專利名稱：巖石節(jié)理剪切-滲流耦合試驗(yàn)盒的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種可用于進(jìn)行巖石節(jié)理剪切一滲流耦合試驗(yàn)的試驗(yàn)盒。
背景技術(shù)：
自然界中的巖體受到外力作用時(shí)，會(huì)產(chǎn)生節(jié)理和裂隙等結(jié)構(gòu)面，某個(gè)區(qū)域的完 整巖石受到外力作用破裂時(shí)，會(huì)形成一對(duì)節(jié)理面。國內(nèi)i^進(jìn)行巖石節(jié)理的剪切一滲 流耦合試驗(yàn)，多存在兩個(gè)方面的問題滲透水壓值過小和輻射狀的水流方式。滲透
水壓值過小，水頭高度只有2m多，而實(shí)際工程中的最大水頭高度甚至超過1000m; 輻射流的滲流方式，即從節(jié)理面中心鉆孔注水向四周流動(dòng)，這與實(shí)際情況也是不相 符的，自然界水在節(jié)理中的流動(dòng)方式應(yīng)該為單面流，即從節(jié)理面的一端流向另一端。
目前，國內(nèi)外已有較為成熟的巖石節(jié)理剪切試驗(yàn)機(jī)，但是由于上述難題的存在， 可進(jìn)行巖石節(jié)理的剪切一滲流耦合試驗(yàn)的試驗(yàn)機(jī)發(fā)展緩慢，還沒有集合剪切試驗(yàn) 機(jī)、水壓控制加載裝置、密封剪切盒、張開度測量和流量測量裝置，并將其形成一 體化的巖石節(jié)理剪切一滲流耦合試驗(yàn)系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)在穩(wěn)態(tài)水壓或瞬態(tài)水壓滲流狀 態(tài)下的巖石節(jié)理剪切試驗(yàn)。而在以上工作中，最大的技術(shù)難題是剪切盒的設(shè)計(jì)與制 作。在試驗(yàn)中，如何既能保證在高水壓下，上盒與下盒發(fā)生一定相對(duì)位移仍能保證 良好的密封，又能使水在剪切盒中以單面流的方式流動(dòng)，是很多專家努力思考想要 解決的問題。
因此，如何解決現(xiàn)有技術(shù)存在的諸多缺點(diǎn)實(shí)己成為本領(lǐng)域技術(shù)人員亟待解決的技術(shù) 課題。

實(shí)用新型內(nèi)容
為了解決上述問題，本實(shí)用新型提供一種能承受高滲透水壓、模擬自然狀態(tài)、 并準(zhǔn)確反映不同環(huán)境中巖石節(jié)理受力狀態(tài)的巖石節(jié)理剪切一滲流耦合試驗(yàn)盒。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型的巖石節(jié)理剪切一滲流耦合試驗(yàn)盒的技術(shù)方案為
所述的巖石節(jié)理剪切一滲流耦合試驗(yàn)盒，其特征在于，盒體包括上盒和下盒， 兩者配合面為平面，上盒和下盒內(nèi)有大小相近的凹槽，兩個(gè)凹槽共同形成可容納巖 石試件的空腔；下盒的左、右側(cè)壁板近上端面相對(duì)的兩側(cè)內(nèi)分別設(shè)有進(jìn)水通道和出 水通道。
所述巖石節(jié)理剪切一滲流耦合試驗(yàn)盒還包括一使上盒與下盒只能沿剪切方向做 相對(duì)水平滑動(dòng)和垂直滑動(dòng)的限位裝置。
所述下盒和上盒均為矩形，下盒和上盒形成的空腔為一矩形。
其中，下盒垂直于剪切方向的兩側(cè)壁外側(cè)固定有高出側(cè)壁的平板，上盒可在平 板間沿剪切方向水平滑動(dòng)。
所述的進(jìn)水通道的出水口和出水通道的進(jìn)水口伸入空腔內(nèi)，進(jìn)水通道的進(jìn)水口 和出水通道的出水口伸出剪切盒外壁。
所述的進(jìn)水通道和出水通道為梳狀。
所述盒體由抗壓強(qiáng)度高、耐水蝕性好的金屬或合金制成，優(yōu)選由鋼板制成。
使用本實(shí)用新型的巖石節(jié)理剪切—滲流耦合試驗(yàn)盒，可以進(jìn)行高滲透水壓作用 下的巖石節(jié)理剪切一滲流耦合試驗(yàn)，密封裝置的設(shè)計(jì)，可以使得試驗(yàn)過程中，上下 節(jié)理試件連同上盒與下盒發(fā)生相對(duì)的剪切位移時(shí)，水流不發(fā)生滲漏、并且仍然按照 預(yù)先設(shè)計(jì)的路徑和方式流動(dòng)，使得受力狀態(tài)更符合自然狀態(tài)，數(shù)據(jù)更真實(shí)，所獲得 的結(jié)論能更好地為實(shí)際工程服務(wù)


圖1為裝有巖石節(jié)理試件的本實(shí)用新型的縱剖視圖2為圖1沿B—B線的剖視圖3為圖1沿A—A線的剖視圖4為本實(shí)用新型的另一個(gè)實(shí)施例類似圖2的剖視具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)實(shí)用新型的巖石節(jié)理剪切一滲流耦合試驗(yàn) 盒作進(jìn)一步的說明。
如圖1 3所示，巖石節(jié)理剪切一滲流耦合試驗(yàn)盒，盒體1包括一下盒3、 一上 盒4、 一進(jìn)水管5、 一出水管6，構(gòu)成巖石節(jié)理剪切一滲流耦合試驗(yàn)盒1的盒體壁板 均由鋼板制成，亦可以用其他抗壓強(qiáng)度高、耐水蝕性好的金屬或合金制成。
下盒3由一前壁板31、 一后壁板32、 一左壁板33、 一右壁板35和一下壁板37 組成前壁板31與后壁板32為大小、厚度均相同的兩塊鋼板，對(duì)稱布置；左壁板 33和右壁板35是由兩塊大小相同、厚度不同的鋼板，通過螺栓連接而成；33a、 33b 與35a、 35b分別相同且對(duì)稱布置。左壁板33a和右壁板35a上端面分別加工有一安 裝密封條52的凹槽。
上盒4由一前壁板41、 一后壁板42、 一左壁板43、 一右壁板45和一上壁板47 組成前壁板41與后壁板42為大小、厚度均相同的兩塊鋼板，對(duì)稱布置；左壁板 43和右壁板45是由兩塊大小相同、厚度不同的鋼板，通過螺栓連接而成；43a、 43b 與45a、 45b分別相同且對(duì)稱布置。
上盒4的前壁板41與下盒3的前壁板31厚度相同，上盒4的后壁板42與下盒 3的后壁板32厚度相同，上盒4的左壁板43a、 43b與下盒3的左壁板33a、 33b厚 度相同，上盒4的右壁板45a、 45b與下盒3的右壁板35a、 35b厚度相同，上盒4 的上壁板47與下盒3的下壁板37大小、厚度均相同。
進(jìn)水管5和出水管6呈梳狀對(duì)稱嵌平安裝在左壁板33b和右壁板35b的上端面 內(nèi)側(cè)，進(jìn)水管5的梳狀出水口伸入兩節(jié)理面組成的空腔內(nèi)，出水管14的梳狀進(jìn)水 口亦伸入空腔內(nèi)，保證水流在節(jié)理面內(nèi)呈自然狀態(tài)流動(dòng)；進(jìn)水管5的進(jìn)水口和出水 管6的出水口穿出后壁板32。
圖4所示為本實(shí)用新型的另一個(gè)實(shí)施例，在第一個(gè)實(shí)施例的下盒3前壁板31、 后壁板32外側(cè)分別安裝一平板100和101，平板100和101大小相同，通過螺栓對(duì) 稱固定在前壁板31、后壁板32上，平板100和101的上端面高出前壁板31、后壁 板32的上表面，使上盒4只能沿剪切方向水平滑動(dòng)，沿垂直方向上下滑動(dòng)。平板 100和101組成本實(shí)施例的限位裝置，還可以采用其他方式，使上盒沿剪切方向水 平滑動(dòng)。
下盒3和上盒4的所有壁板均可以為整體結(jié)構(gòu)；下盒3、上盒4可為一體結(jié)構(gòu)。
內(nèi)部空腔還可以采用圓柱形、球形或其他形狀；盒體外形一般采用立方體結(jié)構(gòu)。 使用巖石節(jié)理剪切一滲流耦合試驗(yàn)盒的具體步驟如下
(a) 對(duì)巖石節(jié)理試件ll進(jìn)行處理，由于上下巖石節(jié)理面都是粗糙的，將上下節(jié) 理面接觸放置在一起，兩節(jié)理面不會(huì)完全吻合，部分點(diǎn)接觸，部分點(diǎn)脫離，上下節(jié) 理面之間會(huì)形成一個(gè)三維空腔，稱之為節(jié)理剪縫。自然界采集的天然節(jié)理，由于外 部形狀不規(guī)則，會(huì)先用水泥進(jìn)行外部包裹，制成外部形狀規(guī)則的巖石節(jié)理試件，由 于試驗(yàn)中上節(jié)理面相對(duì)于下節(jié)理面要做相對(duì)垂直和剪切運(yùn)動(dòng)，要保證這種相對(duì)運(yùn) 動(dòng)，上下節(jié)理面不能固結(jié)在一起，故水泥制成的上下包裹層12是斷開的，故也留 有一條水泥剪縫，見圖l和2 (人造節(jié)理由相似材料澆鑄而成，由于外部形狀較規(guī) 則，和剪切盒可以很好吻合，通常不需要做水泥包裹處理)；
(b) 在試驗(yàn)之前，會(huì)對(duì)水泥剪縫做處理，用一種密封材料53將水泥剪縫密封住， 僅留進(jìn)水管和出水管的通道，見圖1至3，這種密封材料為聚酯材料，具有一定的
韌性、抗拉和抗剪性，可以承受較大的變形，水泥剪縫密封時(shí)，在密封層上預(yù)留了
進(jìn)水管道的梳狀進(jìn)水口以及出水管道的梳狀出水口的通道；水泥剪縫密封后，上下 節(jié)理面仍可以做相對(duì)運(yùn)動(dòng)，且水不會(huì)從水泥剪縫中滲漏。
(c) 對(duì)己經(jīng)做過水泥剪縫密封處理的節(jié)理試件，在其外部再包裹一層隔水層54，
用于隔離高壓滲透水，保證在高水壓以及上、下盒發(fā)生相對(duì)剪切位移時(shí)，保證水流 按照設(shè)計(jì)好的路徑進(jìn)行平流，保證水流不從剪切盒和巖石節(jié)理之間的縫隙流過，保
證水流不從垂直于剪切方向的側(cè)面流出，見圖1、 2和3，這種隔水材料屬于聚酯材 料，使用前為液體，注入模具或指定位置以后經(jīng)一定時(shí)間凝固成固體膠，抗壓和抗 剪性能良好，彈性模量可以通過改變添加劑成分調(diào)節(jié)，并可通過試驗(yàn)測出，在剪切 試驗(yàn)過程中的變形可以通過測量其受力大小算出；在該試驗(yàn)中，隔水層54—般先
預(yù)制好，在安裝后若存在試件、隔水層、壁板之間的局部位置有空洞，可以通過補(bǔ)
注的辦法將其填充；
(d) 將上述試件分別先裝入上盒和下盒，將進(jìn)水管和出水管安裝就位，然后在 壁板31和41、 32和42接觸面之間安裝減摩板51，在壁板33a和43a、 35a和45a 的凹槽內(nèi)壓入隔水密封條52，再將上盒、下盒合攏。
完成上述步驟的剪切盒就可以借助剪切試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行巖石節(jié)理剪切一滲流耦合試驗(yàn)。
使用本實(shí)用新型的巖石節(jié)理剪切一滲流耦合試驗(yàn)盒，可以進(jìn)行高滲透水壓作用 下的巖石節(jié)理剪切一滲流耦合試驗(yàn)，密封裝置的設(shè)計(jì)，可以使得試驗(yàn)過程中，上下 節(jié)理試件連同上盒與下盒發(fā)生相對(duì)的剪切位移時(shí)，水流不發(fā)生滲漏、并且仍然按照 預(yù)先設(shè)計(jì)的路徑和方式流動(dòng)，使得受力狀態(tài)更符合自然狀態(tài)，數(shù)據(jù)更真實(shí)，所獲得 的結(jié)論能更好地為實(shí)際工程服務(wù)。
根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施例已對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行了說明性而非限制性的描述，但應(yīng) 理解，在不脫離由權(quán)利要求所限定的相關(guān)保護(hù)范圍的情況下，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以 做出變更和/或修改。
權(quán)利要求1、一種巖石節(jié)理剪切-滲流耦合試驗(yàn)盒，其特征在于，盒體包括上盒和下盒，兩者配合面為平面，上盒和下盒內(nèi)有大小相近的凹槽，兩個(gè)凹槽共同形成可容納巖石試件的空腔；下盒的左、右側(cè)壁板近上端面相對(duì)的兩側(cè)內(nèi)分別設(shè)有進(jìn)水通道和出水通道。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的巖石節(jié)理剪切一滲流耦合試驗(yàn)盒，其特征在于，還包 括一使上盒與下盒只能沿剪切方向做相對(duì)水平滑動(dòng)和垂直滑動(dòng)的限位裝置。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的巖石節(jié)理剪切一滲流耦合試驗(yàn)盒，其特征在于，下盒 垂直于剪切方向的兩側(cè)壁外側(cè)固定有高出側(cè)壁的平板，上盒可在平板間沿剪切方向 水平滑動(dòng)。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的巖石節(jié)理剪切一滲流耦合試驗(yàn)盒，其特征在 于，所述進(jìn)水通道的出水口和出水通道的進(jìn)水口伸入空腔內(nèi)，進(jìn)水通道的進(jìn)水口和 出水通道的出水口伸出剪切盒外壁。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的巖石節(jié)理剪切一滲流耦合試驗(yàn)盒，其特征在 于，所述進(jìn)水通道和出水通道為梳狀。
6、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的巖石節(jié)理剪切一滲流耦合試驗(yàn)盒，其特征在于，所述 進(jìn)水通道和出水通道為梳狀。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的巖石節(jié)理剪切一滲流耦合試驗(yàn)盒，其特征在 于，所述盒體由抗壓強(qiáng)度高、耐水蝕性好的金屬或合金制成。
8、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的巖石節(jié)理剪切一滲流耦合試驗(yàn)盒，其特征在于，所述 盒體由抗壓強(qiáng)度高、耐水蝕性好的金屬或合金制成。
9、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的巖石節(jié)理剪切一滲流耦合試驗(yàn)盒，其特征在于，所述 盒體由抗壓強(qiáng)度高、耐水蝕性好的金屬或合金制成。
10、根據(jù)權(quán)利要求6所述的巖石節(jié)理剪切一滲流耦合試驗(yàn)盒，其特征在于，所述 盒體由抗壓強(qiáng)度高、耐水蝕性好的金屬或合金制成。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種巖石節(jié)理剪切-滲流耦合試驗(yàn)盒，其特征在于，盒體包括上盒和下盒，兩者配合面為平面，上盒和下盒內(nèi)有大小相近的凹槽，兩個(gè)凹槽共同形成可容納巖石試件的空腔；下盒的左、右側(cè)壁板近上端面相對(duì)的兩側(cè)內(nèi)分別設(shè)有進(jìn)水通道和出水通道，盒體由抗壓強(qiáng)度高、耐水蝕性好的金屬或合金制成。使用本實(shí)用新型的巖石節(jié)理剪切-滲流耦合試驗(yàn)盒，可以進(jìn)行高滲透水壓作用下的巖石節(jié)理剪切-滲流耦合試驗(yàn)，密封裝置的設(shè)計(jì)，可以使得試驗(yàn)過程中，上下節(jié)理試件連同上盒與下盒發(fā)生相對(duì)的剪切位移時(shí)，水流不發(fā)生滲漏、并且仍然按照預(yù)先設(shè)計(jì)的路徑和方式流動(dòng)，使得受力狀態(tài)更符合自然狀態(tài)，數(shù)據(jù)更真實(shí)，所獲得的結(jié)論能更好地為實(shí)際工程服務(wù)。
文檔編號(hào)G01N33/24GK201075102SQ20072007289
公開日2008年6月18日 申請(qǐng)日期2007年7月25日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月25日
發(fā)明者劉遠(yuǎn)明, 夏才初, 曹詩定, 偉 王, 閆子艦, 龔建伍 申請(qǐng)人:同濟(jì)大學(xué)