端的密封盘连通岩样的中间钻孔，所述出气管进气口连通顶部孔隙介质层；

测试轴向气体渗透系数时，所述加压盘为通气压盘，密闭套筒与岩样之间填充硅胶密封层，所述岩样的中间钻孔内充填硅胶；所述进气管的出气口连通岩样下端的通气压盘，所述出气管进气口连通上端的通气压盘。

所述顶部孔隙介质层和侧面孔隙介质层由级配良好的沙粒充填形成。

一种应用装置进行测试的方法，其特征在于步骤如下：

1、取芯：在开挖损伤区中取出岩芯，并在其中间钻孔，作为岩样；

2、环向气体渗透系数测试：

2.1、将岩样装入对应装置；

2.2、轴向加压装置和环向加压装置对岩样加压至设定值；

2.3、打开加压泵往岩样的中间钻孔内通入氮气；

2.3、实时记录压力表和量管读数；

3、轴向气体渗透系数测试：

3.1、岩样中间钻孔内充填硅胶；

3.2、将岩样装入对应装置；