一种防渗结构及带防渗结构的应力渗流耦合剪切盒

摘要

本发明公开了一种防渗结构及带防渗结构的应力渗流耦合剪切盒，涉及剪切盒中防渗结构的技术领域，防渗结构包括垫块和囊体，垫块内设置有相互连通的两条管路，一条管路上端连通压头的进水管、下端连通套设于岩石试件内的接头杆，另一条管路设有阀体且连通囊体，囊体为中空筒状的弹性结构，囊体套设于接头杆与岩石试件的孔内。本发明的接头杆、囊体与岩石试件快速装配，节省了现有技术中防水胶凝固所需要的时间，同时消除了因人工涂抹防水胶不均匀产生的误差；接头杆、囊体均不是一次性用品，可多次反复使用；囊体为一个活性密封件，内部压强是可以进行根据实验需求进行调节的，提高了实验效率和实验结果的合理性。

说明书

技术领域

本发明涉及剪切盒中防渗结构的技术领域，特别是涉及一种防渗结构及带防渗结构的应力渗流耦合剪切盒。

背景技术

为探究水渗流对试件剪切流变特性的影响，需要对试件进行应力渗流耦合作用下的室内剪切流变实验；在对试件进行应力渗流耦合剪切试验过程中，需在试件内部施加高水压，而高水压会使得水沿着试件渗流孔内壁与岩石试件接头外壁之间的空隙溢出，影响实验结果，因此必须封堵试件渗流孔中的水溢出的溢出路径。现有的封堵方式为在的试件接头外壁涂上一层防水胶，再将试件接头放入试件渗流孔中，静置一段时间，待防水胶凝固后可进行实验。这种处理方式可以起到一定的防水作用，但是在人工误差以及长期高渗透水压作用的条件下，试件渗流孔内壁与岩石试件接头外仍然有水进入，甚至溢出到试件表面，防水效果得不到保证，影响实验结果。

发明内容

本发明的目的是提供一种防渗结构及带防渗结构的应力渗流耦合剪切盒，以解决上述现有技术存在的问题，使应力渗流耦合剪切试验的防渗效果和实验结果的合理性提高。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供了一种带防渗结构的应力渗流耦合剪切盒，包括垫块和囊体，所述垫块内设置有相互连通的两条管路，一条所述管路上端连通压头的进水管、下端连通套设于岩石试件内的接头杆，另一条所述管路设有阀体且连通所述囊体，所述囊体为中空筒状的弹性结构，所述囊体套设于所述接头杆与所述岩石试件的孔内。

优选的，所述垫块内的两条管路分别为渗流管和囊体增压管，所述渗流管分别与所述进水管、所述接头杆的通道共线设置，所述囊体增压管呈倒“L”型，所述囊体增压管的下端连通所述囊体。

优选的，所述阀体为单向阀。

优选的，所述囊体上端设置有进口管，所述进口管通过接头连接于所述单向阀上，所述接头杆的凸出端上设置有用于通过所述进口管的缺口。

优选的，所述囊体的深度与所述防渗孔的深度相同，所述进口管贴敷于所述岩石试件的上表面，所述垫块的下端面设置有用于通过所述进口管和与所述接头杆的凸出端匹配的凹槽。

优选的，所述囊体内能够填充不同压强的气体或液体。

本发明还涉及一种带防渗结构的应力渗流耦合剪切盒，包括上述的防渗结构及上剪切盒、下剪切盒、岩石试件、压头、接头杆，所述下剪切盒中部设有用于容纳所述岩石试件的腔体，所述岩石试件上设置有用于容纳所述接头杆的孔，所述上剪切盒为中空结构，所述上剪切盒内依次贯穿设置有相互匹配的所述岩石试件、所述接头杆、所述防渗结构和所述压头，所述上剪切盒与所述下剪切盒的接触面上设置有排水管路，所述岩石试件内的孔底面与所述上剪切盒的下端面平齐，所述压头内设置有连通所述防渗结构管路的进水管，所述压头顶部用于施加法向载荷，所述下剪切盒的侧壁用于施加剪切荷载。

优选的，所述岩石试件上的孔包括同心连接的防渗孔和渗流孔，所述渗流孔位于所述防渗孔的下端，且所述渗流孔的直径与所述接头杆的下端外径相匹配，所述接头杆与所述渗流孔之间设置所述防渗结构的囊体。

优选的，所述囊体与所述渗流孔的底面之间、所述接头杆的凸出端与所述防渗结构的垫块内的凹槽之间均设置有密封圈。

优选的，所述接头杆的外径和所述渗流孔的直径均为4mm，所述渗流孔的深度为2.5mm，所述防渗孔的内径为8mm、深度为35mm。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

本发明的接头杆、囊体与岩石试件快速装配，节省了现有技术中防水胶凝固所需要的时间，同时消除了因人工涂抹防水胶不均匀产生的误差；接头杆、囊体均不是一次性用品，可多次反复使用；囊体为一个活性密封件，内部压强是可以进行根据实验需求进行调节的，提高了实验效率和实验结果的合理性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明带防渗结构的应力渗流耦合剪切盒的结构示意图；

图2为本发明带防渗结构的结构示意图；

图3为本发明中接头杆的结构示意图；

图4为本发明中岩石试件的结构示意图；

其中：1-接头杆，2-凹槽，3-进口管，4-囊体，5-密封圈，6-单向阀，7-下剪切盒，8-岩石试件，9-上剪切盒，10-垫块，11-压头，12-进水管，13-渗流管，14-囊体增压管，15-排水管路，16-防渗孔，17-渗流孔。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种防渗结构及带防渗结构的应力渗流耦合剪切盒，以解决现有技术存在的问题，使应力渗流耦合剪切试验的防渗效果和实验结果的合理性提高。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图1至图4所示：本实施例提供了一种带防渗结构的应力渗流耦合剪切盒，包括垫块10和囊体4，垫块10内设置有相互连通的两条管路，一条管路上端连通压头11的进水管12、下端连通套设于岩石试件8内的接头杆1，另一条管路设有阀体且连通囊体4，囊体4为中空筒状的弹性结构，囊体4套设于接头杆1与岩石试件8的孔内。

垫块10内的两条管路分别为渗流管13和囊体增压管14，渗流管13分别与进水管12、接头杆1的通道共线设置，囊体增压管14呈倒“L”型，囊体增压管14的下端连通囊体4。阀体为单向阀6，可以有效保障囊体4内的压强不散失。囊体4上端设置有进口管3，进口管3通过接头连接于单向阀6上。接头杆1的凸出端上设置有用于通过进口管3的缺口，囊体4的深度与防渗孔16的深度相同，进口管3贴敷于岩石试件8的上表面，垫块10的下端面设置有用于通过进口管3和与接头杆1的凸出端匹配的凹槽2，减小对试件的破坏，又便于施加法向载荷。囊体4内能够填充不同压强的气体或液体，可以进行根据实验需求进行调节的，提高了实验效率和实验结果的合理性。

本实施例还涉及一种带防渗结构的应力渗流耦合剪切盒，包括上述的防渗结构及上剪切盒9、下剪切盒7、岩石试件8、压头11、接头杆1，下剪切盒7中部设有用于容纳岩石试件8的腔体，岩石试件8上设置有用于容纳接头杆1的孔，上剪切盒9为中空结构，上剪切盒9内依次贯穿设置有相互匹配的岩石试件8、接头杆1、防渗结构和压头11，上剪切盒9与下剪切盒7的接触面上设置有排水管路15，用以排出实验过程中的水，岩石试件8内的孔底面与上剪切盒9的下端面平齐，压头11内设置有连通防渗结构管路的进水管12，压头11顶部用于施加法向载荷，下剪切盒9的侧壁用于施加剪切荷载。

岩石试件8上的孔包括同心连接的防渗孔16和渗流孔17，渗流孔17位于防渗孔16的下端，且渗流孔17的直径与接头杆1的下端外径相匹配，接头杆1与渗流孔17之间设置防渗结构的囊体4，形成软体可加压的密封件。囊体4与渗流孔17的底面之间、接头杆1的凸出端与防渗结构的垫块10内的凹槽2之间均设置有密封圈5，保障各个管路之间的密封性，不渗水；因为囊体4底部的密封圈5可使囊体4膨胀不会进入到渗流孔17内，同时保障渗流孔17中的水无法从中溢出。接头杆1的外径和渗流孔17的直径均为4mm，渗流孔17的深度为2.5mm，防渗孔16的内径为8mm、深度为35mm。

本实施例的岩石试件8为高度为150mm、长和宽均为75mm的标准长方体试件；采用红砂岩材质。岩石试件8顶部中心位置钻出防渗孔16，完成后再在该圆柱孔底部钻出同心设置的渗流孔17，并将孔内清理干净。

本实施例使用时，组装好带防渗结构的应力渗流耦合剪切盒，并将上剪切盒9与下剪切盒7密封。实验时，先施加法向载荷，待岩石试件8变形稳定后，向压头11中的进水管12注入压强为3-20MPa的水，该水压力大于本次实验所需的最大渗透水压，待水压稳定后停止增压，此时囊体4因为有单向阀6的作用水压力曾大至3-20MPa；因为囊体4具有弹性，在水压作用下发生膨胀，使得囊体4与接头杆1外壁、防渗孔16内壁紧密贴合，并且封堵所有空隙19，停止施加水压。各处均密封好后，向压头11中的进水管12注入压强为2MPa水，该压力为实验所需的渗透水压力，水充满渗流孔17。静置3天-5天后，再分级向下剪切盒7施加横向的剪切荷载，直至试样破坏，以测试岩石试件8的力学特性；实验完成后拆除各装置，再清理剪切盒即可。

本说明书中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。