本發明公開了一種深地環境下巖體復雜結構面各向異性滲流試驗機及測試方法，該試驗機包括底座，安裝于底座上的三軸滲流承載底盤，安裝于三軸滲流承載底盤上的滲流組件以及用于向滲流組件施加垂向壓力的加載立柱；滲流組件包括滲透壓頭以及與滲透壓頭組合使用的試件；滲透壓頭包括上滲流墊塊、下滲流墊塊以及將上滲流墊塊、下滲流墊塊和試件連接的若干封通器。本發明通過設置在上滲流墊塊/下滲流墊塊滲流通道與試件滲流孔之間的封通器，能夠實現對滲流孔和滲流通道的良好密封，使得各滲流通道之間互不影響，從而能夠實現同時測量巖體中復雜結構面各向異性對滲流的影響。

技術領域

本發明屬于巖體結構面各向異性下的滲流測試技術領域，涉及巖體結構面各向異性狀態對滲流的影響，尤其涉及深地應力、溫度、滲壓等耦合作用下復雜結構面滲流路徑下的流固耦合測試設備及相關實施技術。

背景技術

巖體中包含大量天然裂隙面，這些裂隙面不僅導致巖體力學性能降低，而且也是潛在輸水通道，造成巖體滲透性增加，從而會使巖體力學性能進一步降低。但是，由于巖體是天然地質體，其結構面在各個方向的粗糙狀態和起伏程度具有顯著差異，導致沿不同方向的輸水能力和狀態不同。

應力耦合下的滲流測試傳統的方法，是將水從加載端頭的一端中心孔注入，再從加載端頭另一端的中心孔流出，這種測量結果不能反映結構面不同方向起伏狀態的影響。另外一種滲流測試方法是采用沿界面的平板滲流方法進行試驗，試件性狀為方形，水沿水平界面的預定端段進入，從對應的另一端流出，測試結果僅僅是單一方向流動，不能反映水在各向異性不同粗糙界面上相同距離的自由流動狀態，并且該方法無法實現應力及溫度耦合作用下的界面滲流效應，更無法在滲流過程中模擬深地工程建設應力路徑的影響。

目前，也有研究人員采用圓柱形試件，在試驗一端預制中心孔，在另一端預制周邊孔，每次滲流試驗時，水沿中心孔注入，當需要測量沿某一周邊孔滲流時，將其他孔先封堵上，待測完沿這一孔的滲流后，再逐一按該方法測量其他孔滲流。該方法的問題是，若有N個周邊孔，則需要將試驗停止N次，待停止試驗重新封堵N次后才能測量，若對于一個孔需要測量M級加載應力，為保障每級下的結構面受力的一致性，又需要將試驗再停止M次，這樣對一個樣品需要重復M乘以N次，不僅費時費力，而且因其他孔被封堵，水被迫只能沿預留的一個孔流動，導致測試結果不可靠。

此外，為了實施應力耦合下的巖體結構面相同距離的滲流差異性測試，還需要解決各個周邊孔與下部滲流端頭滲流孔之間的有效密封和耦合難題，若不能有效密封，那么水在沿易滲流的某一個周邊孔流出后，很可能會在巖石下部周邊孔端面與下部滲流端頭之間的界面串流，從而導致部分水可能沿其他滲流孔流出，造成測試結果不可靠。

綜上所述，目前缺少一種能夠模擬深地環境條件與工程加載應力路徑綜合影響下反映水流在各向異性粗糙結構面流動狀態的滲流試驗機，從而使得深地環境下巖體結構面各向異性滲流研究難以獲得實質性進展。

發明內容

本發明的目的旨在針對上述現有技術，提供一種模擬深地環境下巖體結構面各向異性滲流的試驗機，能夠實現深地環境與工程應力路徑綜合影響下對各向異性粗糙結構面的滲流試驗，反映巖體結構面各向異性粗糙狀態對滲流的影響。

本發明的另一目的旨在提供一種加載有上述試驗機的深地環境下巖體復雜結構面各向異性滲流測試系統。

本發明的第三個目的旨在提供一種深地環境與工程應力路徑綜合影響下巖體復雜結構面各向異性滲流測試方法。