[发明专利]一种岩石结构面渗透率测试装置及方法

说明书

本发明公开了一种岩石结构面渗透率测试装置及方法，包括岩石结构面试件系统、渗流系统、轴向加载系统、围压加载系统和数据采集系统，所述岩石结构面试件系统包括置于三轴腔中的含有结构面的圆柱形岩石试样；所述渗流系统包括水箱、上导水板、下导水板；所述轴向加载系统包括伺服电机、减速机、液压活塞、液压缸、上压头、上加载板和下加载板；所述围压加载系统包括液压油箱；所述数据采集系统包括压力传感器、第一压力表、第二压力表、第三压力表、第四压力表、第一流量表、流量表、电脑。本发明能够实现含不同倾角结构面圆柱形岩样在不同轴压、不同孔压、不同围压作用下渗透率的测量。

技术领域

本发明涉及岩石结构面渗透率的测试，具体涉及一种岩石结构面渗透系数测试装置及方法。

背景技术

岩石结构面是坝基工程、采矿工程、地下储气库围岩中普遍存在的介质，岩体内部大量的结构面不仅影响并决定岩体的物理力学性质，同时作为渗流通道对于岩体的渗透性质起着主控作用。而在深部高应力环境下，围岩中结构面受深部高应力、地下水的影响，或闭合或扩张，对岩体的渗透性又有一定的影响，所以，整个工程岩体中的环境极为复杂。由于大型原位试验存在操作复杂，成本高等问题，因此，采用室内试验的方式，对岩石结构面的力学性质和渗透特性等进行研究对坝基工程、地下储气库工程、CO₂地质封存等的设计施工均具有极为重要的实际意义。

岩石结构面渗透率的影响因素众多，岩石结构面的渗透性随着围压的增大而非线性降低，随着孔压的增大而增大，渗透率与孔隙率非线性相关。同时，渗透率与体积变化之间的关系具有类似的规律，在低应力作用下，试件体积不断缩小，渗透率也随之减小，当应力超过裂纹损伤阈值后，试件会出现扩容现象，之后渗透率也随体积应变的增大而增大。另外结构面倾角、结构面的粗糙度对岩石结构面渗透率也有较大的影响。虽然对于裂隙岩体的研究较多，但是大多采用断续裂隙岩体进行研究，这种方式无法考虑结构面的粗糙度和长度，所以并不是真正意义上针对结构面的渗流特性进行研究，也就不能完全反映结构面的渗流特性，另外，如何保证渗流过程中渗流介质从结构面中流通，而不是从岩石内部的其他孔隙或者其它位置渗流是我们亟需解决的难题，这也是目前对于结构面渗透率的研究较少的主要原因。

通过室内岩石结构面渗流试验来了解岩石结构面的在不同条件下的渗流特征，为各种岩体工程的设计及其建造提供重要的理论依据。

发明内容

本发明的目的是提供一种岩石结构面渗透率测试装置及方法，以保证渗流过程中渗流介质从结构面中流通，而不是从岩石内部的其他孔隙或者其它位置渗流。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种岩石结构面渗透率测试装置，包括岩石结构面试件系统、渗流系统、轴向加载系统、围压加载系统和数据采集系统，其中：

所述岩石结构面试件系统包括置于三轴腔中的含有结构面的圆柱形岩石试样，圆柱形岩石试样侧壁外设置有防水热缩管，圆柱形岩石试样的上下两端分别设置有第一导水孔和第二导水孔；

所述渗流系统包括水箱、上导水板、下导水板，上导水板设置于圆柱形岩石试样顶部，下导水板设置于圆柱形岩石试样底部，水箱底部连接有水泵，并通过进水管连接下导水板，上导水板通过回水管连接水箱顶部；

所述轴向加载系统包括伺服电机、减速机、液压活塞、液压缸、上压头、上加载板和下加载板，上加载板和下加载板分别设置于上导水板上和下导水板下，伺服电机、减速机、液压活塞依次连接，液压活塞位于液压缸中，液压缸与上压头一端连接，上压头另一端接触上加载板；

所述围压加载系统包括液压油箱，液压油箱底部连接有油泵，油泵通过进油管与三轴腔连接，三轴腔通过回油管连接液压油箱顶部；