(19)國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局地址221000江蘇省徐州市銅山區(qū)大學(xué)號(hào)(72)發(fā)明人梁昕胡李華段文碩朱萬(wàn)成蔚立元尹乾梁正召唐春安事務(wù)所(普通合伙)51412GO1N33/24(2006.0反映水分運(yùn)移含水條件的充填裂隙巖樣制本發(fā)明公開(kāi)了一種反映水分運(yùn)移含水條件工作臺(tái)上，根據(jù)需要的試樣位置標(biāo)記鉆孔的位傾角β和長(zhǎng)度2a,且裂隙寬度相同，形成不同巖D工21.一種反映水分運(yùn)移含水條件的充填裂隙巖樣制備方法，其特征在于，包括以下步驟：步驟1、將砂巖塊材加工成比標(biāo)準(zhǔn)圓柱形試樣大的長(zhǎng)方體；步驟2、將矩形板塊放置于鉆機(jī)工作臺(tái)上，根據(jù)需要的試樣位置標(biāo)記鉆孔的位置，使用巖芯鉆機(jī)制取試樣；步驟3、利用高壓水射流設(shè)備在試樣中部切割一條貫穿裂隙，裂隙特征包括傾角β和長(zhǎng)度2a,且裂隙寬度相同，形成不同巖石試樣的對(duì)照組；步驟5、將取樣現(xiàn)場(chǎng)取回的黏土進(jìn)行風(fēng)干、碾碎，按照現(xiàn)場(chǎng)黏土的天然含水率配置黏土2.一種反映水分運(yùn)移含水條件的充填裂隙巖樣的實(shí)驗(yàn)方法，其特征在于，所述充填裂隙巖樣由權(quán)利要求1所述的反映水分運(yùn)移含水條件的充填裂隙巖樣制備方法制得，所述的實(shí)驗(yàn)方法包括以下步驟：步驟A、將歷經(jīng)不同次數(shù)干濕循環(huán)后的充填或非充填裂隙巖樣，開(kāi)展吸水-失水性實(shí)驗(yàn)，測(cè)定裂隙試樣吸水和失水曲線，為浸水和風(fēng)干時(shí)間節(jié)點(diǎn)的選取提供參考；步驟B、對(duì)充填或非充填裂隙巖樣的水分運(yùn)移過(guò)程及規(guī)律開(kāi)展核磁共振觀測(cè)實(shí)驗(yàn)，觀測(cè)水分在裂隙試樣浸水和風(fēng)干過(guò)程中的運(yùn)移過(guò)程及空間分布；盤(pán)試樣開(kāi)展巴西劈裂實(shí)驗(yàn)，監(jiān)測(cè)負(fù)荷-位移、應(yīng)力-應(yīng)變基本力學(xué)信息，以及采用聲發(fā)射系統(tǒng)監(jiān)測(cè)聲發(fā)射信號(hào)，采用高速攝像機(jī)和巖石破裂過(guò)程高速顯微監(jiān)測(cè)系統(tǒng)觀察、記錄裂紋擴(kuò)展過(guò)程；步驟D、采用多場(chǎng)多相巖石三軸測(cè)試系統(tǒng)，針對(duì)不同含水狀態(tài)、含不同特征裂隙的圓柱試樣開(kāi)展單軸壓縮實(shí)驗(yàn)和三軸壓縮實(shí)驗(yàn)；實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，監(jiān)測(cè)負(fù)荷-位移、應(yīng)力-應(yīng)變基本力學(xué)信息，以及采用聲發(fā)射系統(tǒng)監(jiān)測(cè)聲發(fā)射信號(hào)，記錄裂紋擴(kuò)展過(guò)程；步驟E、以歷經(jīng)多次浸水-風(fēng)干循環(huán)操作后的浸水時(shí)間和飽和后風(fēng)干時(shí)間為變量，表征水分運(yùn)移引起的巖樣內(nèi)水的含量和空間分布變化，以傾角和長(zhǎng)度2a表征裂隙；計(jì)算不同加載條件下充填裂隙巖樣的力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)，根據(jù)力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)隨含水狀態(tài)、裂隙特征表征指標(biāo)的變化情況，得到水分運(yùn)移影響下裂隙巖石力學(xué)性質(zhì)劣化規(guī)律。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的反映水分運(yùn)移含水條件的充填裂隙巖樣的實(shí)驗(yàn)方法，其特征將經(jīng)干濕循環(huán)處理后的充填或非充填裂隙試樣置于烘箱中進(jìn)行干燥處理，并將干燥后的試樣置于干燥皿中保存；隨后，對(duì)歷經(jīng)不同次數(shù)干濕循環(huán)后的干燥試樣進(jìn)行飽水實(shí)驗(yàn)和4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的反映水分運(yùn)移含水條件的充填裂隙巖樣的實(shí)驗(yàn)方法，其特征(1)模擬水分由中部裂隙向巖樣四周運(yùn)移；(2)模擬水分從巖樣四周向裂隙方向運(yùn)移；且實(shí)驗(yàn)過(guò)程中采用疏水劑及石蠟對(duì)裂隙及其附近區(qū)域進(jìn)行處理。35.根據(jù)權(quán)利要求2所述的反映水分運(yùn)移含水條件的充填裂隙巖樣的實(shí)驗(yàn)方法，其特征在制備不同含水狀態(tài)充填裂隙巖樣過(guò)程中，選取部分充填裂隙吸水和風(fēng)干過(guò)程中的多個(gè)時(shí)間節(jié)點(diǎn)，首先對(duì)6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的反映水分運(yùn)移含水條件的充填裂隙巖樣的實(shí)驗(yàn)方法，其特征7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的反映水分運(yùn)移含水條件的充填裂隙巖樣的實(shí)驗(yàn)方法，其特征通過(guò)黏土充填裂隙巖體中水分運(yùn)移規(guī)律確定水分運(yùn)移控制方而確定水分運(yùn)移方程的具體表達(dá)式；其中，水分運(yùn)移的初始和邊界條件為：旭和時(shí)刻，含水率為。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的反映水分運(yùn)移含水條件的充填裂隙巖樣的實(shí)驗(yàn)方法，其特征在于，用包含含水率θ和玻爾茲曼變換參數(shù)λ之間關(guān)系參數(shù)的經(jīng)驗(yàn)公式表述水分運(yùn)移規(guī)式中，參數(shù)θ和λ由浸水或風(fēng)干不同時(shí)間巖樣的核磁共振觀測(cè)實(shí)驗(yàn)測(cè)得，從而根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，擬合得到參數(shù)a、b和c;結(jié)合關(guān)系式：,建立以含水率為自變量的擴(kuò)散系49.根據(jù)權(quán)利要求8所述的反映水分運(yùn)移含水條件的充填裂隙巖樣的實(shí)驗(yàn)方法，其特征Ous~0us(1,;β,2a),E～E(,f;β,2a);其中σ3為圍壓；取由巴西劈裂實(shí)驗(yàn)測(cè)定的抗拉強(qiáng)度T、由單軸壓縮實(shí)驗(yàn)測(cè)定的彈性模量E,以及由三軸壓縮實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算得到的黏聚力c和摩擦角φ為裂隙巖石力學(xué)參數(shù)集，建立力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)隨水分根據(jù)實(shí)驗(yàn)獲得的水分運(yùn)移和不同加載條件下充填裂隙巖樣應(yīng)力-應(yīng)變數(shù)據(jù)，研究含水5反映水分運(yùn)移含水條件的充填裂隙巖樣制備及實(shí)驗(yàn)方法技術(shù)領(lǐng)域[0001]本發(fā)明涉及巖體力學(xué)實(shí)驗(yàn)技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種反映水分運(yùn)移含水條件的充填裂隙巖樣制備及實(shí)驗(yàn)方法。背景技術(shù)[0002]大型巖體工程建設(shè)常處于“三高一擾動(dòng)”等地質(zhì)力學(xué)環(huán)境中，其中水是最重要的環(huán)境影響因素之一。當(dāng)工程巖體中賦存高水敏感性的巖石(如砂巖、泥巖、石灰?guī)r等)或結(jié)構(gòu)面間充填介質(zhì)(如黏土、蒙脫石等)時(shí)，水與巖體接觸將發(fā)生復(fù)雜的物理、化學(xué)和力學(xué)作用(即水巖相互作用),從而頻繁引發(fā)庫(kù)岸/露天礦邊坡滑坡、深埋洞室大變形和巷道底鼓等工程地質(zhì)災(zāi)害。[0003]揭示水巖相互作用機(jī)理的首要前提是弄清巖體(石)中水的賦存特征。目前，水巖相互作用相關(guān)研究大多關(guān)注巖石中水的“含量”,多以含水率或飽和度表征巖石含水狀態(tài)，且大多假定巖石中水分均勻分布。近年來(lái)，學(xué)者們也逐漸意識(shí)到水分/濕度在巖石中的運(yùn)移過(guò)程及其引起的水分非均勻分布也會(huì)顯著影響巖石的力學(xué)性質(zhì)和破壞模式。然而，實(shí)際工程巖體中水的賦存特征是非常復(fù)雜的，在水庫(kù)水位升降、地下水滲流和地下空間濕度擴(kuò)散等影響下，水分在巖體中往復(fù)運(yùn)移，引起巖體中水的含量、空間分布及干濕循環(huán)不斷變化，從而目前相關(guān)研究大多僅能反映水分運(yùn)移引起的巖體含水條件的某些方面。[0004]充填裂隙巖體在實(shí)際工程中非常常見(jiàn)。在水誘發(fā)的許多工程災(zāi)害案例中，巖體中通常賦存高水敏感性的巖石，且裂隙被黏土(或泥質(zhì))介質(zhì)充填，該類(lèi)巖體可稱為黏土充填裂隙巖體。在此情形下，水分運(yùn)移引起的水巖相互作用，勢(shì)必受到巖體裂隙及其充填的黏土介質(zhì)影響。然而，目前裂隙巖體與水相關(guān)的研究大多關(guān)注其滲流特性，忽視了水分運(yùn)移對(duì)黏土充填裂隙巖體力學(xué)性質(zhì)劣化及破裂機(jī)理的影響。[0005]由此可見(jiàn)，在水分運(yùn)移和荷載(工程巖體開(kāi)挖等)共同作用下，黏土充填裂隙巖體力學(xué)性質(zhì)會(huì)發(fā)生劣化，并可能發(fā)生破裂失穩(wěn)，從而引發(fā)重大巖體工程災(zāi)害。為揭示水分運(yùn)移影響下充填裂隙巖體力學(xué)性質(zhì)及破裂機(jī)理，從而深刻認(rèn)識(shí)水巖相互作用和揭示水誘發(fā)相關(guān)巖體工程災(zāi)害機(jī)理，迫切需要能夠制備反映水分運(yùn)移含水條件的充填裂隙試樣、可視化水分在充填裂隙巖體中運(yùn)移過(guò)程的方法和技術(shù)，以及開(kāi)展水分運(yùn)移-荷載共同作用下充填裂隙巖體力學(xué)性質(zhì)劣化和破裂的物理實(shí)驗(yàn)。然而，當(dāng)前尚缺乏相關(guān)的試樣制備方法、充填裂隙巖體水分運(yùn)移過(guò)程觀測(cè)方法和理論模型，以及尚未獲得相關(guān)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。發(fā)明內(nèi)容[0006]為解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，本發(fā)明的目的是提供一種反映水分運(yùn)移含水條件的充填裂隙巖樣制備及實(shí)驗(yàn)方法，本發(fā)明可為認(rèn)識(shí)水巖相互作用機(jī)理和揭示水誘發(fā)相關(guān)巖體工程災(zāi)害機(jī)理提供基礎(chǔ)。[0007]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種反映水分運(yùn)移含水條件的充填6步驟1、將砂巖塊材加工成比標(biāo)準(zhǔn)圓柱形試樣大的長(zhǎng)方體；步驟2、將矩形板塊放置于鉆機(jī)工作臺(tái)上，根據(jù)需要的試樣位置標(biāo)記鉆孔的位置，使用巖芯鉆機(jī)制取試樣；步驟3、利用高壓水射流設(shè)備在試樣中部切割一條貫穿裂隙，裂隙特征包括傾角和長(zhǎng)度2a,且裂隙寬度相同，形成不同巖石試樣的對(duì)照組；步驟5、將取樣現(xiàn)場(chǎng)取回的黏土進(jìn)行風(fēng)干、碾碎，按照現(xiàn)場(chǎng)黏土的天然含水率配置黏土充填物，制備黏土充填裂隙試樣。[0008]本發(fā)明還提供一種如上所述的反映水分運(yùn)移含水條件的充填裂隙巖樣的實(shí)驗(yàn)方步驟A、將歷經(jīng)不同次數(shù)干濕循環(huán)后的充填或非充填裂隙巖樣，開(kāi)展吸水-失水性實(shí)驗(yàn)，測(cè)定裂隙試樣吸水和失水曲線，為浸水和風(fēng)干時(shí)間節(jié)點(diǎn)的選取提供參考；步驟B、對(duì)充填或非充填裂隙巖樣的水分運(yùn)移過(guò)程及規(guī)律開(kāi)展核磁共振觀測(cè)實(shí)驗(yàn)，觀測(cè)水分在裂隙試樣浸水和風(fēng)干過(guò)程中的運(yùn)移過(guò)程及空間分布。隙圓盤(pán)試樣開(kāi)展巴西劈裂實(shí)驗(yàn)，監(jiān)測(cè)負(fù)荷-位移、應(yīng)力-應(yīng)變基本力學(xué)信息，以及采用聲發(fā)射系統(tǒng)監(jiān)測(cè)聲發(fā)射信號(hào)，采用高速攝像機(jī)和巖石破裂過(guò)程高速顯微監(jiān)測(cè)系統(tǒng)觀察、記錄裂紋擴(kuò)展過(guò)程；步驟D、采用多場(chǎng)多相巖石三軸測(cè)試系統(tǒng)，針對(duì)不同含水狀態(tài)、含不同特征裂隙的圓柱試樣開(kāi)展單軸壓縮實(shí)驗(yàn)和三軸壓縮實(shí)驗(yàn)；實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，監(jiān)測(cè)負(fù)荷-位移、應(yīng)力-應(yīng)變基本力學(xué)信息，以及采用聲發(fā)射系統(tǒng)監(jiān)測(cè)聲發(fā)射信號(hào)，記錄裂紋擴(kuò)展過(guò)程；步驟E、以歷經(jīng)多次浸水-風(fēng)干循環(huán)操作后的浸水時(shí)間和飽和后風(fēng)干時(shí)間變量，表征水分運(yùn)移引起的巖樣內(nèi)水的含量和空間分布變化，以傾角β和長(zhǎng)度2a表征裂隙；計(jì)算不同加載條件下充填裂隙巖樣的力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)，根據(jù)力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)隨含水狀態(tài)、裂隙特征表征指標(biāo)的變化情況，得到水分運(yùn)移影響下裂隙巖石力學(xué)性質(zhì)劣化規(guī)律。將經(jīng)干濕循環(huán)處理后的充填或非充填裂隙試樣置于烘箱中進(jìn)行干燥處理，并將干燥后的試樣置于干燥皿中保存；隨后，對(duì)歷經(jīng)不同次數(shù)干濕循環(huán)后的干燥試樣進(jìn)行飽水實(shí)[0011]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述飽水實(shí)驗(yàn)的飽水方案包括：(1)模擬水分由中部裂隙向巖樣四周運(yùn)移；(2)模擬水分從巖樣四周向裂隙方向運(yùn)移；且實(shí)驗(yàn)過(guò)程中采用疏水劑及石蠟對(duì)裂隙及其附近區(qū)域進(jìn)行處理。[0012]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，在步驟B中，所述核磁共振觀測(cè)實(shí)驗(yàn)具體如下：在制備不同含水狀態(tài)充填裂隙巖樣過(guò)程中，選取部分充填裂隙圓盤(pán)和圓柱試樣，選取吸水和風(fēng)干過(guò)程中的多個(gè)時(shí)間節(jié)點(diǎn)，首先對(duì)經(jīng)過(guò)不同次數(shù)干濕循環(huán)后的裂隙巖樣進(jìn)行不同時(shí)間的浸水和風(fēng)干處理，獲取不同含水狀態(tài)的裂隙試樣；然后，針對(duì)不同含水狀態(tài)的試7[0014]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，確定水分在充填裂隙巖體中運(yùn)移的理論模型具體如通過(guò)黏土充填裂隙巖體中水分運(yùn)移規(guī)律確定水分運(yùn)移控制方程，當(dāng)溫度恒定時(shí)，的初始和邊界條件，通過(guò)實(shí)驗(yàn)獲得含水率θ與λ或時(shí)間t之間的關(guān)系，即可確定擴(kuò)散系數(shù)De,從而確定水分運(yùn)移方程的具體表達(dá)式；其中，水分運(yùn)移的初始和邊界條件為：他和時(shí)刻，含水率為8從而確定水分在充填裂隙巖拉強(qiáng)度T、單軸壓縮實(shí)驗(yàn)彈性模量E和強(qiáng)度σucs,三軸壓縮實(shí)驗(yàn)抗壓強(qiáng)度σTcs:T~T(t,;B,2a);Ous~Ous(),;B,2a),E~E(t,;B,2a);OTcs~8其中σ?為圍壓；取由巴西劈裂實(shí)驗(yàn)測(cè)定的抗拉強(qiáng)度T、由單軸壓縮實(shí)驗(yàn)測(cè)定的彈性模量E,以及由三軸壓縮實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算得到的黏聚力c和摩擦角φ為裂隙巖石力學(xué)參數(shù)集，建立力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)隨水分運(yùn)移含水狀態(tài)表征指標(biāo)和裂隙特征變化規(guī)律的表達(dá)式，即：;c~Ct,t;β,2a);φ~9(t,1;β,2a)分析不同力學(xué)參數(shù)劣化規(guī)律表達(dá)式的數(shù)學(xué)函數(shù)形式，研究其包含的參數(shù)的物理含義，及其與實(shí)驗(yàn)條件之間的關(guān)系，從而建立水分運(yùn)移影響下充填裂隙巖體力學(xué)參數(shù)劣化模型。根據(jù)實(shí)驗(yàn)獲得的水分運(yùn)移和不同加載條件下充填裂隙巖樣應(yīng)力-應(yīng)變數(shù)據(jù)，研究含水狀態(tài)、裂隙特征、加載條件對(duì)應(yīng)力-應(yīng)變曲線形式的影響規(guī)律，建立水分運(yùn)移和不同加載條件下充填裂隙巖體本構(gòu)模型。[0018]本發(fā)明通過(guò)高壓水射流方法制備巖樣裂隙，向裂隙中充填黏土介質(zhì)，制備充填裂隙巖樣，進(jìn)而設(shè)計(jì)不同的浸水方式，模擬水分在實(shí)際充填裂隙巖體中的運(yùn)移條件，據(jù)此可以制備能反映水分運(yùn)移不同時(shí)間節(jié)點(diǎn)含水條件的充填裂隙巖樣，利用該巖樣開(kāi)展室內(nèi)力學(xué)實(shí)驗(yàn)，從而可研究水分在充填裂隙巖體中的運(yùn)移規(guī)律，以及水分運(yùn)移影響下充填裂隙巖體的力學(xué)性質(zhì)劣化規(guī)律和破裂機(jī)理，研究成果可為認(rèn)識(shí)水巖相互作用機(jī)理和揭示水誘發(fā)相關(guān)巖體工程災(zāi)害機(jī)理提供基礎(chǔ)。[0019]本發(fā)明的有益效果是：1、通過(guò)礦物成分分析(如XRD衍射分析、EDS能量色散譜儀分析)和微觀形貌分析(如SEM圖像),本發(fā)明可以定量分析水巖相互作用前后充填裂隙巖體中礦物顆粒的微觀變化。這為巖體的劣化機(jī)制提供了可靠的微觀數(shù)據(jù)支持，并揭示了水對(duì)巖體內(nèi)部結(jié)構(gòu)的細(xì)觀破壞過(guò)程。利用壓汞測(cè)試和SEM圖像處理技術(shù)，能夠定量分析巖體內(nèi)部孔隙結(jié)構(gòu)的變化。這種定量評(píng)估方法可以準(zhǔn)確揭示水分運(yùn)移對(duì)巖體孔隙度和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的影響，為裂隙巖體的物理性質(zhì)變化提供參考。充填物，分別開(kāi)展微細(xì)觀測(cè)試實(shí)驗(yàn)，分析砂巖及黏土充填物的礦物成分和微細(xì)觀結(jié)構(gòu)，為研究微細(xì)觀機(jī)制提供方法，也為水致黏土充填裂隙巖體力學(xué)性質(zhì)劣化的機(jī)制分析提供實(shí)驗(yàn)數(shù)[0021]3、通過(guò)在實(shí)驗(yàn)中控制裂隙的傾角、長(zhǎng)度和寬度，本發(fā)明研究了這些裂隙幾何特征對(duì)水分運(yùn)移路徑和速度的影響，模擬了實(shí)際工程中裂隙巖體水分遷移的復(fù)雜性。豐富了對(duì)裂隙巖體中水分運(yùn)移的理解，還為未來(lái)裂隙幾何參數(shù)與水分劣化耦合作用的深入研究提供了實(shí)驗(yàn)依據(jù)。[0022]4、通過(guò)模擬實(shí)際工程條件下的黏土充填裂隙巖體實(shí)驗(yàn)，本發(fā)明揭示了水分對(duì)黏土充填物的軟化和膨脹效應(yīng)。這對(duì)巖土工程中涉及的水誘發(fā)滑坡、地下空間失穩(wěn)等問(wèn)題具有指導(dǎo)意義。研究結(jié)果表明，黏土充填物的存在顯著影響了水分運(yùn)移對(duì)裂隙巖體劣化的影響，尤其是在裂隙寬度、充填度等不同情況下，水分對(duì)黏土的作用方式存在差異。通過(guò)微細(xì)觀測(cè)試和核磁共振技術(shù)，分析水分在黏土中的遷移路徑及其對(duì)裂隙的侵蝕和削弱作用，進(jìn)一步探討了黏土的膨脹效應(yīng)如何導(dǎo)致裂隙巖體的結(jié)構(gòu)劣化和力學(xué)性能下降。[0023]5、通過(guò)控制巖樣的含水量和水分運(yùn)移路徑，模擬不同含水條件下的水分運(yùn)移行9為。這一過(guò)程能夠再現(xiàn)水分在裂隙巖樣中從內(nèi)向外或從外向內(nèi)的遷移，真實(shí)反映實(shí)際工程中裂隙巖體的含水特性。本發(fā)明通過(guò)設(shè)計(jì)兩種吸水和失水實(shí)驗(yàn)方案，驗(yàn)證了水分由裂隙向外或從外向裂隙運(yùn)移過(guò)程中的巖樣劣化規(guī)律。這種創(chuàng)新的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)使得研究不僅限于靜態(tài)的水分含量對(duì)力學(xué)性質(zhì)的影響，還涵蓋了水分在動(dòng)態(tài)遷移過(guò)程中對(duì)裂隙巖樣的綜合作用效應(yīng)。[0024]6、通過(guò)設(shè)計(jì)兩種不同的浸水方案，本發(fā)明不僅模擬了水分由裂隙向四周運(yùn)移(由內(nèi)向外),還模擬了從外向裂隙運(yùn)移(由外向內(nèi))的情況。這種雙向的水分運(yùn)移方式可以更真實(shí)地再現(xiàn)工程中實(shí)際發(fā)生的水分運(yùn)移過(guò)程，提供更多元的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。[0025]7、本發(fā)明通過(guò)核磁共振灰度圖像分析，建立了水分在不同含水狀態(tài)下的運(yùn)移控制方程，進(jìn)而確定水分?jǐn)U散系數(shù)。這不僅為巖體中水分遷移規(guī)律提供了理論依據(jù)，還通過(guò)數(shù)學(xué)模型定量表征了水分在裂隙巖體中的擴(kuò)散和分布，為含水條件下巖體的力學(xué)研究奠定基礎(chǔ)。本發(fā)明提出了體積含水率作為自變量來(lái)研究裂隙巖體力學(xué)性質(zhì)劣化的規(guī)律。這種定量化的分析方法，有助于揭示水分運(yùn)移過(guò)程中體積含水率變化對(duì)巖體力學(xué)性能(如彈性模量、抗壓強(qiáng)度等)的具體影響。[0026]8、本發(fā)明通過(guò)核磁共振技術(shù)定量觀察水分在不同含水狀態(tài)下的運(yùn)移過(guò)程。這種定量化可視化研究能夠更精確地揭示水分對(duì)巖體力學(xué)性質(zhì)的影響，建立體積含水率與圖像灰度值的對(duì)應(yīng)關(guān)系，然后基于非飽和擴(kuò)散理論建立水分運(yùn)移理論框架，根據(jù)核磁共振結(jié)果確定擴(kuò)散系數(shù)，從而確定一體積含水率為自變量的水分運(yùn)移控制方程具體表達(dá)式，據(jù)此分析不同水分運(yùn)移邊界條件下充填裂隙巖體中的運(yùn)移規(guī)律。[0027]9、本發(fā)明通過(guò)對(duì)水分運(yùn)移下巖體破裂過(guò)程的深入研究，揭示了黏土充填裂隙巖體在不同水分條件和加載條件下的力學(xué)劣化和破裂機(jī)制。這一研究為理解和預(yù)測(cè)由水分引起的工程災(zāi)害(如邊坡滑坡、洞室失穩(wěn))提供了關(guān)鍵的理論依據(jù)和技術(shù)支持。[0028]10、本發(fā)明提供了水分運(yùn)移、力學(xué)劣化以及水巖相互作用下的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)可以作為數(shù)值模擬的基礎(chǔ)。通過(guò)建立水分運(yùn)移和裂隙巖體劣化的數(shù)值模型，研究者可以更好地預(yù)測(cè)水分運(yùn)移對(duì)工程巖體的影響，提高巖土工程的穩(wěn)定性評(píng)估能力。[0029]11、通過(guò)對(duì)不同加載條件下的實(shí)驗(yàn)(如巴西劈裂實(shí)驗(yàn)、單軸壓縮和三軸壓縮實(shí)驗(yàn)),本發(fā)明建立了水分運(yùn)移影響下裂隙巖體的力學(xué)參數(shù)劣化模型。這種模型能夠提供裂隙巖體在水分運(yùn)移下的力學(xué)響應(yīng)規(guī)律，特別是在水致劣化過(guò)程中的彈性模量、抗拉強(qiáng)度、摩擦角等關(guān)鍵參數(shù)。[0030]12、本發(fā)明通過(guò)實(shí)時(shí)聲發(fā)射(AE)系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)聲發(fā)射信號(hào)和高分辨率相機(jī)組合監(jiān)控，實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蚓_捕捉裂隙形成、擴(kuò)展及水分運(yùn)移引起的破裂過(guò)程。這種動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)手段為深入研究裂隙巖體中的破裂機(jī)理提供了寶貴的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，同時(shí)也能夠預(yù)警裂隙巖體在不同含水條件下的力學(xué)破壞過(guò)程。[0031]13、本發(fā)明的研究成果不僅限于巖土工程中的邊坡、隧道和地下洞室的穩(wěn)定性評(píng)估，還可以應(yīng)用于水利水電工程中對(duì)庫(kù)岸滑坡、礦山工程中的邊坡失穩(wěn)等災(zāi)害的預(yù)防和控制，為巖體工程中預(yù)防因水分運(yùn)移引起的破裂和失穩(wěn)問(wèn)題提供理論支持和技術(shù)指導(dǎo)。附圖說(shuō)明[0032]圖1為本發(fā)明實(shí)施例中實(shí)驗(yàn)方法的流程圖；圖2為本發(fā)明實(shí)施例中制備及檢測(cè)裂隙設(shè)備線條圖；圖3為本發(fā)明實(shí)施例中充填粘土裂隙巖樣的示意圖；圖4為本發(fā)明實(shí)施例中水分從巖樣四周向裂隙方向運(yùn)移(由外向內(nèi))示意圖；圖5為本發(fā)明實(shí)施例中水分由中部裂隙向巖樣四周運(yùn)移(由內(nèi)向外)示意圖圖6為本發(fā)明實(shí)施例中核磁共振圖像灰度校正示意圖；圖7為本發(fā)明實(shí)施例中水分在巖石中的運(yùn)移過(guò)程示意圖；圖8為本發(fā)明實(shí)施例中水影響下巖石破裂的示意圖。具體實(shí)施方式[0033]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。[0035]如圖1所示，一種反映水分運(yùn)移含水條件的充填裂隙巖樣制備方法，包括：1、為提高制樣成功率，先將砂巖塊材加工成比標(biāo)準(zhǔn)圓柱形(50mm直徑×100mm高)試樣稍大的長(zhǎng)方體。[0036]2、然后將矩形板塊放置于鉆機(jī)工作臺(tái)上，確保其在鉆孔過(guò)程中不會(huì)移動(dòng)。使用帶有金剛石鉆頭的巖芯鉆機(jī)，選取直徑為50mm的鉆頭，根據(jù)需要的試樣位置，標(biāo)記鉆孔的位孔過(guò)程中，保持鉆頭的穩(wěn)定性和一致的下壓力，避免試樣表面出現(xiàn)裂紋或不規(guī)則。傾角β(取15°、30°、45°、60°和90°)和長(zhǎng)度2a(取6、8、10和12mm),且裂隙寬度相同(約2mm),形成不同巖石試樣的對(duì)照組。含水率配置黏土充填物，各試樣的充填度統(tǒng)一按照100%考慮，制備黏土充填裂隙試樣，如圖3所示。為研究黏土充填介質(zhì)的影響，保留部分非充填裂隙試樣，用于開(kāi)展對(duì)比試驗(yàn)。至[0040]本實(shí)施例還提供一種如上所述的反映水分運(yùn)移含水條件的充填裂隙巖樣的實(shí)驗(yàn)將歷經(jīng)不同次數(shù)干濕循環(huán)后的裂隙巖樣，開(kāi)展吸水-失水性實(shí)驗(yàn)。首先，將經(jīng)干濕循環(huán)處理后的裂隙試樣(充填或非充填)置于烘箱中進(jìn)行干燥處理，并將干燥后的試樣置于干燥皿中保存；隨后，對(duì)歷經(jīng)不同次數(shù)干濕循環(huán)后的干燥試樣進(jìn)行飽水(試樣由干燥→非飽和→飽和→長(zhǎng)期飽和)和飽和后風(fēng)干(試樣由飽和→非飽和→干燥)的實(shí)驗(yàn)，測(cè)定裂隙試樣吸水和失水曲線，為浸水和風(fēng)干時(shí)間節(jié)點(diǎn)的選取提供參考。[0041]為考慮實(shí)際巖體工程中水分運(yùn)移的方向性，本實(shí)施例的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)兩種飽水方案。其中，方案1模擬的是水分由中部裂隙向巖樣四周運(yùn)移(由內(nèi)向外),如圖5所示，方案2模擬的是水分從巖樣四周向裂隙方向運(yùn)移(由外向內(nèi)),如圖4所示，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中須采用疏水劑及石蠟對(duì)裂隙及其附近區(qū)域進(jìn)行處理。樣(不考慮裂隙特征變化對(duì)水分運(yùn)移規(guī)律影響),實(shí)驗(yàn)將選取吸水和風(fēng)干過(guò)程中的多個(gè)時(shí)間[0043]核磁共振圖像灰度值與不同位置處含水率一一對(duì)應(yīng)，為定量建立這種對(duì)應(yīng)關(guān)系，巖樣的核磁共振圖像為校核標(biāo)準(zhǔn)(校準(zhǔn)巖樣含水率可由實(shí)驗(yàn)方便測(cè)得),提取校準(zhǔn)試樣圖像最大灰度值，從而可由灰度值換算得到浸水或風(fēng)干不同時(shí)間巖樣不同位置處體積含水率。為體積含水率(水與巖石體積比值),D?為擴(kuò)散系數(shù)(是含水率θ或時(shí)間t的函數(shù)),▽為梯移的初始和邊界條件：移的初始和邊界條件：θ與λ(或時(shí)間t)之間的關(guān)系，即可確定擴(kuò)散系數(shù)De,從而確定水分運(yùn)移方程的具體表達(dá)中的時(shí)間t為達(dá)式，采用包含三個(gè)參數(shù)的經(jīng)驗(yàn)公式表述水分運(yùn)移規(guī)律(即體積含水率θ和玻爾茲曼變換[0046]該式中，參數(shù)θ和λ均可由浸水或風(fēng)干不同時(shí)間巖樣的核磁共振觀測(cè)實(shí)驗(yàn)測(cè)得，可以建立以體積含水率為自變量的擴(kuò)散系數(shù)表達(dá)式：按照[0047]為研究黏土充填介質(zhì)的影響，本試驗(yàn)將對(duì)充填裂隙巖樣在三種基本加載條件下[0049]以歷經(jīng)n次浸水-風(fēng)干循環(huán)操作后的浸水時(shí)間和飽和后風(fēng)干時(shí)間為變量(浸實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，計(jì)算不同加載條件下充填裂隙巖樣的宏及由三軸壓縮實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算得到的黏聚力c和摩擦角φ為裂隙巖石力學(xué)參數(shù)集，通過(guò)E～E(t,t;β,2a).T~T(t,5;β,2a).c~c(t,t;β,2a);φ~9(t,;β,2a)分析不同力[0050]此外，根據(jù)試驗(yàn)獲得的水分運(yùn)移和不同加載條件下充填裂隙巖樣應(yīng)力-應(yīng)變數(shù)據(jù)，研究含水狀態(tài)、裂隙特征、加載條件等對(duì)應(yīng)力-應(yīng)變曲線形式的影響規(guī)律，建立水分運(yùn)移和不同加載條件下充填裂隙巖體本構(gòu)模型。[0051]本實(shí)施例采取控制水閥來(lái)控制黏土充填裂隙巖體中水分運(yùn)移方式，還采取兩種浸水方案：方案1模擬的是水分由中部裂隙向巖樣四周運(yùn)移(由內(nèi)向外),方案2模擬的是水分從巖樣四周向裂隙方向運(yùn)移(由外向內(nèi)),實(shí)驗(yàn)過(guò)程中須采用疏水劑及石蠟對(duì)裂隙及其附近區(qū)域進(jìn)行處理。[0052]本實(shí)施例針對(duì)巖體的研究對(duì)象的問(wèn)題，利用高水敏感性的砂巖為裂隙壁，對(duì)其預(yù)制不同特征的裂隙并充填黏土介質(zhì)，模擬實(shí)際工程中常見(jiàn)黏土充填裂隙巖體。[0053]本實(shí)施例利用鉆機(jī)制取試樣，再利用磨石機(jī)切割打磨，制成高度分別為100mm和25mm的標(biāo)準(zhǔn)圓柱、圓盤(pán)試樣，進(jìn)而采用高壓水射流設(shè)備制備不同特征(傾角和長(zhǎng)度)的裂隙，并向裂隙中充填實(shí)際工程現(xiàn)場(chǎng)取回的黏土介質(zhì)，是為了模擬實(shí)際工程特殊的對(duì)象，以模擬充填裂隙巖體。[0054]本實(shí)施例綜合考慮水分運(yùn)移引起的復(fù)雜含水條件及其與黏土充填裂隙巖體之間的相互作用，提出一種表征水分運(yùn)移含水狀態(tài)的方法，并制備出不同含水狀態(tài)下的黏土充填裂隙巖體樣品。[0055]本實(shí)施例開(kāi)展微細(xì)觀測(cè)試分析，測(cè)試內(nèi)容包括：礦物成分分析(XRD衍射分析和EDS能量色散譜儀元素分布分析),定量分析樣品礦物成分；微觀形貌分析(視頻顯微圖像、SEM圖像以及偏光顯微圖像分析),定性和定量分析水巖相互作用前后樣品礦物顆粒微觀形態(tài)的變化程度；孔隙結(jié)構(gòu)分析(SEM圖像和壓汞測(cè)試),通過(guò)圖像處理技術(shù)，定量分析水巖相互作用前后樣品內(nèi)部微孔隙結(jié)構(gòu)的損傷程度。這些方法是為了測(cè)定水巖相互作用前后裂隙壁及充填物礦物組分、微細(xì)觀結(jié)構(gòu)特征變化，揭示黏土充填裂隙巖體水巖相互作用的微細(xì)觀[0056]本實(shí)施例開(kāi)展核磁共振觀測(cè)實(shí)驗(yàn)，分析水分運(yùn)移過(guò)程的核磁共振灰度圖像特征，是為了研究水分在充填裂隙巖體中的運(yùn)移過(guò)程，闡明水分運(yùn)移過(guò)程中水分空間分布演化規(guī)律和擴(kuò)散系數(shù)隨時(shí)間變化的規(guī)律，建立水分運(yùn)移控制方程，構(gòu)建充填裂隙巖體中水分運(yùn)移過(guò)程的理論模型。[0057]本實(shí)施例提出水分運(yùn)移引起的含水狀態(tài)表征方法，制備不同含水狀態(tài)、不同裂隙特征的黏土充填裂隙巖樣，并對(duì)其開(kāi)展間接拉伸、單軸和三軸壓縮破壞實(shí)驗(yàn)；研究巖樣變形(彈性模量)和強(qiáng)度(抗拉、單軸和三軸壓縮)特性與含水狀態(tài)表征指標(biāo)、裂隙特征(長(zhǎng)度和傾角)之間的關(guān)系，闡明水分運(yùn)移影響下黏土充填裂隙巖體變形強(qiáng)度特性劣化規(guī)律，是為了建立裂隙巖體力學(xué)參數(shù)劣化模型，完善在不同加載條件下黏土充填裂隙巖體的力學(xué)性質(zhì)劣化規(guī)律，揭示水分運(yùn)移和不同加載條件下裂隙巖體破裂過(guò)程及機(jī)理，揭示水分運(yùn)移和荷載作用下黏土充填裂隙巖體破裂過(guò)程及機(jī)理，為水致巖體工程災(zāi)害機(jī)理提供理論基礎(chǔ)。[0058]本實(shí)施例提出水分運(yùn)移引起的復(fù)雜含水狀態(tài)表征方法，從水巖相互作用角度闡明水分運(yùn)移誘致黏土充填裂隙巖體力學(xué)性質(zhì)劣化規(guī)律。從而建立水分運(yùn)移與力學(xué)參數(shù)劣化耦合模型，建立其本構(gòu)模型，構(gòu)建考慮水分運(yùn)移和力學(xué)參數(shù)劣化效應(yīng)的工程巖體數(shù)值模型。是為了揭示水分運(yùn)移與外載荷共同作用下黏土充填裂隙巖體破裂機(jī)理，并探討其初步工程應(yīng)用。