本發(fā)明屬于巖體非飽和滲流和多相流試驗(yàn)的技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種基于軸平移技術(shù)的巖體裂隙非飽和滲流試驗(yàn)裝置，可用于測(cè)量巖體裂隙非飽和水力參數(shù)。
背景技術(shù)：
自然界中存在著大量的諸如降雨（或霧化雨）入滲引起的裂隙巖體非飽和滲流問題有待深入研究。裂隙是巖體滲流的主要通道，它對(duì)裂隙巖體的水力行為起控制作用，故單裂隙非飽和滲流的研究是裂隙巖體非飽和滲流研究的基本問題和理論基礎(chǔ)。由于在模擬裂隙巖體非飽和滲流時(shí)一般多借鑒多孔介質(zhì)非飽和滲流的分析方法，其控制方程相同（或類似）于多孔介質(zhì)非飽和滲流的控制方程—Richards方程。因此在進(jìn)行裂隙巖體非飽和滲流數(shù)值分析時(shí)，最為關(guān)鍵的是單裂隙毛細(xì)壓力～飽和度、非飽和滲透系數(shù)～毛細(xì)壓力關(guān)系的建立。目前在測(cè)定上述兩個(gè)單裂隙非飽和水力參數(shù)時(shí)，主要還是借助于水－油擬穩(wěn)態(tài)驅(qū)替試驗(yàn)和水－油（或水－氣）二相流試驗(yàn)，而非飽和滲流指的是只有水相流動(dòng)，氣相只占據(jù)流動(dòng)空間并不流動(dòng)，因此運(yùn)用前述試驗(yàn)裝置所測(cè)出的單裂隙非飽和水力參數(shù)不能直接用于裂隙巖體非飽和滲流的分析。發(fā)明人曾借鑒多孔介質(zhì)非飽和滲流的試驗(yàn)方法，基于動(dòng)力法原理，研制出一套可用于測(cè)定單裂隙非飽和水力參數(shù)的非飽和滲流試驗(yàn)裝置；但由于未采用軸平移技術(shù)，需要直接測(cè)量裂隙內(nèi)的毛細(xì)壓力值（負(fù)水壓力值），而目前還沒有可靠的直接測(cè)量裂隙內(nèi)毛細(xì)壓力的傳感器，因此無法確保試驗(yàn)精度。
為了達(dá)到真正意義上的非飽和滲流狀態(tài)，同時(shí)提高試驗(yàn)測(cè)量精度，鑒于裂隙內(nèi)正水壓傳感器較成熟的現(xiàn)狀，提出本發(fā)明。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的上述技術(shù)問題，本發(fā)明的目的是提供一種基于軸平移技術(shù)的巖體裂隙非飽和滲流試驗(yàn)裝置，通過提升氣相壓力來使水相壓力達(dá)到正值，以便準(zhǔn)確測(cè)量水相壓力，從而提供一種基于軸平移技術(shù)的巖體裂隙非飽和滲流試驗(yàn)裝置及非飽和水力參數(shù)測(cè)量方法。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：
一種基于軸平移技術(shù)的巖體裂隙非飽和滲流試驗(yàn)裝置，包括放置在第一電子天平上的馬氏瓶，所述的馬氏瓶通過進(jìn)水管連接有第一端帽，所述第一端帽的相對(duì)側(cè)設(shè)置有第二端帽，所述第一端帽和第二端帽之間連接有裂隙試件、毛細(xì)障礙柵和進(jìn)氣管，所述的進(jìn)氣管上連接有氣壓控制器，裂隙與氣壓控制器相通，方便調(diào)節(jié)裂隙內(nèi)的氣相壓力，所述的第二端帽通過出水管連接有有機(jī)玻璃杯，所述的有機(jī)玻璃杯放置在第二電子天平上，所述的第一端帽、第二端帽與裂隙接觸面處均埋設(shè)有微型水壓傳感器，用于測(cè)量裂隙兩端的正水壓力。
作為優(yōu)選的，還包括試驗(yàn)臺(tái)，所述的第一端帽、第二端帽和裂隙試件均放置在試驗(yàn)臺(tái)上。
所述的毛細(xì)障礙柵為透水砂漿塊。
作為優(yōu)選的，所述的透水砂漿塊由水 : 水泥 : 砂 : 透水混凝土增強(qiáng)劑=150 : 100 : 400 : 3混合澆筑而成，所述的砂的粒徑為0.315～0.63mm。
本發(fā)明的有益效果如下：
本發(fā)明基于軸平移技術(shù)的巖體裂隙非飽和滲流試驗(yàn)裝置，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作簡(jiǎn)便，解決了傳統(tǒng)水－氣、水－油二相流試驗(yàn)裝置或擬穩(wěn)態(tài)驅(qū)替試驗(yàn)裝置的不足以及較難直接測(cè)量毛細(xì)壓力（負(fù)水壓力）的問題，能測(cè)得真正意義上的裂隙非飽和水力參數(shù)，而且試驗(yàn)精度高。
附圖說明
圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
其中，1為馬氏瓶、2為第一電子天平、3為進(jìn)水管、4為第一端帽、5為裂隙試件、6為進(jìn)氣管、7為氣壓控制器、8為第二端帽、9為出水管、10為有機(jī)玻璃杯、11為第二電子天平、12為試驗(yàn)臺(tái)、13為微型水壓傳感器。
具體實(shí)施方式
如圖1所示，本發(fā)明基于軸平移技術(shù)的巖體裂隙非飽和滲流試驗(yàn)裝置具有馬氏瓶1，馬氏瓶放置在第一電子天平2上，馬氏瓶經(jīng)進(jìn)水管3與第一端帽4相接，在端帽內(nèi)設(shè)有毛細(xì)障礙柵和進(jìn)氣管6，通過進(jìn)氣管6使裂隙與氣壓控制器7相通，方便調(diào)節(jié)裂隙內(nèi)的氣相壓力，第一端帽4和裂隙試件5放置在試驗(yàn)臺(tái)12上，在試驗(yàn)臺(tái)12上與第一端帽4相對(duì)應(yīng)處放置有第二端帽8，第二端帽8上連接有出水管9，出水管9另一端與有機(jī)玻璃杯10相接，有機(jī)玻璃杯10放置在第二電子天平11上，在第一端帽4、第二端帽8與裂隙接觸面處分別埋設(shè)有微型水壓傳感器13，用于測(cè)量裂隙兩端的正水壓力。
使用時(shí)，按端帽尺寸切割好裂隙試件5，將裂隙試件5置于第一端帽4和第二端帽8之間并夾緊，裂隙試件5平行于水流向的兩側(cè)邊涂環(huán)氧樹脂以防漏水漏氣。先讓裂隙和毛細(xì)障礙柵等飽水；再通過氣壓控制器7增大氣相壓力，記下該值作為裂隙內(nèi)的氣相壓力值，使之大于水相壓力（裂隙內(nèi)水相壓力取進(jìn)水側(cè)和出水側(cè)微型水壓傳感器測(cè)值的平均值），根據(jù)軸平移理論，相當(dāng)于在裂隙內(nèi)形成了毛細(xì)壓力，由毛細(xì)吸持理論可知，裂隙將開始排水。從氣相壓力增大到某個(gè)值開始，測(cè)算相鄰的若干個(gè)相同時(shí)段內(nèi)供水水量、集水水量（根據(jù)第一天平、第二天平讀數(shù)變化值獲得），直至穩(wěn)定流動(dòng)狀態(tài)（當(dāng)某個(gè)時(shí)段內(nèi)供水水量等于集水水量時(shí)即認(rèn)為流動(dòng)已達(dá)穩(wěn)定狀態(tài)）。由水量平衡原理可知，供水水量與集水水量的累計(jì)差值即為裂隙在該級(jí)毛細(xì)壓力作用下所排出的水量，根據(jù)裂隙的飽和含水量，可求得該級(jí)毛細(xì)壓力所對(duì)應(yīng)的裂隙飽和度。流動(dòng)穩(wěn)定后測(cè)得給定時(shí)段內(nèi)通過裂隙的水量，再根據(jù)達(dá)西定律和裂隙的平均開度、長(zhǎng)度以及寬度，可求得裂隙在該級(jí)毛細(xì)壓力下的非飽和滲透系數(shù)。逐級(jí)加大氣相壓力，重復(fù)上述步驟，可測(cè)求得一系列裂隙排水時(shí)的毛細(xì)壓力～飽和度以及非飽和滲透系數(shù)～毛細(xì)壓力的關(guān)系數(shù)據(jù)點(diǎn)。同理，從最大毛細(xì)壓力值開始，利用氣壓控制器逐級(jí)降低裂隙內(nèi)氣相壓力（裂隙將開始吸水），可測(cè)求得一系列裂隙吸水時(shí)的毛細(xì)壓力～飽和度以及非飽和滲透系數(shù)～毛細(xì)壓力的關(guān)系數(shù)據(jù)點(diǎn)。
某個(gè)氣相壓力所對(duì)應(yīng)的裂隙內(nèi)毛細(xì)壓力值取裂隙進(jìn)水側(cè)毛細(xì)壓力和出水側(cè)毛細(xì)壓力的平均值。要求得每級(jí)毛細(xì)壓力所對(duì)應(yīng)的飽和度，還需知道裂隙的飽和含水量。對(duì)巖體裂隙而言，由于巖塊的含水量較之裂隙的含水量要大的多，故傳統(tǒng)的用于測(cè)定多孔介質(zhì)含水量的方法（如中子水分儀法，X射線衰減法等）不能用于測(cè)量裂隙的飽和含水量。本發(fā)明的做法是：累計(jì)各級(jí)毛細(xì)壓力下的排水量，再乘以1.05（天然裂隙的束縛水飽和度一般為5％左右，故乘以1.05）作為裂隙的飽和含水量。根據(jù)飽和含水量和各級(jí)毛細(xì)壓力下裂隙的排水量（或吸水量），就可求得某級(jí)毛細(xì)壓力對(duì)應(yīng)的裂隙飽和度。
綜上所述，本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作簡(jiǎn)便，解決了傳統(tǒng)水－氣、水－油二相流試驗(yàn)裝置和擬穩(wěn)態(tài)驅(qū)替試驗(yàn)裝置的不足以及較難直接測(cè)量毛細(xì)壓力的問題，能測(cè)得真正意義上的裂隙非飽和水力參數(shù)，而且試驗(yàn)精度高。