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专利名称：一种裂隙岩体渗流、应力、变形耦合原位试验装置的制作方法
技术领域：
本实用新型属于岩体力学中的岩体渗流特性研究领域，涉及裂隙岩体高压水力试验及相关的应力应变、流量和位移等观测手段，具体地说，涉及一种裂隙岩体渗流、应力、变形率禹合原位试验装置。
背景技术：
岩石水力学的主要参数是单一裂隙的水力特性和岩体的等效水力特性，二者关系密切。裂隙及裂隙间的岩块的渗透特性是构成岩体渗透张量的基本参数。裂隙渗透性或水力传导系数取决于裂隙面的几何特征如起伏差、粗糙度、隙宽等，后者仅在试验室可以比较准确地测量，并且对裂隙的水力传导系数的影响关系极其复杂，所以，一般通过典型裂隙的试样进行渗流试验，以测量其水力传导系数。而平板裂隙的立方定理、粗糙裂隙立方定理的修正都是通过室内试验得以实现。由于试样尺寸的限制和制样过程中的扰动，不能完全反映裂隙的粗糙度、初始隙宽及可能的充填物。以往的岩体裂隙水力学试验研究中，单裂隙小尺度试件的室内试验居多，法向应力条件下的渗流、应力试验居多，裂隙面的几何代表性不足，缺乏现场裂隙岩体在一定初始应力和考虑裂隙渗流变形条件下的渗流、应力耦合试验装置。
发明内容本实用新型的目的在于克服已有背景技术的不足之处，提供一种现场裂隙岩体渗流、应力应变、变形耦合原位试验装置，通过钻孔对穿越钻孔的给定裂隙进行不同压力条件下的渗透性试验，可同步测量、采集试验水力压力、渗透流量及裂隙变形，并进行数据存储的高压水力试验装置。本实用新型解决其技术问题采用以下技术方案一种裂隙岩体渗流、应力、变形耦合原位试验装置，主要是在裂隙处，钻孔内上下填充封隔胶囊，裂隙处留测试段，钻杆穿入钻孔的封隔胶囊插入测试段，高压水泵二管上设有压力传感器接入封隔胶囊，高压水泵二对封隔胶囊加压，封隔胶囊与孔壁紧密结合，高压水泵一管上设有流量传感器、压力传感器并接入钻杆，高压水泵一通过钻杆对钻孔的测试段加压水力；裂隙处，观察孔内设多点位移锚头及应变计，锚头接位移传感器。而且，位移传感器、流量传感器、压力传感器分别接入数据采集存储仪。而且，水箱接入高压水泵一，高压水泵一管上接有调压阀、压力表。所述岩体观察孔为I个或I个以上。本实用新型与现有技术相比还具有以下的主要优点I、由于本实用新型一种裂隙岩体渗流、应力、变形耦合原位试验装置，改进了传统的通过典型裂隙的试样进行渗流试验，在试验室测量获取裂隙渗透性的裂隙面的几何特征，测量水力传导系数，本实用新型现场试验系统，渗透压力、渗流流量、应力变形位移的同步测量完成，克服了室内试验由于试样尺寸的限制和制样过程中的扰动，不能完全反映裂隙的粗糙度、初始隙宽及可能的充填物，以及单裂隙小尺度试件的室内试验居多，裂隙面的几何代表性不足的问题。2、由于本实用新型一种裂隙岩体渗流、应力、变形耦合原位试验装置，通过钻孔对穿越钻孔的给定裂隙进行不同压力条件下的渗透性试验，并通过钻观察孔对穿越孔的给定裂隙，可同步测量、采集试验水力压力、渗透流量及裂隙变形，并进行数据存储的高压水力试验。3、由于本实用新型采用在现场裂隙处钻孔，且在孔内上下填充封隔胶囊，在裂隙处留测试段，当高压水泵管对封隔胶囊进行加压时，使封隔胶囊与孔壁紧密结合，高压水泵通过钻杆对钻孔中的测试段进行流量高压水力试验，高压水泵管上设置有流量传感器、压力传感器，可同步测量渗透流量、压力。4、由于本实用新型在现场裂隙处钻孔加压水力试验，同时在钻孔附近钻观察孔，在观察孔内裂隙处设应计，并设多点位移锚头，并接位移传感器，在钻孔进行加压水力试验时，既可测量裂隙应力应变量，也可以测量裂隙变形位移，耦合特性测量，将位移传感器、流量传感器、压力传感器接入数据采集存储仪得到测量数据。

图I本实用新型一种裂隙岩体渗流、应力、变形耦合原位试验装置结构示意图。钻孔⑴、观察孔⑵、位移锚头(3)、应变计(4)、位移锚头(5)、封隔胶囊(6)、测试段(7)、岩体裂隙(8)、钻杆(9)、位移传感器(10)、流量传感器(11)、压力传感器(12)、压力表(13)、调压阀(14)、调压数据采集存储仪(15)、计算机(16)、高压水泵一(17)、高压水泵二(17')、水箱(18)。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。见图I、一种裂隙岩体渗流、应力、变形耦合原位试验装置。现场勘探平洞中，通过裂隙描述、测量和统计分析，研究岩体裂隙的分布特征。根据裂隙产状分组，选取特定裂隙进行试验研究，在有单裂隙或平行裂隙组(8)处，布置压水孔，岩心钻机造孔，对该裂隙出露位置及产状进行精细测量。岩体钻孔(I)，在钻孔(I)内填充封隔胶囊(6)，裂隙(8)处留测试段(7)，再填充封隔胶囊(6)。高压水泵二(17')管上设有压力传感器，并接入封隔胶囊￠)，高压水泵二HT )对封隔胶囊(6)进行加压，使封隔胶囊(6)与孔壁(I)紧密结合。水箱(18)接入高压水泵一(17)，高压水泵一(17)管接入钻杆(9)，高压水泵一
(17)管上设有流量传感器(11)、压力传感器(12)，钻杆(9)穿入钻孔⑴的封隔胶囊(6)插入测试段(7)，高压水泵一(17)管上接有调压阀(14)、压力表(13)，高压水泵一(17)通过钻杆(9)对钻孔(I)中的测试段(7)进行流量高压水力试验。现场试验装置可进行初始应力测量，以了解试验段初始应力条件及可能的裂隙渗透最小劈裂压力。据此初步确定高压水力试验的分级标准，一般压力级数为7 10级，在测试段(7)进行大流量高压水力试验分级加压，每级压力下达到稳定的流态。另外高压水泵一(17)管上还接有调压阀(14)、压力表(13)，压力加载是通过调压阀(14)控制。裂隙岩体中的钻孔测试深度可达100m，裂隙岩体中高压渗透压力最大可达40MPa。在钻孔⑴处，岩体钻观察孔⑵，观察孔(2为I个或I个以上，安装观测孔中的 相关试验观测设施，在裂隙⑶处，孔⑵内设多点位移锚头(3、5)及应变计(4)，锚头(3、5)接位移传感器(10)。位移传感器(10)、流量传感器(11)、压力传感器(12)接入数据采集存储仪(15)，数据采集存储仪(15)接入计算机(16)，记录显示压力传感器(12)的实时压力、流量传感器(11)的实时流量与位移传感器(10)的裂隙相对位移即裂隙机械隙宽。通过该装置对深部裂隙岩体进行高压水力试验，能实时同步进行压力、流量与位移数据采集并存储，配套设备能够完成相关试验动作，实现裂隙岩体现场渗流、应力变形耦合试验测试资料。
权利要求1.一种裂隙岩体渗流、应力、变形耦合原位试验装置，其特征在于裂隙(8)处，钻孔(I)内上下填充封隔胶囊(6)，裂隙⑶处留测试段(7)，钻杆(9)穿入钻孔⑴的封隔胶囊(6)插入测试段(7)，高压水泵二(17')管上设有压力传感器(12)接入封隔胶囊(6)，高压水泵二(17')对封隔胶囊(6)加压，封隔胶囊(6)与孔壁(I)紧密结合，高压水泵一(17)管上设有流量传感器(11)、压力传感器(12)并接入钻杆(9)，高压水泵一(17)通过钻杆(9)对钻孔⑴的测试段(7)加压水力；裂隙⑶处，观察孔(2)内设多点位移锚头(3、5)及应变计(4)，锚头(3、5)接位移传感器(10)。
2.根据权利要求I所述的一种裂隙岩体渗流、应力、变形耦合原位试验装置，其特征在于位移传感器(10)、流量传感器(11)、压力传感器(12)分别接入数据采集存储仪(15)。
3.根据权利要求I所述的一种裂隙岩体渗流、应力、变形耦合原位试验装置，其特征在于水箱(18)接入高压水泵一(17)，高压水泵一(17)管上接有调压阀(14)、压力表(13)。
4.根据权利要求I所述的一种裂隙岩体渗流、应力、变形耦合原位试验装置，其特征在于所述岩体观察孔⑵为I个或I个以上。
专利摘要本实用新型公开了一种裂隙岩体渗流、应力、变形耦合原位试验装置，通过钻孔对穿越钻孔的给定裂隙进行不同压力条件下的渗透性试验，可同步测量采集试验水力压力、渗透流量及裂隙应力变形，并进行数据存储的高压水力试验装置。裂隙处岩体钻孔，孔内上下填充封隔胶囊，裂隙处留测试段，高压水泵二管上设有压力传感器接入封隔胶囊，并对封隔胶囊进行加压，使封隔胶囊与孔壁紧密结合，高压水泵一管上设有流量传感器、压力传感器，高压水泵一通过钻杆对钻孔中的测试段进行高压水力试验；岩体钻观察孔，孔内设多点位移锚头及应变计，锚头接位移传感器，位移传感器、流量传感器、压力传感器分别接入数据采集存储仪及计算机。
文档编号G01N33/24GK202735333SQ20122014850
公开日2013年2月13日 申请日期2012年4月10日 优先权日2012年4月10日
发明者邬爱清, 刘元坤, 尹健民, 艾凯, 韩晓玉, 李永松, 周春华, 汪洋, 周黎明, 王法刚, 汪斌 申请人:长江水利委员会长江科学院