[发明专利]一种单裂隙微米级隙宽测量结构及其安装方法、测量方法

说明书

本发明公开了一种单裂隙微米级隙宽测量结构及其安装方法、测量方法，该测量方法包括如下步骤：先测量连接部底部与岩石试样之间的胶套层因受力的变形量：然后测量岩石孔隙压缩导致的垂直方向的变化量：最后注水孔外接高精度恒流恒压泵，用恒流模式将围压腔注满水并排尽空气，关闭出水孔，用恒压模式加载一定围压，并记录该位移杆测出的位移，继而可以得到，在某种围压条件下的裂隙隙宽变化量。该测量结构精度高，可靠性强，测量准确，该测量结构的安装方法的安装精度高，有助于提高测量精度；该测量方法可以精确测量出标定后的某种围压条件下的裂隙隙宽变化量。

技术领域

本发明涉及裂隙介质水动力学领域，尤其涉及一种单裂隙微米级隙宽测量结构及其安装方法、测量方法。

背景技术

裂隙介质水动力学主要研究地下水在裂隙介质中运动规律，究其实质最终可以归结为三个方面的问题：其一是介质，其二是水，其三是水与介质的相互关系，而介质研究的核心是其透水性，苏联学者早在1951年就通过平行板裂隙渗流试验证明了立方定律的成立，表明裂隙过流流量和隙宽的三次方成正比，如下式，

可见，隙宽的微小变化会导致裂隙透水性能的改变，学者为了方便研究，通过试验测得某种水力工况下的流量Q和压力降反算得到裂隙隙宽b，此时的隙宽称为水力隙宽，这种方法极大方便了裂隙渗流规律的研究，但后来越来越多工程现场及实验室试验表明，裂隙表面的几何特征复杂导致立方定律并不完全成立，并且流量Q和压力降逐渐偏离了线性关系，这样导致“以末求本”的方法不再合适，所以在试验过程中实时测量裂隙机械隙宽的变化成为该领域的研究难点，目前常用的一种方法是通过环向引伸计来测量，虽然精度可以达到微米级，但存在较大误差，原因为：①环向引伸计测量的是一个圆柱型试样加围压后周长的变化量，并不是裂隙隙宽在垂直平面方向的变化量，②环向引伸计放置在胶套外部，由于胶套较厚且弹性变形较大，引伸计测量值偏差较大，并无太多参考意义。为了解决单裂隙渗流过程中裂隙试样微米级隙宽的实时测量，发明了配套的测量结构和测量方法。

发明内容

本发明旨在解决上述现有技术存在的问题之一，本发明的一个目的在于提出一种单裂隙微米级隙宽测量结构，该测量结构精度高，可靠性强，测量准确。

根据本发明第一方面的一种单裂隙微米级隙宽测量结构，包括：筒体，其内部限定出两端端敞开的筒腔，且其上设置注水孔和所述出水孔；胶套，其置于所述筒腔内，且与所述筒腔的内壁之间共同形成围压腔，所述注水孔与所述出水孔分别与所述围压腔相连通；锥度套，其分别设于所述套筒的敞开端，且所述锥度套支撑在所述胶套内并与所述筒体的两端进行密封连接，使得所述围压腔的两端密封；带有岩石裂缝的裂隙试样，其置于所述胶套内，且所述裂缝处于水平位置；测量结构，为两个，分别对称设置于所述筒体的两侧，且每个测量结构包括：焊接接头、位移杆、盖帽组件、齿轮、角度传感器和数据采集与处理模块，其中，所述焊接接头固定连在所述筒体上，其内部限定出容纳腔，所述容纳腔与所述围压腔相连通，且所述容纳腔的中轴线与水平位置垂直设置；所述位移杆可活动地插接至所述容纳腔内，且其第一连接端与所述胶套相连接，其第二连接端伸出所述筒体并形成有齿条；所述盖帽组件连接在所述焊接接头上以密封所述容纳腔，且所述位移杆适于穿过所述盖帽组件；所述齿轮与所述齿条相配合；所述角度传感器用于采集所述齿轮所转动的角度信号；所述数据采集与处理模块与所述角度传感器电连接，用于接收所述角度信号，并将所述角度信号转化成位移信号。