充填裂隙巖石流固耦合性能的檢測(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，特別涉及一種充填裂隙巖石流固耦合性能的檢測(cè)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]滲透性較好的裂隙巖體是地下工程中常見的復(fù)雜介質(zhì)，其力學(xué)參數(shù)、滲透特性以及裂隙擴(kuò)展規(guī)律的研究是當(dāng)前巖體力學(xué)研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)之一。
[0003]關(guān)于巖體裂隙的滲流研究前人已有諸多成果，但現(xiàn)有試驗(yàn)中很少有系統(tǒng)地研究填充物條件下，滲透性較好的裂隙巖體在水壓力、圍壓、軸壓、填充物厚度、粒徑級(jí)配等不同因素影響下的力學(xué)性能、滲流規(guī)律和裂隙擴(kuò)展規(guī)律。開展這方面研究，可以豐富和完善現(xiàn)有的巖體裂隙滲流理論和裂隙巖石力學(xué)性能的研究，具有很高的工程價(jià)值。
[0004]現(xiàn)有技術(shù)存在下述問(wèn)題:
[0005]一、目前無(wú)實(shí)驗(yàn)研究來(lái)定量評(píng)價(jià)各因素對(duì)巖體流固耦合性能的影響。
[0006]二、目前的試驗(yàn)無(wú)法定量給出影響巖體流固耦合性能比較顯著的因素，以及這些影響因素對(duì)流固耦合性能的顯著程度。
[0007]三、由于影響巖體流固耦合性能的因素很多，因此如果綜合研究各影響因素之間相互作用下對(duì)巖體流固耦合性能的影響，所需試驗(yàn)數(shù)量非常龐大，沒(méi)有可操作性，因此目前沒(méi)有進(jìn)行大數(shù)量試驗(yàn)的研究。
[0008]四、目前的試驗(yàn)方法不能將巖體裂隙滲流性能和裂隙巖石力學(xué)性能有效結(jié)合，綜合全面的得出影響流固耦合性能的各方面因素。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明的目的是為克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種充填裂隙巖石流固耦合性能的檢測(cè)方法。
[0010]為了達(dá)成上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0011]—種充填裂隙巖石流固耦合性能的檢測(cè)方法，包括以下步驟:
[0012]步驟1:初步確定影響充填裂隙巖石流固耦合性能的影響因素，設(shè)計(jì)充填裂隙巖石流固耦合性能正交試驗(yàn)方案，采集原巖，根據(jù)所述試驗(yàn)方案制作具有不同裂隙結(jié)構(gòu)的試件；
[0013]步驟2:根據(jù)所述正交試驗(yàn)方案，用不同級(jí)配的裂隙填充物填充所述試件，并測(cè)量所述試件在不同圍壓和軸壓下的滲透系數(shù)；
[0014]步驟3:在滲透試驗(yàn)系統(tǒng)中，測(cè)量所述試件的抗壓強(qiáng)度，并測(cè)量所述試件在加壓過(guò)程中的裂隙擴(kuò)展長(zhǎng)度；
[0015]步驟4:處理正交試驗(yàn)數(shù)據(jù)，分別得到對(duì)所述抗壓強(qiáng)度、所述滲透系數(shù)和所述裂隙擴(kuò)展長(zhǎng)度這三個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)影響顯著的顯著因素；
[0016]步驟5:針對(duì)各所述評(píng)價(jià)指標(biāo)的所述顯著因素，進(jìn)行多因素多水平的全面實(shí)驗(yàn)，并對(duì)所述全面試驗(yàn)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，進(jìn)而定量檢測(cè)所述充填裂隙巖石的流固耦合性會(huì)K。
[0017]步驟I中，所述正交試驗(yàn)方案的影響因素，包括所述試件的裂隙傾斜角度、裂隙長(zhǎng)度、裂隙寬度、所述填充物的級(jí)配、所述圍壓、所述軸壓和水壓力中的幾種或全部因素;所述正交試驗(yàn)方案的評(píng)價(jià)指標(biāo)為所述抗壓強(qiáng)度、所述滲透系數(shù)和所述裂隙擴(kuò)展長(zhǎng)度。
[0018]步驟I中，各所述影響因素的水平范圍，根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)和已發(fā)表的相關(guān)成果確定。
[0019]步驟I中，所述裂隙結(jié)構(gòu)為非貫穿裂隙；采用切割機(jī)制作所述具有不同裂隙結(jié)構(gòu)的試件，所述試件為國(guó)際巖石力學(xué)學(xué)會(huì)推薦的標(biāo)準(zhǔn)尺寸的試件。
[0020]步驟2中，所述用不同級(jí)配的裂隙填充物填充所述試件的具體過(guò)程為:通過(guò)測(cè)試、計(jì)算裂隙體積，利用高精度電子天平稱重充填材料后，實(shí)時(shí)所述裂隙填充物的裂隙充填。
[0021]步驟2中，所述裂隙填充物為從現(xiàn)場(chǎng)工地中采集的當(dāng)?shù)貛r石裂隙中的一般填充物，并利用級(jí)配篩分篩篩取。
[0022]步驟3中，所述滲透實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)為帶滲透裝置的電液伺服巖石試驗(yàn)系統(tǒng)。
[0023]步驟3中，所述測(cè)量所述試件的抗壓強(qiáng)度，并測(cè)量所述試件在加壓過(guò)程中的裂隙擴(kuò)展長(zhǎng)度的過(guò)程為:在所述試件表面安置聲發(fā)射傳感器，同時(shí)啟動(dòng)所述滲透實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)和聲發(fā)射檢測(cè)儀，繼續(xù)利用滲流試驗(yàn)系統(tǒng)對(duì)所述試件進(jìn)行軸壓試驗(yàn)，利用所述聲發(fā)射檢測(cè)儀對(duì)所述試件進(jìn)行裂隙擴(kuò)展檢測(cè)，進(jìn)而測(cè)得所述試件的所述所述抗壓強(qiáng)度和所述裂隙擴(kuò)展長(zhǎng)度。
[0024]步驟4中，所述影響顯著的顯著因素是指，該因素值改變單位大小時(shí)，使設(shè)定的巖石的流固耦合性能評(píng)價(jià)指標(biāo)的變化率大于設(shè)定值的概率大于設(shè)定概率。
[0025]—個(gè)影響因素改變時(shí)，會(huì)使相應(yīng)的評(píng)價(jià)指標(biāo)發(fā)生數(shù)值變化，該評(píng)價(jià)指標(biāo)變化率大于設(shè)定值的情況是一個(gè)概率性事件，當(dāng)變化率大于設(shè)定值的概率大于設(shè)定概率時(shí)，表明發(fā)生該事件的可能性很大，能夠滿足相應(yīng)要求(設(shè)定概率)，此時(shí)，這個(gè)影響因素即為顯著影響因素。
[0026]正交試驗(yàn)處理方法包括極差R分析、方差分析以及貢獻(xiàn)率M分析。
[0027]所述極差R分析需考慮誤差(空白列)的影響，空白列的極值R’若大于因素極值R1,則可能該因素對(duì)填充裂隙巖石流固耦合性能影響不顯著。
[0028]所述貢獻(xiàn)率M分析為K因素平方和與總平方和之比，S卩M=SK/S，貢獻(xiàn)率愈大，則表示該項(xiàng)因素對(duì)該評(píng)價(jià)指標(biāo)的影響能力愈強(qiáng)。
[0029]步驟5中，對(duì)所述全面試驗(yàn)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析的過(guò)程為:根據(jù)所述全面試驗(yàn)數(shù)據(jù)，利用回歸分析的方法，分別找到各所述顯著因素對(duì)相應(yīng)的所述評(píng)價(jià)指標(biāo)的回歸關(guān)系式;利用獲得的所述流固耦合性能，指導(dǎo)地下工程滲流控制和支護(hù)穩(wěn)定的工程實(shí)踐。
[0030]本發(fā)明的有益效果是:
[0031]本發(fā)明提供一種充填裂隙巖石流固耦合性能的檢測(cè)方法，特別涉及地下工程中滲透性較好的巖石材料的地質(zhì)條件下，地下工程的滲流治理與支護(hù)設(shè)計(jì)。試驗(yàn)采集巖塊經(jīng)巖石取芯機(jī)、切割機(jī)取樣，制樣打磨后再對(duì)巖石進(jìn)行裂隙處理來(lái)模擬地下工程的裂隙巖石，通過(guò)對(duì)影響裂隙巖石耦合性能的各因素設(shè)計(jì)不同水平的正交試驗(yàn)，得到實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)后對(duì)各因素進(jìn)行正交實(shí)驗(yàn)分析，得到對(duì)裂隙巖石抗壓強(qiáng)度、滲透系數(shù)和裂隙擴(kuò)展長(zhǎng)度影響顯著的因素，對(duì)影響每種評(píng)價(jià)指標(biāo)顯著的因素以及其不同水平進(jìn)行全面實(shí)驗(yàn)，得出大量數(shù)據(jù)后利用回歸分析的方法，分別找到對(duì)抗壓強(qiáng)度、滲透系數(shù)和裂隙擴(kuò)展長(zhǎng)度影響顯著性因素與各自的回歸關(guān)系式。
[0032]本發(fā)明將滲透實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)和聲發(fā)射檢測(cè)儀相結(jié)合，二者配合使用，從而將巖體裂隙滲透性和裂隙巖石力學(xué)性能相結(jié)合，進(jìn)而獲得復(fù)雜地質(zhì)條件下的巖石流固耦合性能的影響因素及影響規(guī)律，可以豐富和完善現(xiàn)有的巖體裂隙滲流理論和裂隙巖石力學(xué)性能的研究，具有很高的工程價(jià)值。
[0033]本發(fā)明先利用正交試驗(yàn)方法設(shè)計(jì)實(shí)施充填裂隙巖石流固耦合性能試驗(yàn)，可以通過(guò)較少的實(shí)驗(yàn)次數(shù)在眾多影響充填裂隙巖石的流固耦合性能的因素中，確定出顯著性影響因素，然后只對(duì)顯著性影響因素進(jìn)行全面試驗(yàn)，不僅使得試驗(yàn)捉住主要因素，容易得出影響流固耦合性能的主要規(guī)律，而且通過(guò)去除次要因素，節(jié)約了試驗(yàn)時(shí)間和成本，降低試驗(yàn)的難度，此試驗(yàn)思路對(duì)該領(lǐng)域的其他試驗(yàn)研究，也具有思想上的指導(dǎo)意義。
[0034]本發(fā)明在處理全面試驗(yàn)得出的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)時(shí)，不僅分析單個(gè)因素對(duì)滲流系數(shù)的影響，而且通過(guò)構(gòu)造多因素與評(píng)價(jià)指標(biāo)的公式，反映多因素耦合作用對(duì)充填裂隙巖石流固耦合性能的普遍意義規(guī)律，對(duì)地下工程的滲流控制和支護(hù)穩(wěn)定具有現(xiàn)實(shí)的指導(dǎo)意義。
[0035]本發(fā)明公布的方法科學(xué)、嚴(yán)謹(jǐn)，能對(duì)影響充填裂隙巖石流固耦合性能的各因素做全面的研究，對(duì)地下工程滲流治理和支護(hù)設(shè)計(jì)與實(shí)施具有指導(dǎo)意義。
【附圖說(shuō)明】
[0036]圖1是非貫穿裂隙巖石試樣示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0037]下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
[0038]充填裂隙巖石流固耦合性能的檢測(cè)方法，包括以下步驟:
[0039]步驟1:從地下工程中采集待研究滲透性較好的原巖，經(jīng)巖石取芯機(jī)、切割機(jī)取樣制作成標(biāo)準(zhǔn)試件，然后在切割機(jī)上處理成具有不同傾斜角度、長(zhǎng)度和裂隙寬度的非貫穿裂隙試件。
[0040]步驟2:用不同級(jí)配的裂隙填充物填充試件，置于滲透試驗(yàn)系統(tǒng)中，在施加不同的圍壓、軸壓和滲透水壓力條件下，實(shí)施充填裂隙巖石滲流試驗(yàn)，并測(cè)量每次試驗(yàn)的滲透系數(shù)；
[0041 ]步驟3:測(cè)完滲透系數(shù)后，在滲透實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)旁放置聲發(fā)射檢測(cè)儀，并在試件表面安置聲發(fā)射傳感器，調(diào)節(jié)、初始設(shè)置聲發(fā)射檢測(cè)儀；
[0042]步驟4:同時(shí)啟動(dòng)滲透實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)和聲發(fā)射檢測(cè)