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原文传递可视化单裂隙岩石应力-渗流耦合试样的三轴渗流试验方法

专利名称：	可视化单裂隙岩石应力-渗流耦合试样的三轴渗流试验方法
摘要：	本发明公开了一种可视化单裂隙岩石应力‑渗流耦合试样的三轴渗流试验方法，包括步骤1，透明岩石基质试样制作；步骤2，裂隙及预制裂纹制作；步骤3，单裂隙岩石应力‑渗流耦合试样制作；步骤4，标准石膏试样制作；步骤5，初始渗透系数确定；步骤6，单裂隙岩石应力‑渗流耦合试样与真三轴仪装夹；步骤7，真三轴渗流试验；步骤8，对比渗流试验。本发明能够制备可视化的单裂隙岩石应力‑渗流耦合试样，能对全试验过程进行跟踪记录，可以准确地描述单裂隙试样在应力‑渗流耦合条件下裂纹的开展过程以及对应的渗透系数变化。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	江苏;32
申请人：	河海大学
发明人：	牛子豪;刘承;朱珍德
专利状态：	有效
申请日期：	2019-05-30T00:00:00+0800
发布日期：	2019-09-10T00:00:00+0800
申请号：	CN201910461877.3
公开号：	CN110220834A
代理机构：	南京经纬专利商标代理有限公司
代理人：	石艳红
分类号：	G01N15/08(2006.01);G;G01;G01N;G01N15
申请人地址：	211100 江苏省南京市江宁开发区佛城西路8号
主权项：	1.可视化单裂隙岩石应力-渗流耦合试样的三轴渗流试验方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤1，透明岩石基质试样制作：以改性有机玻璃为材料，切割形成两块长、宽、高均为ammb mma mm的长方体透明岩石基质试样；其中，a＞2b；每块透明岩石基质试样中，面积最大的两个侧面均为透明观察侧面；步骤2，裂隙及预制裂纹制作：将步骤1制作的两块透明岩石基质试样平行摆放且位置固定，形成边长为a mm的立方体，两块透明岩石基质试样的透明观察侧面之间形成厚度为cmm的裂隙；其中，c=a-2b；在裂隙中预制裂纹处预设有至少一块设定角度的冰片，冰片的两端与两侧的透明观察侧面压紧接触；步骤3，单裂隙岩石应力-渗流耦合试样制作，包括如下步骤：步骤31，裂隙介质填充腔形成：在步骤2形成的裂隙的两侧开口处采用密封胶进行密封，形成裂隙介质填充腔；步骤32，裂隙介质填充：将搅拌均匀的石膏砂浆填充在裂隙介质填充腔中，由于石膏水化反应产生热量，故石膏砂浆与两块透明岩石基质试样的透明观察侧面快速粘接形成一个边长为a mm的立方整体试样；同时，步骤2中预设的冰片融化，形成预设裂纹；步骤33，试样养护：将立方整体试样放入温度为20±1℃，湿度≥90%的恒温养护箱中养护不少于7天，养护完成的立方整体试样即为制作完成的单裂隙岩石应力-渗流耦合试样；步骤4，标准石膏试样制作：采用步骤32中的石膏砂浆，制作边长为a mm的标准石膏试样，并按照步骤33的方法进行养护；其中，标准石膏试样中具有与单裂隙岩石应力-渗流耦合试样相同的预制裂纹；步骤5，初始渗透系数确定：将步骤4制作的标准石膏试样装夹在真三轴仪中，进行设定渗透条件下的渗透试验，测定得到的标准石膏试样的渗透系数即为初始渗透系数；步骤6，单裂隙岩石应力-渗流耦合试样与真三轴仪装夹：将步骤3制作完成的单裂隙岩石应力-渗流耦合试样装夹在真三轴仪的试样安放腔中，使单裂隙岩石应力-渗流耦合试样的每个侧面均安装一个加载装置，进而能对单裂隙岩石应力-渗流耦合试样实现X向、Y向和Z向的轴压加载；其中，与透明观察侧面接触安装的一或两个加载装置中内置有摄像头；与裂隙顶部相接触的加载装置为Z向渗透压加载头，Z向渗透压加载头与真三轴仪的高压渗透水箱相连接，高压渗透水箱中的水体中加入有高分子有机染料；步骤7，真三轴渗流试验：步骤6中的真三轴仪按照与步骤5相同的设定条件，对单裂隙岩石应力-渗流耦合试样进行渗透试验；摄像头将实时拍摄渗透试验过程中的渗流路径图像并传送给计算机，计算机还对单裂隙岩石应力-渗流耦合试样的渗透系数进行实时采集，当单裂隙岩石应力-渗流耦合试样的渗透系数达到步骤6确定的初始渗透系数的两个数量级以上时，视为单裂隙岩石应力-渗流耦合试样完全破坏，结束该组真三轴渗流试验。 2.根据权利要求1所述的可视化单裂隙岩石应力-渗流耦合试样的三轴渗流试验方法，其特征在于：还包括步骤8，对比渗流试验：更换设定渗透条件，重复步骤1至步骤7，对比分析不同设定渗透条件下的裂隙岩体裂纹的扩展以及渗透系数的影响情况；其中，不同设定渗透条件为不同预制裂纹倾角、渗透水压力、轴向压力或侧向压力的任一种或组合。 3.根据权利要求1或2所述的可视化单裂隙岩石应力-渗流耦合试样的三轴渗流试验方法，其特征在于：步骤32中，石膏砂浆的组成成分为石膏、细沙、水、石膏萘系减水剂和聚硅氧烷憎水剂，组成成分的重量比例为1:1:0.5:0.02:0.05。 4.根据权利要求2所述的可视化单裂隙岩石应力-渗流耦合试样的三轴渗流试验方法，其特征在于：步骤8中，预制裂纹的倾角为0°、45°、90°或135°。 5.根据权利要求2所述的可视化单裂隙岩石应力-渗流耦合试样的三轴渗流试验方法，其特征在于：步骤8中，渗透水压力呈梯度增加，渗透水压力梯度为0.5MP、1MP、2MP和4MP。 6.根据权利要求1所述的可视化单裂隙岩石应力-渗流耦合试样的三轴渗流试验方法，其特征在于：步骤2中，在裂隙中预制裂纹处预设有两块相互平行的冰片，冰片与水平面呈设定角度。 7.根据权利要求1所述的可视化单裂隙岩石应力-渗流耦合试样的三轴渗流试验方法，其特征在于：通过改变透明岩石基质试样的宽度b值，进而调整裂隙的厚度值。 8.根据权利要求1所述的可视化单裂隙岩石应力-渗流耦合试样的三轴渗流试验方法，其特征在于：步骤6中，单裂隙岩石应力-渗流耦合试样与顶部和底部的加载装置之间均设置有阻水装置，阻水装置包括阻水钢板和橡胶垫圈；阻水钢板中部开设有由若干个透水孔形成的透水区域，透水区域位于裂隙的顶部或底部，橡胶垫圈嵌套在位于透水区域的外周。 9.根据权利要求1所述的可视化单裂隙岩石应力-渗流耦合试样的三轴渗流试验方法，其特征在于：摄像头为高速动态捕捉微型摄像头。 10.根据权利要求1所述的可视化单裂隙岩石应力-渗流耦合试样的三轴渗流试验方法，其特征在于：改性有机玻璃为含7％甲基丙烯酸钡的有机玻璃。
所属类别：	发明专利