【CN109738302A】一种用于岩石直剪-渗流的试验装置及方法【专利】

权利要求书2页 说明书6页 附图3页
CN 109738302 A
CN 109738302 A
权 利 要 求 书
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1 .一种用于岩石直剪-渗流的试验装置，其特征在于，包括轴向剪切压头、压力室、密封 件、垫板和胶套；
所述的胶套放置在压力室内，胶套内部用于放置试件； 所述 轴向 剪 切压头设置在胶套的 上方 ，与所述的 胶套 相连 ，其 用于对试件施 加一定的 压力，轴向剪切压头的施力面的面积大于试件的受力面的面积； 所述的垫板设置在胶套的下方，与所述的胶套相连，其为试件提供一定的支撑力，垫板 的受力面的面积大于试件的施力面的面积； 在所述的垫板和轴向剪切压头上均设有渗流通道； 所述的胶套与垫板连接位置、所述胶套与轴向剪切压头连接位置均通过所述的密封件 密封。 2 .如权利要求1所述的用于岩石直剪-渗流的试验装置，其特征在于，所述的垫板为刚 性圆柱形垫板 ，其受力面的面积与轴向剪切压头施力面的面积相同 ，上下对称设置。 3 .如权利要求1所述的用于岩石直剪-渗流的试验装置，其特征在于，所述的胶套为一 个类似于“工”字形状的壳体 ，且上、下面均开口 ；其上开口的面积略小于轴向剪切压头的施 力面的面积，其下开口的面积略小于垫板的受力面的面积，中间部位的柱体的形状与预制 试件的 侧面形状相同 ，中间部位的柱体内径略大于预制试件的半径。 4 .如权利要求1所述的用于岩石直剪-渗流的试验装置，其特征在于，所述的轴向剪切 压头、压力室采用的是三轴压缩仪上对应的装置。 5 .一种利用权利要求1-4任一所述的装置进行岩石直剪-渗流试验的方法，其特征在 于，包括以下步骤： 1)将所述的垫板安放到压力室的底部，二者形成下部圆柱型配合体； 2) 将制作完成的 试件放入至所述的 胶套内 ，然后将胶套底部套装到所述的 垫板上部 ， 使其组合起来； 3)进行单轴预压，使得轴向剪切压头嵌入所述的胶套直至与带有预制节理的试验试件 发生接触； 4)分别在所述胶套与所述垫板、轴向剪切压头连接位置粘贴密封装置进行密封； 5)对试件施加围压，开始试验。 6 .如权利要求5所述的岩石直剪-渗流试验的方法，其特征在于，所述的试件为圆柱形 结构 ，在圆柱形结构的两个端面上设有一小块半圆柱体缺口 ，两个端面上的缺口 相对于试 件的轴线对称；从试件的两个端面的中心位置向试件的内部延伸设有节理。 7 .如权利要求6所述的岩石直剪-渗流试验的方法，其特征在于，试验试件的制作过程， 如下： (1)加工制作出试验要求的圆柱型岩石试件； (2) 加工制作预制节理 ，节理宽度和高度依据试验要求确定 ，节理位置从试件的两个端 面的中心位置向试件的内部延伸； (3)在试件的两个端面上切割一小块半圆柱体缺口 ，两个端面上的缺口相对于试件的 轴线对称； (4) 对试件的 缺口 进行修 补 ，使其再成为一个中间 轴线处具有预 制节理的圆 柱型岩石 试件。
( 19 )中华人民 共和国国家知识产权局
( 12 )发明专利申请
(21)申请号 201910023638 .X
(22)申请日 2019 .01 .10
(71)申请人 山东科技大学 地址 266590 山东省青岛市黄岛区前湾港 路579号
(72)发明人 杨旭旭 孙德康 孙盼盼 乔卫国 吴岳
(74)专利代理机构 济南圣达知识产权代理有限 公司 37221
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一种用于岩石直剪-渗流的试验装置及方法
技术领域 [0001] 本发明涉及了一种用于岩石直剪-渗流的试验装置及方法，尤其是涉及一种利用 岩石三轴压缩试验设备装置进行剪切-渗流的试验方法。
背景技术 [0002] 深部岩体节理中的渗流与剪切耦合特性已成为了大型深部地下工程稳定性分析 中的迫切需要解决的关键性科学问题。岩石节理全剪切渗流耦合试验是研究岩石节理水力 特性最有效最直接的手段。而岩石抗剪强度、抗剪强度参数是进行围岩变形数值模拟和稳 定性分析的前提和基础。 [0003] 目前对于岩石抗剪强度的试验方法主要有直剪试验和三轴抗剪试验等。 [0004] 岩石直剪试验装置和试验方法比较简单，在实验室或现场均可进行，现场直剪试 验是 测定岩体抗剪强度最常 用的 方法 ，在平硐、基坑、甚至在大口 径钻孔中 均可进行。试验 前可预先选择破坏面的位置，剪切载荷可按所需要的方向施加，试验方法比较简单，因此特 别适用于测定岩体软弱结构面的抗剪强度。但是常规直剪试验测定岩石抗剪强度也存在许 多不足。 [0005] 1 .试样在直剪仪中只能沿着预先选择的破坏面发生剪切破坏，忽略了试样内部的 缺陷，并且只能模拟岩石在单向压缩状态下的剪切破坏； [0006] 2 .在直剪试验过程中，试样上的法向应力会随着剪切荷载以及位移的增加而发生 变化，不能对试样产生稳定的围压，测得的抗剪强度可能会偏小； [0007] 岩石三轴抗剪强度试验在一定的程度上消除了直剪试验时剪切面上的应力分布 不均匀的缺点，成果的规律性较好，且反映了实际岩体的受力状况。但是三轴抗剪强度试验 和直剪试验的意义和结果不尽相同 ，这主要是由于直剪试验是预先确定剪切面 ，而三轴抗 剪强度试验破坏有主要由应力控制。
代理人 赵敏玲
(51)Int .Cl . G01N 3/24(2006 .01)
(10)申请公布号 CN 109738302 A (43)申请公布日 2019.05.10
( 54 )发明 名称 一种用于岩石直剪-渗流的试验装置及方法
( 57 )摘要 本发明公开了一种用于岩石直剪-渗流的试
验装置及方法 ，涉及岩石力学试验技术。在本发 明中涉及到的三轴压缩剪切试验装置包括轴向 剪切压头( 1 )、压力室( 3 )、密封胶带( 4 )、用于隔 绝试件和油接触的变形胶套( 5 )、带有预制节理 的试验试件( 6 )，以及刚性圆柱形垫板( 8 )。本发 明采用的试验方法以及试件制备方法，充分的利 用了岩石三轴压缩实验的特点，通过油压室向试 件提供稳定的围压，利用特制的方法制备预制节 理 岩石试件 ，同时 创造进行剪 切试验的 条件 ，随 后并进行渗流试验。采用本方法并利用三轴试验 仪器进行剪 切-渗流试验 ，使得得到的 数 据更 加 准 确、可靠 ，并更大程度上模拟了岩石在天然状 况下发生剪切破坏的情况。
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权 利 要 求 书
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8 .如权利要求7所述的岩石直剪-渗流试验的方法，其特征在于，所述试件节理位置与 渗流通道在同一中心线上。
9 .如权利要求7所述的岩石直剪-渗流试验的方法，其特征在于，所述的试件的109738302 A
说 明 书