[发明专利]一种岩石剪切盒密封装置

说明书

本发明公开了一种岩石剪切盒密封装置，包括：剪切盒，其包括内部构成用以容纳岩石试件的盒体容纳部，所述盒体容纳部的两侧为盒体连接部，所述盒体连接部的内壁尺寸大于所述盒体容纳部的内壁尺寸，在所述盒体容纳部上设有用以施加围压的围压孔；密封胶套，其包括用以沿横向套装所述岩石试件外表面的胶套容纳部，所述胶套容纳部的两侧为胶套连接部，所述胶套连接部的外周尺寸与所述盒体连接部的内壁尺寸相匹配；压盖，其在所述剪切盒的两侧与所述盒体连接部固定连接，用以将所述密封胶套压紧在所述剪切盒的内壁，并使所述密封胶套与所述剪切盒的内壁之间保持密封，所述压盖的盖体上设有剪切开口，以供剪切加载压头穿过并对所述岩石试件施加剪力。

技术领域

本发明涉及实验测量仪器技术领域，具体涉及一种岩石剪切盒密封装置。

背景技术

在矿山开采、核废料处置、水利水电、隧道、边坡等地下工程中，裂隙岩体是经常遇到的一类复杂岩体，它的强度、变形和渗透性等特征，直接关系工程设计、施工和运营稳定性，而且这些特性具有显著的时间相关性。裂隙岩体剪切流变常常是造成岩体滑坡、围岩塌落、地下工程失稳等岩石工程事故的主要因素。因此开展对岩石裂隙剪切流变特性的试验研究，对于整个岩体工程的长期稳定性具有重要的指导价值。

岩石节理面应力渗流耦合剪切流变试验系统的关键参数主要包括：最大法向加载力、最大剪切加载力、最大剪切位移范围、最大渗透压力、剪切盒尺寸、持续工作时间。国内外类似系统技术中，很难达到上述各参数同时具有较高水平。

1、最大剪切位移与最大剪切加载力及最大法向加载力很难同时兼顾。最大剪切位移与剪切盒的密封性密切相关，大位移剪切将对密封性造成影响，进而影响最大剪切加载力和最大法向加载力的参数。而为了保证剪切盒的密封性，大多数设备研制都采用较小的剪切位移。例如，Yeo L.W.等研制的剪切渗流设备最大剪切位移仅为2mm。同济大学夏才初、长崎大学蒋宇静等研制的设备最大剪切位移虽然达到20mm，但是其最大剪切加载力和最大法向加载力只有600kN。

2、最大渗透压力与与最大剪切加载力及最大法向加载力很难同时兼顾。渗透压力将对密封性造成影响，进而影响最大剪切加载力和最大法向加载力的参数。

较低的渗透压力可以保证剪切盒较好的密封，因此为了保证剪切盒良好的密封，一些设备选用的渗透压力较低，如表1所示，K.Iwai、Y.E.Detournay等学者研制的剪切渗流试验系统最大渗透压力均不超过1MPa，同济大学夏才初等研制的设备渗透压力也仅有0.5MPa，只能进行低渗透压下的试验。这类低渗透压无法体现裂隙岩体在地下深部的高压地下水作用。

但是高渗透压力下的剪切盒将出现漏水等密封问题，因而具有高渗透压力的剪切盒其最大剪切加载力及最大法向加载力均较小。日本长崎大学蒋宇静等研制的剪切渗流设备的剪切盒采用新型密封方法，其渗透压力可达到3MPa，但是其最大剪切加载力和最大法向加载力只有600kN。最近，重庆大学许江等研制的试验机渗透压力达到了5MPa，在剪切渗流设备方面较为领先，但是其最大剪切加载力和最大法向加载力只有300kN。

表1一些渗流试验设备的最大渗透压力

3、由于存在剪切盒密封等问题，导致了剪切试验的持续工作时间有限，已报道的一些研究，大多是对岩石试样进行伺服加载直至岩石破裂或者是进行应力渗流耦合研究，并没有考虑时间效应对岩体渗流的影响，现有的持续工作时间也仅为100天左右。

通过以上分析可知，限制岩石节理面应力渗流耦合剪切流变试验技术发展的主要因素是剪切盒的密封问题。

原有的渗流耦合剪切流变试验技术中，采取的密封方式有以下两种：

a.夏才初等先用水泥对试样进行处理，形成水泥包裹层，再用聚酯材料进行密封，这种密封方式程序繁琐，且只在低渗透压下才能保证密封，在高渗透压下无法密封，且大位移剪切下无法密封。