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一種采動(dòng)斷裂巖體裂隙動(dòng)態(tài)閉合滲流模擬試驗(yàn)裝置及方法與流程

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技術(shù)特征:

1.一種采動(dòng)斷裂巖體裂隙動(dòng)態(tài)閉合滲流模擬試驗(yàn)裝置,其特征在于:包括滲流測(cè)試實(shí)驗(yàn)罐體和裂隙開度測(cè)試實(shí)驗(yàn)罐體;所述兩個(gè)實(shí)驗(yàn)罐體內(nèi)設(shè)斷裂巖體裂隙試樣,斷裂巖體裂隙試樣內(nèi)設(shè)上下貫通傾斜裂隙,在裂隙上盤下段及下盤上段均設(shè)軟弱層,裂隙與試樣側(cè)邊之間依次設(shè)有完整塊體和密封凹槽;試樣上下兩端分別設(shè)上、下裂隙保護(hù)板,裂隙保護(hù)板上設(shè)與裂隙重合的通槽;上、下裂隙保護(hù)板外設(shè)上、下滲透加壓板,滲透加壓板密設(shè)滲流孔,在與裂隙保護(hù)板接觸面設(shè)多個(gè)相互連通集水凹槽,其中一集水凹槽與裂隙保護(hù)板通槽重合;上、下滲透加壓板分別與垂直荷載加載系統(tǒng)、荷載傳遞監(jiān)測(cè)系統(tǒng)連接;在上、下滲透加壓板外側(cè)設(shè)罐體上、下密封蓋,上密封蓋設(shè)置出水口,下密封蓋內(nèi)設(shè)進(jìn)水口;試樣與罐體側(cè)壁間設(shè)置活動(dòng)側(cè)壓板及側(cè)壓傳感器,活動(dòng)側(cè)壓板相互間密封連接;對(duì)于滲流測(cè)試實(shí)驗(yàn)罐體,進(jìn)水口、出水口分別與滲流加壓系統(tǒng)和滲流測(cè)試系統(tǒng)連接;對(duì)于裂隙開度測(cè)試實(shí)驗(yàn)罐體,裂隙保護(hù)板與滲透加壓板間設(shè)置帶有導(dǎo)水連接管的密封膜,導(dǎo)水連接管一端對(duì)準(zhǔn)裂隙保護(hù)板通槽,另一端通過(guò)滲透加壓板滲流孔,上、下密封蓋出、進(jìn)水口引出,并與外部體積測(cè)試管連接。

2.如權(quán)利要求1所述的采動(dòng)斷裂巖體裂隙動(dòng)態(tài)閉合滲流模擬試驗(yàn)裝置,其特征在于:所述實(shí)驗(yàn)罐體內(nèi)在腔體截面為正方形,腔體每個(gè)面均設(shè)側(cè)壓板,側(cè)壓板之間設(shè)側(cè)壓板間密封條,側(cè)壓板上部和下部均設(shè)置側(cè)壓板端部密封條,側(cè)壓板與試樣之間設(shè)隔水薄膜。

3.如權(quán)利要求1所述的采動(dòng)斷裂巖體裂隙動(dòng)態(tài)閉合滲流模擬試驗(yàn)裝置,其特征在于:側(cè)壓板橫斷面為梯形,外寬內(nèi)窄;所述側(cè)壓板外側(cè)內(nèi)角為45°,內(nèi)側(cè)內(nèi)角為135°。

4.如權(quán)利要求1所述的采動(dòng)斷裂巖體裂隙動(dòng)態(tài)閉合滲流模擬試驗(yàn)裝置,其特征在于:裂隙開度為0.5-2.0mm,傾角為50-90°,裂隙與試樣側(cè)邊之間的完整塊體寬度為5-30mm,密封凹槽與裂隙開度同寬、深2.0mm,密封凹槽由塑性隔水材料聚氨酯填充。

5.如權(quán)利要求1所述的采動(dòng)斷裂巖體裂隙動(dòng)態(tài)閉合滲流模擬試驗(yàn)裝置,其特征在于:裂隙保護(hù)板為厚1mm鋼板,寬度尺寸與裂隙試樣橫截面相同,裂隙保護(hù)板內(nèi)設(shè)通槽,通槽位置及尺寸根據(jù)裂隙試樣內(nèi)預(yù)制裂隙參數(shù)設(shè)置,裂隙保護(hù)板通槽與裂隙試樣端面裂隙開口重合。

6.如權(quán)利要求1所述的采動(dòng)斷裂巖體裂隙動(dòng)態(tài)閉合滲流模擬試驗(yàn)裝置,其特征在于:所述垂直荷載加載系統(tǒng)包括依次相連的伺服加載萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)、荷載轉(zhuǎn)換器、加載千斤頂和與上滲透加壓板連接的上荷載活塞,荷載傳遞監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包括與下滲透加壓板連接的下荷載活塞及底座荷載傳感器。

7.如權(quán)利要求1所述的采動(dòng)斷裂巖體裂隙動(dòng)態(tài)閉合滲流模擬試驗(yàn)裝置,其特征在于:所述滲流加載系統(tǒng)包括依次連接的進(jìn)水口水壓力傳感器、水壓穩(wěn)壓罐體、穩(wěn)壓溢流閥、泵組及集水箱,進(jìn)水口水壓力傳感器與進(jìn)水口連接;所述滲流測(cè)試系統(tǒng)包括依次相連的出水口水壓力傳感器、流量計(jì)及集水箱,出水口水壓力傳感器與出水口連接。

8.如權(quán)利要求7所述的采動(dòng)斷裂巖體裂隙動(dòng)態(tài)閉合滲流模擬試驗(yàn)裝置,其特征在于:所述流量計(jì)為并聯(lián)連接的兩個(gè),分別為中型流量計(jì)和微型流量計(jì)。

9.如權(quán)利要求6所述的采動(dòng)斷裂巖體裂隙動(dòng)態(tài)閉合滲流模擬試驗(yàn)裝置,其特征在于:所述兩個(gè)實(shí)驗(yàn)罐體共同放置于約束框架內(nèi),對(duì)應(yīng)于兩個(gè)試驗(yàn)罐體中心位置上方的約束框架上安裝有加載千斤頂,下方安裝有底座荷載傳感器。

10.如權(quán)利要求1-9任一項(xiàng)所述的采動(dòng)斷裂巖體裂隙動(dòng)態(tài)閉合滲流模擬試驗(yàn)裝置的試驗(yàn)方法,其特征在于包括以下步驟:

(1)、制作裂隙試樣:在裂隙試樣模具內(nèi)固定預(yù)制裂隙鋼板,將下裂隙保護(hù)板穿過(guò)預(yù)制裂隙鋼板放入模具底部,在底部裂隙鋼板上側(cè)放入預(yù)制好的軟弱層塊體,向模具內(nèi)注入配置好的非親水性相似裂隙試樣材料,在上部裂隙鋼板下側(cè)放入另一塊預(yù)制好的軟弱層塊體,在模具上方穿過(guò)預(yù)制鋼板放入上裂隙保護(hù)板,振動(dòng)均勻后,待裂隙試樣達(dá)到一定強(qiáng)度后拆模,拔出預(yù)制裂隙鋼板,進(jìn)行養(yǎng)護(hù),養(yǎng)護(hù)完成后在裂隙邊界密封凹槽內(nèi)填充塑性隔水材料;

(2)、安裝裂隙試樣:一、對(duì)于滲流測(cè)試:首先在下密封蓋上放入下滲透加壓板,將養(yǎng)護(hù)好的裂隙試樣側(cè)壁包裹隔水薄膜,然后放在下滲透加壓板上,保證下滲透加壓板的某一集水凹槽與下裂隙保護(hù)板通槽重合,并逐步安裝活動(dòng)側(cè)壓板,固定罐體側(cè)壁,放入上滲透加壓板,保證上滲透加壓板的某一集水凹槽與上裂隙保護(hù)板通槽重合,安裝上密封蓋,固定密封整個(gè)罐體,將上、下滲透加壓板分別與垂直荷載加載系統(tǒng)、荷載傳遞監(jiān)測(cè)系統(tǒng)連接,進(jìn)水口、出水口分別與滲流加壓系統(tǒng)和滲流測(cè)試系統(tǒng)連接;二、對(duì)于裂隙開度測(cè)試:在上述安裝過(guò)程中,在上滲透加壓板與上裂隙保護(hù)板、下滲透加壓板與下裂隙保護(hù)板之間設(shè)連有導(dǎo)水連接管的密封膜,與密封膜連接的上導(dǎo)水連接管、下導(dǎo)水連接管一端對(duì)準(zhǔn)裂隙保護(hù)板內(nèi)通槽,另一端通過(guò)滲透加壓板引出罐體,然后固定密封整個(gè)罐體,向裂隙試樣內(nèi)注入液體至完全飽和,然后將上導(dǎo)水連接管、下導(dǎo)水連接管另一端與外部體積測(cè)試管連接;

(3)模擬測(cè)試:一、滲流測(cè)試:首先施加設(shè)定水壓力和流量,然后測(cè)試荷載為零時(shí),在設(shè)定滲透壓力條件下裂隙試樣的滲流量,再按照裂隙巖體應(yīng)力恢復(fù)路徑施加垂直荷載及預(yù)設(shè)穩(wěn)定水壓,并進(jìn)行數(shù)據(jù)采集;二、裂隙開度測(cè)試:裂隙開度測(cè)試實(shí)驗(yàn)罐體與滲流測(cè)試實(shí)驗(yàn)罐體同步加載且垂直荷載加載路徑相同,監(jiān)測(cè)裂隙開度體積測(cè)試管水位,與滲流測(cè)試罐體監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)同步采集;

(4)卸載:當(dāng)監(jiān)測(cè)到滲流為零時(shí)或者達(dá)到預(yù)設(shè)荷載時(shí),停止加載,卸載過(guò)程中繼續(xù)采集各監(jiān)測(cè)指標(biāo),直至各項(xiàng)數(shù)據(jù)穩(wěn)定不變;

(5)模型拆卸和現(xiàn)象觀測(cè):打開罐體,觀測(cè)裂隙試樣的破壞變形特征,然后進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。

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