專利名稱：裂隙巖體滲流、應(yīng)力、變形耦合特性現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于巖體力學(xué)中的巖體滲流特性研究領(lǐng)域，涉及裂隙巖體的水力學(xué)特性、滲流、應(yīng)力變形耦合機(jī)理研究，具體地說，涉及裂隙巖體進(jìn)行高壓水力試驗(yàn)及相關(guān)的應(yīng)力應(yīng)變、流量和位移等觀測(cè)手段，現(xiàn)場(chǎng)裂隙巖體滲流-應(yīng)力-變形的試驗(yàn)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
巖石水力學(xué)的主要參數(shù)是單一裂隙的水力特性和巖體的等效水力特性，二者關(guān)系密切。裂隙及裂隙間的巖塊的滲透特性是構(gòu)成巖體滲透張量的基本參數(shù)。裂隙滲透性(或水力傳導(dǎo)系數(shù))取決于裂隙面的幾何特征(起伏差、粗糙度、隙寬等)，后者僅在試驗(yàn)室可以比較準(zhǔn)確地測(cè)量，并且對(duì)裂隙的水力傳導(dǎo)系數(shù)的影響關(guān)系極其復(fù)雜，所以，一般通過典型裂隙的試樣進(jìn)行滲流試驗(yàn)，以測(cè)量其水力傳導(dǎo)系數(shù)。而平板裂隙的立方定理、粗糙裂隙立方定理的修正都是通過室內(nèi)試驗(yàn)得以實(shí)現(xiàn)。由于試樣尺寸的限制和制樣過程中的擾動(dòng)，不能完全反映裂隙的粗糙度、初始隙寬及可能的充填物。以往的巖體裂隙水力學(xué)試驗(yàn)研究中，單裂隙小尺度試件的室內(nèi)試驗(yàn)居多，法向應(yīng)力條件下的滲流、應(yīng)力試驗(yàn)居多，裂隙面的幾何代表性不足，缺乏現(xiàn)場(chǎng)裂隙巖體在一定初始應(yīng)力和考慮裂隙滲流變形條件下的滲流、應(yīng)力耦合試驗(yàn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服已有背景技術(shù)的不足之處，提供一種現(xiàn)場(chǎng)裂隙巖體滲流、應(yīng)力、變形耦合特性現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)系統(tǒng)，通過鉆孔對(duì)穿越鉆孔的給定裂隙進(jìn)行不同壓力條件下的滲透性試驗(yàn)，可同步測(cè)量、采集試驗(yàn)水力壓力、滲透流量及裂隙變形，并進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的高壓水力試驗(yàn)系統(tǒng)。本發(fā)明解決其技術(shù)問題采用以下技術(shù)方案一種裂隙巖體滲流、應(yīng)力、變形耦合特性現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)系統(tǒng)，主要是包括裂隙巖體滲透性高壓水力試驗(yàn)的滲透壓力、滲流流量、應(yīng)力應(yīng)變及位移的同步測(cè)量及數(shù)據(jù)采集存儲(chǔ)；裂隙處，巖體鉆孔，孔內(nèi)上下填充封隔膠囊，裂隙處留測(cè)試段，鉆桿穿入鉆孔的封隔膠囊插入測(cè)試段，高壓水泵管上設(shè)有壓力傳感器接入封隔膠囊，高壓水泵對(duì)封隔膠囊進(jìn)行加壓，使封隔膠囊與孔壁緊密結(jié)合，高壓水泵管上設(shè)有流量傳感器、壓力傳感器并接入鉆桿，高壓水泵通過鉆桿對(duì)鉆孔中的測(cè)試段進(jìn)行高壓水力試驗(yàn)；裂隙處，巖體鉆觀察孔，孔內(nèi)設(shè)多點(diǎn)位移錨頭及應(yīng)變計(jì)，錨頭接位移傳感器；位移傳感器、流量傳感器、壓力傳感器分別接入數(shù)據(jù)采集存儲(chǔ)儀。水箱接入高壓水泵，高壓水泵管上接有調(diào)壓閥、壓力表。所述巖體觀察孔為I個(gè)或I個(gè)以上。所述數(shù)據(jù)采集存儲(chǔ)儀接入計(jì)算機(jī)。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比還具有以下的主要優(yōu)點(diǎn)
1、由于本發(fā)明裂隙巖體滲流、應(yīng)力、變形耦合特性現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)系統(tǒng)，改進(jìn)了傳統(tǒng)的通過典型裂隙的試樣進(jìn)行滲流試驗(yàn)，在試驗(yàn)室測(cè)量獲取裂隙滲透性的裂隙面的幾何特征，測(cè)量水力傳導(dǎo)系數(shù)，本發(fā)明現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)系統(tǒng)，滲透壓力、滲流流量、應(yīng)力變形位移的同步測(cè)量完成，克服了室內(nèi)試驗(yàn)由于試樣尺寸的限制和制樣過程中的擾動(dòng)，不能完全反映裂隙的粗糙度、初始隙寬及可能的充填物，以及單裂隙小尺度試件的室內(nèi)試驗(yàn)居多，裂隙面的幾何代表性不足的問題。2、由于本發(fā)明裂隙巖體滲流、應(yīng)力、變形耦合特性現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)系統(tǒng)，通過鉆孔對(duì)穿越鉆孔的給定裂隙進(jìn)行不同壓力條件下的滲透性試驗(yàn)，并通過鉆觀察孔對(duì)穿越孔的給定裂隙，可同步測(cè)量、采集試驗(yàn)水力壓力、滲透流量及裂隙變形，并進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的高壓水力試驗(yàn)。3、由于本發(fā)明采用在現(xiàn)場(chǎng)裂隙處鉆孔，且在孔內(nèi)上下填充封隔膠囊，在裂隙處留測(cè)試段，當(dāng)高壓水泵管對(duì)封隔膠囊進(jìn)行加壓時(shí)，使封隔膠囊與孔壁緊密結(jié)合，高壓水泵通過鉆桿對(duì)鉆孔中的測(cè)試段進(jìn)行流量高壓水力試驗(yàn)，高壓水泵管上設(shè)置有流量傳感器、壓力傳感器，可同步測(cè)量滲透流量、壓力。4、由于本發(fā)明在現(xiàn)場(chǎng)裂隙處鉆孔加壓水力試驗(yàn)，同時(shí)在鉆孔附近鉆觀察孔，在觀察孔內(nèi)裂隙處設(shè)應(yīng)計(jì)，并設(shè)多點(diǎn)位移錨頭，并接位移傳感器，在鉆孔進(jìn)行加壓水力試驗(yàn)時(shí)，既可測(cè)量裂隙應(yīng)力應(yīng)變量，也可以測(cè)量裂隙變形位移，耦合特性測(cè)量。5、由于本發(fā)明將位移傳感器、流量傳感器、壓力傳感器同時(shí)接入數(shù)據(jù)采集存儲(chǔ)儀，并通過計(jì)算機(jī)控制操作，構(gòu)成測(cè)量裂隙滲透性研究的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)系統(tǒng)。


圖I本發(fā)明裂隙巖體滲流、應(yīng)力、變形耦合特性現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)系統(tǒng)示意圖。鉆孔I、觀察孔2、位移錨頭3、應(yīng)變計(jì)4、位移錨頭5、封隔膠囊6、測(cè)試段7、巖體裂隙8、、鉆桿9、位移傳感器10、流量傳感器11、壓力傳感器12、壓力表13、調(diào)壓閥14、調(diào)壓數(shù)據(jù)采集存儲(chǔ)儀15、計(jì)算機(jī)16、高壓水泵17、17'、水箱18。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明。本發(fā)明一種裂隙巖體滲流、應(yīng)力、變形耦合特性現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)系統(tǒng)，包括裂隙巖體滲透性高壓水力試驗(yàn)的滲透壓力、滲流流量、應(yīng)力變形位移的同步測(cè)量及數(shù)據(jù)采集存儲(chǔ)。見圖I、一種裂隙巖體滲流、應(yīng)力、變形耦合特性現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)系統(tǒng)?，F(xiàn)場(chǎng)勘探平洞中，通過裂隙描述、測(cè)量和統(tǒng)計(jì)分析，研究巖體裂隙的分布特征。根據(jù)裂隙產(chǎn)狀分組，選取特定裂隙進(jìn)行試驗(yàn)研究，選定的區(qū)域，裂隙不易太發(fā)育。在有單裂隙或平行裂隙組8處，布置壓水孔，巖心鉆機(jī)造孔，基于地質(zhì)編錄及巖心描述和鉆孔錄像，選定鉆孔中試驗(yàn)裂隙對(duì)象，并對(duì)該裂隙出露位置及產(chǎn)狀進(jìn)行精細(xì)測(cè)量。巖體鉆孔1，在鉆孔I內(nèi)填充封隔膠囊6，裂隙8處留測(cè)試段7，再填充封隔膠囊6，高壓水泵17管上設(shè)有流量傳感器11、壓力傳感器12，并接入鉆桿9，鉆桿9穿入鉆孔I的封隔膠囊6插入測(cè)試段7，高壓水泵17'管上設(shè)有壓力傳感器，并接入封隔膠囊6，高壓水泵IT對(duì)封隔膠囊6進(jìn)行加壓，使封隔膠囊6與孔壁I緊密結(jié)合；水箱18接入高壓水泵17，高壓水泵17管上接有調(diào)壓閥14、壓力表，高壓水泵17管接入鉆桿9，高壓水泵17通過鉆桿9對(duì)鉆孔I中的測(cè)試段7進(jìn)行高壓水力試驗(yàn)?，F(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)系統(tǒng)可進(jìn)行初始應(yīng)力測(cè)量，以了解試驗(yàn)段初始應(yīng)力條件及可能的裂隙滲透最小劈裂壓力。據(jù)此初步確定高壓水力試驗(yàn)的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，一般壓力級(jí)數(shù)為7 10級(jí)，正式在測(cè)試段7進(jìn)行大流量高壓水力試驗(yàn)分級(jí)加壓，每級(jí)壓力下達(dá)到穩(wěn)定的流態(tài)。另外高壓水泵17管上還接有調(diào)壓閥14、壓力表13，壓力加載是通過調(diào)壓閥14控制。裂隙巖體中的鉆孔測(cè)試深度可達(dá)100m，裂隙巖體中高壓滲透壓力最大可達(dá)40MPa。
在鉆孔I處，巖體鉆觀察孔2，觀察孔2為I個(gè)或I個(gè)以上，安裝觀測(cè)孔中的相關(guān)試驗(yàn)觀測(cè)設(shè)施，在裂隙8處，孔2內(nèi)埋設(shè)多點(diǎn)位移錨頭3、5及應(yīng)變計(jì)4，錨頭3、5接位移傳感器
10。另外高壓水泵17管上還接有調(diào)壓閥14、壓力表13。位移傳感器10、流量傳感器11、壓力傳感器12接入數(shù)據(jù)采集存儲(chǔ)儀15，數(shù)據(jù)采集存儲(chǔ)儀15接入計(jì)算機(jī)16，記錄顯示壓力傳感器12的實(shí)時(shí)壓力、流量傳感器11的實(shí)時(shí)流量與位移傳感器10的裂隙相對(duì)位移即裂隙機(jī)械隙寬。通過該系統(tǒng)對(duì)深部裂隙巖體進(jìn)行高壓水力試驗(yàn)時(shí)能實(shí)時(shí)同步進(jìn)行壓力、流量與位移數(shù)據(jù)采集并存儲(chǔ)，配套設(shè)備能夠完成相關(guān)試驗(yàn)動(dòng)作，獲得測(cè)試資料，實(shí)現(xiàn)裂隙巖體現(xiàn)場(chǎng)滲流-應(yīng)力-變形耦合機(jī)制試驗(yàn)。
權(quán)利要求
1.一種裂隙巖體滲流、應(yīng)力、變形耦合特性現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于包括裂隙巖體滲透性高壓水力試驗(yàn)的滲透壓力、滲流流量、應(yīng)力應(yīng)變及位移的同步測(cè)量及數(shù)據(jù)采集存儲(chǔ)； 裂隙8處，巖體鉆孔1，孔I內(nèi)上下填充封隔膠囊6，裂隙8處留測(cè)試段7，鉆桿9穿入鉆孔I的封隔膠囊6插入測(cè)試段7，高壓水泵17'管上設(shè)有壓力傳感器12接入封隔膠囊6，高壓水泵17'對(duì)封隔膠囊6進(jìn)行加壓，使封隔膠囊6與孔壁I緊密結(jié)合，高壓水泵17管上設(shè)有流量傳感器11、壓力傳感器12并接入鉆桿9，高壓水泵17通過鉆桿9對(duì)鉆孔I中的測(cè)試段7進(jìn)行高壓水力試驗(yàn)； 裂隙8處，巖體鉆觀察孔2，孔2內(nèi)設(shè)多點(diǎn)位移錨頭3、5及應(yīng)變計(jì)4，錨頭3、5接位移傳感器10 ;位移傳感器10、流量傳感器11、壓力傳感器12分別接入數(shù)據(jù)采集存儲(chǔ)儀15。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種裂隙巖體滲流、應(yīng)力、變形耦合特性現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于水箱18接入高壓水泵17，高壓水泵17管上接有調(diào)壓閥14、壓力表13。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種裂隙巖體滲流、應(yīng)力、變形耦合特性現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于所述巖體觀察孔2為I個(gè)或I個(gè)以上。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種裂隙巖體滲流、應(yīng)力、變形耦合特性現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于所述數(shù)據(jù)采集存儲(chǔ)儀15接入計(jì)算機(jī)16。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種裂隙巖體滲流、應(yīng)力變形耦合特性現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)系統(tǒng)，通過鉆孔對(duì)穿越鉆孔的給定裂隙進(jìn)行不同壓力條件下的滲透性試驗(yàn)，可同步測(cè)量采集試驗(yàn)水力壓力、滲透流量及裂隙應(yīng)力變形，并進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的高壓水力試驗(yàn)系統(tǒng)。裂隙處巖體鉆孔，孔內(nèi)上下填充封隔膠囊，裂隙處留測(cè)試段，高壓水泵管上設(shè)有壓力傳感器接入封隔膠囊，并對(duì)封隔膠囊進(jìn)行加壓，使封隔膠囊與孔壁緊密結(jié)合，高壓水泵管上設(shè)有流量傳感器、壓力傳感器，高壓水泵通過鉆桿對(duì)鉆孔中的測(cè)試段進(jìn)行流量高壓水力試驗(yàn)；巖體鉆觀察孔，孔內(nèi)設(shè)多點(diǎn)位移錨頭及應(yīng)變計(jì)，錨頭接位移傳感器，位移傳感器、流量傳感器、壓力傳感器分別接入數(shù)據(jù)采集存儲(chǔ)儀及計(jì)算機(jī)控制。
文檔編號(hào)G01N3/12GK102621002SQ20121010311
公開日2012年8月1日 申請(qǐng)日期2012年4月10日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月10日
發(fā)明者劉元坤, 周春華, 周黎明, 尹健民, 李永松, 汪斌, 汪洋, 王法剛, 艾凱, 鄔愛清, 韓曉玉 申請(qǐng)人:長(zhǎng)江水利委員會(huì)長(zhǎng)江科學(xué)院