充填貫通裂隙巖石滲流性能對(duì)比試驗(yàn)檢測(cè)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于地下工程中安全技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及充填貫通裂隙巖石滲流性能對(duì)比試驗(yàn)檢測(cè)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]裂隙巖體是我國(guó)水利、礦山、隧道、核廢料儲(chǔ)存等各種工程經(jīng)常遇到的復(fù)雜介質(zhì)，其滲透特性研究是當(dāng)前巖體力學(xué)研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)之一。
[0003]國(guó)內(nèi)外專家與學(xué)者雖然在貫通裂隙滲流方面、低滲透巖石滲流方面的研究中取得了一些進(jìn)展，但大部分是對(duì)光滑無(wú)充填裂隙巖體、或者粗糙無(wú)充填裂隙滲流特征進(jìn)行探究，同時(shí)研究巖石低滲透、貫通裂隙、充填物、粗糙面方面，現(xiàn)有的文獻(xiàn)很少出現(xiàn)，而工程中所遇到的絕大部分滲流裂隙都為粗糙、粗糙充填裂隙，而對(duì)研究粗糙有充填裂隙巖石的滲流規(guī)律尚還沒(méi)有形成較成熟的理論。在光滑無(wú)充填裂隙滲流規(guī)律基礎(chǔ)上，直接通過(guò)試驗(yàn)，來(lái)得出粗糙充填裂隙面的滲流規(guī)律比較困難。目前急需尋找一種在光滑無(wú)充填裂隙滲流規(guī)律的基礎(chǔ)上，對(duì)含充填物粗糙裂隙巖體滲流規(guī)律進(jìn)行研究和滲流性能進(jìn)行檢測(cè)的方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是為克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種充填貫通裂隙巖石滲流性能對(duì)比試驗(yàn)檢測(cè)方法，已知貫穿光滑裂隙面有滲流規(guī)律立方定律，通過(guò)試驗(yàn)條件逐步逼近的方法，先構(gòu)造出貫穿光滑有充填物裂隙面的滲流規(guī)律公式，再構(gòu)造出貫穿粗糙無(wú)充填裂隙面的滲流規(guī)律公式，最后再利用疊加原理將貫穿光滑有充填物裂隙面的滲流規(guī)律公式和貫穿粗糙無(wú)充填裂隙面的滲流規(guī)律公式進(jìn)行帶有待定參數(shù)的疊加，最終得出貫穿粗糙有充填裂隙巖體的滲流規(guī)律公式。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案:
[0006]充填貫通裂隙巖石滲流性能對(duì)比試驗(yàn)檢測(cè)方法，包括以下步驟:
[0007]步驟1:試驗(yàn)材料的準(zhǔn)備，準(zhǔn)備光滑裂隙巖體和粗糙裂隙巖體各一份；
[0008]步驟2:確定光滑裂隙巖體在貫穿光滑無(wú)充填裂隙和貫穿光滑充填裂隙兩種試驗(yàn)工況下的滲流試驗(yàn)方案，確定粗糙裂隙巖體在貫穿粗糙無(wú)充填裂隙和粗糙充填裂隙兩種試驗(yàn)工況下的滲流試驗(yàn)方案；
[0009]步驟3:對(duì)步驟2中的四組試驗(yàn)方案進(jìn)行實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備和實(shí)施；
[0010]步驟4:對(duì)步驟3中所得到的四組試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，利用回歸分析的方法得到相應(yīng)的試驗(yàn)系數(shù)；
[0011]步驟5:根據(jù)步驟4得到的分析結(jié)果對(duì)充填貫通裂隙巖石滲流性能進(jìn)行檢測(cè)。
[0012]所述步驟I中試驗(yàn)材料的準(zhǔn)備的具體步驟為:
[0013]從地下工程中取待研究原巖巖樣，制作偶數(shù)個(gè)標(biāo)準(zhǔn)試件備用，將標(biāo)準(zhǔn)試件平均分成兩份，一份標(biāo)準(zhǔn)試件用巖體裂隙切割儀過(guò)標(biāo)準(zhǔn)試件的上下面中心切出貫穿的光滑裂隙，一份標(biāo)準(zhǔn)試件用劈裂裝置劈裂出過(guò)標(biāo)準(zhǔn)試件的上下面中心的貫穿粗糙裂隙。
[0014]所述巖體裂隙切割儀包括鋼架，所述鋼架的一側(cè)固定可調(diào)角度的三腳架，所述鋼架的另一側(cè)固定支架，所述三腳架的上平面為傾斜面，所述三腳架上設(shè)有固定夾塊，固定夾塊之間夾有標(biāo)準(zhǔn)試件，標(biāo)準(zhǔn)試件與三腳架之間設(shè)置墊片;所述支架上設(shè)置升降裝置，所述升降裝置上安裝刀具，刀具位于標(biāo)準(zhǔn)試件的上部。
[0015]所述劈裂裝置為巴西劈裂試驗(yàn)機(jī);所述劈裂裝置的試件模具上支撐標(biāo)準(zhǔn)試件，所述試件模具的兩側(cè)部均設(shè)置對(duì)標(biāo)準(zhǔn)試件位置進(jìn)行調(diào)節(jié)的調(diào)節(jié)緊固件，所述試件模具上部中間位置設(shè)有與標(biāo)準(zhǔn)試件軸線相垂直的鋼條，鋼條的刃口與標(biāo)準(zhǔn)試件相對(duì)應(yīng)。
[0016]所述步驟2中試驗(yàn)工況為貫穿光滑無(wú)充填裂隙的試驗(yàn)方案為:用水力比降和裂隙開度作為光滑裂隙巖體的滲流影響因素，然后設(shè)置不同水平的水力比降和裂隙開度對(duì)光滑裂隙巖體的滲流進(jìn)行試驗(yàn)。
[0017]所述步驟2中試驗(yàn)工況為光滑充填裂隙的試驗(yàn)方案為:用水力比降、裂隙開度、充填物級(jí)配和滲透水壓作為滲流試驗(yàn)因素，然后對(duì)各因素設(shè)置不同水平進(jìn)行光滑裂隙巖體的滲流試驗(yàn)。
[0018]所述步驟2中試驗(yàn)工況為粗糙無(wú)充填裂隙的試驗(yàn)方案為:用水力比降、裂隙開度、隙面粗糙系數(shù)JRC和滲透水壓作為滲流影響因素，然后對(duì)各因素設(shè)置不同水平進(jìn)行光粗糙隙巖體的滲流試驗(yàn)。
[0019]所述步驟2中試驗(yàn)工況為粗糙充填裂隙的試驗(yàn)方案為:用水力比降、裂隙開度、充填物級(jí)配、隙面粗糙系數(shù)JRC和滲透水壓作為滲流影響因素，然后對(duì)各因素設(shè)置不同水平進(jìn)行光粗糙隙巖體的滲流試驗(yàn)。
[0020]所述步驟3的具體步驟為:
[0021 ]步驟3-1:根據(jù)充填物的級(jí)配配比和不同隙面粗糙系數(shù)JRC對(duì)劈裂巖石試件進(jìn)行篩選，并對(duì)巖石試件進(jìn)行打磨制作；
[0022]步驟3-2:在滲流試驗(yàn)機(jī)上依次進(jìn)行四組試驗(yàn)方案中的每一次試驗(yàn)，測(cè)定每一次試驗(yàn)巖體的滲流系數(shù)。
[0023]所述步驟4中對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析的具體過(guò)程為:
[0024]步驟4-1:利用對(duì)光滑裂隙巖體進(jìn)行滲流試驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)滲流立方定律進(jìn)行驗(yàn)證；
[0025]步驟4-2:對(duì)光滑充填裂隙滲流試驗(yàn)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，構(gòu)造滲流系數(shù)與光滑充填裂隙滲流試驗(yàn)中各滲流實(shí)驗(yàn)因素的關(guān)系式，利用回歸分析的方法對(duì)關(guān)系式中的待定試驗(yàn)系數(shù)進(jìn)行最優(yōu)化擬合；
[0026]步驟4-3:對(duì)粗糙無(wú)充填裂隙滲流試驗(yàn)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，構(gòu)造滲流系數(shù)與粗糙無(wú)充填裂隙滲流試驗(yàn)中各滲流實(shí)驗(yàn)因素的關(guān)系式，利用回歸分析的方法對(duì)關(guān)系式中的待定試驗(yàn)系數(shù)進(jìn)行最優(yōu)化擬合；
[0027]步驟4-4:對(duì)粗糙充填裂隙滲流試驗(yàn)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，構(gòu)造滲流系數(shù)與粗糙充填裂隙滲流試驗(yàn)中各滲流實(shí)驗(yàn)因素的關(guān)系式，利用回歸分析的方法得到關(guān)系式中的待定試驗(yàn)系數(shù)。
[0028]所述步驟4-1的具體過(guò)程為:將在同種試驗(yàn)條件下(即水力比降、裂隙開度相同)得出的滲流系數(shù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和滲流立方定律公式得出的滲流系數(shù)進(jìn)行相似度檢驗(yàn)，當(dāng)相似度R值大于設(shè)定值時(shí)，則滲流立方定律得證;如果相似度R小于設(shè)定值，則對(duì)立方定律的試驗(yàn)系數(shù)進(jìn)行修正，根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)利用最小二乘法的原理，回歸出試驗(yàn)系數(shù)。
[0029]所述步驟4-2的具體過(guò)程為:在滲流立方定律的基礎(chǔ)上構(gòu)造滲流系數(shù)與水力比降、裂隙開度、充填物級(jí)配、滲透水壓的帶有待定系數(shù)的關(guān)系式，利用試驗(yàn)數(shù)據(jù)，利用回歸分析的方法對(duì)關(guān)系式里的待定系數(shù)進(jìn)行最優(yōu)化擬合。
[0030]所述步驟4-3的具體過(guò)程為:在滲流立方定律的基礎(chǔ)上構(gòu)造滲流系數(shù)與水力比降、裂隙開度、隙面粗糙系數(shù)JRC、滲透水壓的帶有待定系數(shù)的關(guān)系式，利用試驗(yàn)數(shù)據(jù)，利用回歸分析的方法對(duì)關(guān)系式里的待定系數(shù)進(jìn)行最優(yōu)化擬合。
[0031]所述步驟4-4的具體過(guò)程為:利用疊加原理，將步驟4-2和步驟4-3中的關(guān)系式進(jìn)行疊加，得出滲流系數(shù)與水力比降、裂隙開度、隙面粗糙系數(shù)JRC、充填物級(jí)配、滲透水壓的帶有待定系數(shù)的關(guān)系式，再根據(jù)粗糙充填裂隙滲流試驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，回歸出待定系數(shù)。
[0032]本發(fā)明的有益效果為:
[0033]本發(fā)明進(jìn)行了貫穿光滑無(wú)充填裂隙、貫穿光滑充填、貫穿粗糙無(wú)充填、粗糙充填四種試驗(yàn)工況下滲流實(shí)驗(yàn)，能夠得出各種地下工程巖體滲流試驗(yàn)條件下的滲流規(guī)律，具有廣泛的代表性，能裂隙滲流規(guī)律實(shí)現(xiàn)有效的探索。
[0034]本發(fā)明利用逐步逼近的方法，從已知的貫穿光滑裂隙面有滲流規(guī)律立方定律，先構(gòu)造出貫穿光滑有充填物裂隙面的滲流規(guī)律公式，再構(gòu)造出貫穿粗糙無(wú)充填裂隙面的滲流規(guī)律公式，最后再利用疊加原理將貫穿光滑有充填物裂隙面的滲流規(guī)律公式和貫穿粗糙無(wú)充填裂隙面的滲流規(guī)律公式進(jìn)行帶有待定參數(shù)的疊加，最終得出貫穿粗糙有充填裂隙巖體的滲流規(guī)律公式，簡(jiǎn)化了試驗(yàn)的難度和構(gòu)造粗糙充填裂隙滲流公式的難度，對(duì)其他因素變化比較的實(shí)驗(yàn)也具有思路上的指導(dǎo)意義。
【附圖說(shuō)明】
[0035]圖1為本發(fā)明所用巖體裂隙切割儀示意圖；
[0036]圖2為本發(fā)明中的改進(jìn)的巴西劈裂裝置示意圖；
[0037]圖3為巖體裂隙切割儀切割的光滑裂隙巖體試件；
[0038]圖4為改進(jìn)的巴西劈裂裝置劈裂出的粗糙裂隙巖體試件；
[0039]圖中，丨、刀具，2、試件，3、三腳架，4、鋼架，5、墊塊，6、固定夾塊，7、試件模具，9、調(diào)節(jié)螺絲，I O、鋼條。
【具體實(shí)施方式】
[0040]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明。
[0041 ] 實(shí)施例1:
[0042]本發(fā)明的充填貫通裂隙巖石滲流性能檢測(cè)方法主要通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0043]步驟一:從地下工程中取待研究原巖巖樣，制作50個(gè)以上標(biāo)準(zhǔn)試件備用，標(biāo)準(zhǔn)試件的尺寸為直徑50mm、高度10mm圓柱，將標(biāo)準(zhǔn)試件平均分成兩份，一份用圖1中所示的巖體裂隙切割儀過(guò)上下面圓心切出貫穿的光滑裂隙，切割后的光滑裂隙巖體試件如圖3所示;一份用圖2中所示的改進(jìn)的巴西劈裂裝置，劈裂出過(guò)上下面圓心的貫穿粗糙裂隙，劈裂出的粗糙裂隙巖體試件如圖4所示。
[0044]如圖1所示，不同角度巖體裂隙切割儀由鋼架4、固定夾塊6、可調(diào)角度的三角架3、墊塊5、刀具I等主要部分組成，其中刀具I位置固定，刀具I的半徑大于標(biāo)準(zhǔn)試件2的高度，可調(diào)角度的三角架3可以通過(guò)改變?nèi)羌?的傾角來(lái)改變刀具I和標(biāo)準(zhǔn)試件2的相對(duì)位置，來(lái)切出標(biāo)準(zhǔn)試件2的不同傾角。
[0045]如圖2所示，劈裂裝置為巴西劈裂試驗(yàn)機(jī)，改進(jìn)的巴西劈裂裝置在試件模具7上下中間位置設(shè)置有鋼條10，試件模具7上支撐標(biāo)準(zhǔn)試件2，試件模具7的兩側(cè)部均設(shè)置對(duì)標(biāo)準(zhǔn)試件2位置進(jìn)行調(diào)節(jié)的調(diào)節(jié)螺絲9，鋼條10使得劈裂裝置能從試件2中間位置劈裂出裂隙。
[0046]步驟二:進(jìn)行貫穿光滑無(wú)充填裂隙、貫穿光滑充填