[发明专利]一种大尺度二维裂隙岩体剪切渗流仪

说明书

技术领域

本发明涉及一种剪切渗流实验仪器，特别涉及一种大尺度二维裂隙岩体剪切渗流仪。

背景技术

岩体是由随机分布的节理、裂隙等不连续面和被其切割的岩石组成的不连续介质，裂隙大量存在于天然岩体中，严重影响岩体的渗流特性。裂隙岩体渗流的渗透系数的非均匀性和各向异性十分明显，裂隙网络的分布和应力环境对岩体渗流场的影响显著，因此，研究裂隙岩体剪切-渗流特性对工程设计、施工及安全运行具有重要意义。

目前裂隙岩体的剪切渗流实验装置，大多数采用简单裂隙(如单一裂隙和正交裂隙)的小尺寸岩石试样的室内实验，或采用多块岩石拼砌组合形成的大尺度岩体的模型实验，虽然这些实验能在一定程度上模拟裂隙岩体的渗流状态，但其也具有明显的缺点：1)小尺寸岩石试样受尺寸效应的影响较大；2)简单裂隙或多块岩石拼砌组合形成的裂隙与实际岩体的裂隙网络相差较大，难以模拟真实岩体裂隙网络的渗流状态；3)应力加载和渗流加载控制不灵活，难以模拟复杂裂隙网络岩体的单向加载多向渗流、多向加载单向渗流等渗流状态；4)实验过程中岩体试样为不可见状态，不能直观追踪流体在裂隙网络中的流动过程。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种用于含有节理、裂隙等不连续面大尺度二维裂隙岩体的剪切-渗流实验装置，该装置既能较真实地模拟岩体实际裂隙网络的剪切渗流状态，又能灵活控制应力加载和渗流加载的大尺度二维裂隙岩体剪切渗流装置，同时还能直观追踪流体在裂隙网络中的流动过程。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种大尺度二维裂隙岩体剪切渗流仪，包括工作台、应力加载系统、渗流加载系统和数据量测控制系统，所述应力加载系统包括竖向应力加载系统和横向应力加载系统，所述渗流加载系统包括竖向渗流加载系统和横向渗流加载系统；

所述工作台包括底座、设置于底座上的试件安装座、固定于试件安装座下部的竖向承压板、与竖向承压板对应的竖向加载板、固定于试件安装座右边的横向承压板和与横向承压板对应的横向加载板；

所述数据量测控制系统包括用于检测渗流水压的水压传感器、用于检测试件应力的应力传感器、信号转换处理器、信号控制器和计算机。

进一步，所述竖向应力加载系统包括竖向应力加载控制器、由竖向应力加载控制器控制的竖向加载伺服电机和由竖向加载伺服电机驱动的竖向伺服加载器，所述竖向伺服加载器与竖向加载板连接；

所述横向应力加载系统包括横向应力加载控制器、由横向应力加载控制器控制的横向加载伺服电机和由横向加载伺服电机驱动的横向伺服加载器，所述横向伺服加载器与横向加载板连接。

进一步，所述竖向渗流加载系统包括竖向渗流控制器、由竖向渗流控制器控制的竖向渗流伺服电机、由竖向渗流伺服电机驱动的竖向渗流伺服加载器、竖向进水钢盒和竖向出水钢盒，所述竖向进水钢盒与竖向渗流伺服加载器连接，竖向出水钢盒与竖向出水管连接；

所述横向渗流加载系统包括横向渗流控制器、由横向渗流控制器控制的横向渗流伺服电机、由横向渗流伺服电机驱动的横向渗流伺服加载器、横向进水钢盒和横向出水钢盒，所述横向进水钢盒与横向渗流伺服加载器连接，横向出水钢盒与横向出水管连接。

进一步，所述数据量测系统还包括用于记录流体流动过程的微型摄像头，所述微型摄像头安装于试件安装座的左上部和右上部。

进一步，所述数据量测系统还包括用于检测渗流流量的流量计，所述流量计安装于靠近竖向出水钢盒和横向出水钢盒一端的竖向出水管和横向出水管上。

进一步，所述竖向应力加载控制器、横向应力加载控制器、竖向渗流控制器和横向渗流控制器均与计算机连接，按照实验设计要求通过计算机控制应力加载和渗流加载。

本发明的有益效果在于：

1)本发明不仅可以进行单向加载单向渗流、单向加载多向渗流实验，还可以进行双向加载单向渗流、双向加载多向渗流实验，功能更全，实用性更强。

2)本发明采用伺服加载控制进行应力加载和渗流加载，加载控制灵活，实验精度高。

3)本发明克服了传统裂隙岩体剪切渗流实验的小尺寸缺陷，同时，实验过程中能直观追踪裂隙岩体试样中流体的流动过程，有助于通过数字影像技术对裂隙岩体渗流进行分析，更加形象具体。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：

图1为本发明的结构示意图；

图2为图1中P1部分的放大三维示意图；