本發(fā)明涉及一種巖石滲水率測試技術(shù)，尤其涉及一種巖石滲水率自動測試系統(tǒng)及測試方法。

背景技術(shù)：

作為邊坡變形破壞、滑坡、礦井坍塌等災(zāi)害的主要觸發(fā)原因之一，巖土滲流會對巖土的各項(xiàng)力學(xué)指標(biāo)及物理形態(tài)產(chǎn)生巨大影響，工程實(shí)踐中為保證結(jié)構(gòu)體安全、避免災(zāi)害事故發(fā)生，必須對工程結(jié)構(gòu)的滲水狀態(tài)及滲水可能帶來的影響進(jìn)行嚴(yán)格的實(shí)驗(yàn)和評估。

現(xiàn)有技術(shù)中，滲流測試大多采用鉆測壓孔和壓水實(shí)驗(yàn)來進(jìn)行，現(xiàn)有方法只能對巖體的滲透壓力和滲透性能進(jìn)行測試，而滲透速度、滲透方向等重要參數(shù)還沒有十分經(jīng)濟(jì)有效的測試方案。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對背景技術(shù)中的問題，一種巖石滲水率自動測試系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)為：所述巖石滲水率自動測試系統(tǒng)由水箱、流量計(jì)、蠕動泵、注水頭、液位計(jì)、控制模塊和巖石試件(巖石試件由實(shí)地取樣制作)組成；所述水箱的出水端與流量計(jì)的進(jìn)水端連接，流量計(jì)的出水端與蠕動泵的進(jìn)水端連接，蠕動泵的出水端與注水頭的進(jìn)水端連接，注水頭的出水端朝下；所述巖石試件設(shè)置于注水頭下方，巖石試件中部預(yù)制有一蓄水槽，注水頭的出水端與蓄水槽相對；所述液位計(jì)的檢測端懸置于蓄水槽的內(nèi)腔中部；所述控制模塊分別與流量計(jì)、蠕動泵和液位計(jì)電氣連接；所述水箱內(nèi)存儲有水。

前述自動測試系統(tǒng)中各個(gè)裝置的功能是：水箱用于盛裝測試用水，流量計(jì)用于對水流量進(jìn)行計(jì)量，蠕動泵用于將水箱內(nèi)的水以相對恒定的速度泵給至巖石試件上，液位計(jì)通過檢測液位來為控制模塊提供觸發(fā)信號，控制模塊用于對蠕動泵的動作進(jìn)行控制以及獲取相關(guān)數(shù)據(jù)并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理；該自動測試系統(tǒng)可以自動完成對巖石試件的巖石滲水率測試操作，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，各種裝置均為工程領(lǐng)域中常見的產(chǎn)品。

基于前述巖石滲水率自動測試系統(tǒng)，本發(fā)明還提出了一種巖石滲水率自動測試方法，所涉及的硬件如前所述；具體的步驟為：

1)按前述方式搭建好巖石滲水率自動測試系統(tǒng)，將液位計(jì)、注水頭和巖石試件充分干燥；

2)當(dāng)水與檢測端接觸時(shí)，液位計(jì)輸出高電平信號，當(dāng)水位低于檢測端時(shí)，液位計(jì)輸出低電平信號；

開始測試后，控制模塊控制蠕動泵啟動，經(jīng)過一定時(shí)間后，液位計(jì)向控制模塊輸出高電平信號，收到高電平信號后，控制模塊控制蠕動泵停止工作，并記錄下當(dāng)前時(shí)刻t₀，之后，開始循環(huán)操作：收到低電平信號時(shí)，控制模塊控制蠕動泵啟動，并記錄下對應(yīng)的時(shí)刻數(shù)據(jù)，收到高電平信號時(shí)，控制模塊控制蠕動泵停止工作，并記錄下對應(yīng)的時(shí)刻數(shù)據(jù)；

循環(huán)操作過程中，獲得的多個(gè)時(shí)刻數(shù)據(jù)按時(shí)間順序依次記為t₁、t₂、t₃……；t_n-1～t_n+1所對應(yīng)的時(shí)段記為一個(gè)測量周期，n為從1開始的奇數(shù)；

3)循環(huán)操作過程中，每完成一個(gè)測量周期的數(shù)據(jù)獲取操作，控制模塊就根據(jù)下式實(shí)時(shí)計(jì)算出當(dāng)前測量周期所對應(yīng)的滲透率：

$v_k=\frac{(t_{2k}-t_{2k-1})\·V}{t_{2k}-t_{2k-2}}$

其中，v_k為對應(yīng)第k測量周期的滲透率，k為從1開始的自然數(shù)；V為蠕動泵的額定流速，V的單位為：毫升/秒；

4)當(dāng)測量周期的數(shù)量達(dá)到設(shè)定數(shù)量時(shí)，或循環(huán)操作的時(shí)間長度達(dá)到設(shè)定值時(shí)，循環(huán)操作結(jié)束；設(shè)測量周期的數(shù)量為N，則最后一個(gè)測量周期所對應(yīng)的滲透率為v_N；循環(huán)操作結(jié)束后，控制模塊根據(jù)下式計(jì)算出巖石試件的平均滲透率

$\stackrel{\‾}{v}=\frac{v_1+v_2+...+v_{N-1}+v_N^{~}}{N}$

其中，為v_N的修正值；根據(jù)下式計(jì)算

$v_N^{~}=\frac{(t_{2N}-t_{2N-1})\·V-\mathrm{\Δ}V}{t_{2N}-t_{2N-2}}$

其中，ΔV為循環(huán)操作結(jié)束后，殘留在流量計(jì)和注水頭之間的管路和裝置中的水的體積；ΔV的具體數(shù)值根據(jù)下式計(jì)算：

ΔV＝V_F-V·[(t₂+t₄+...+t_2N)-(t₁+t₃+...+t_2N-1)]

其中，則V_F為t₁～t_2N時(shí)段內(nèi)由流量計(jì)所測量到的流經(jīng)流量計(jì)的水的總體積。

本發(fā)明的數(shù)據(jù)處理部分所基于的原理較為簡單，即根據(jù)多個(gè)測量周期的滲透率來計(jì)算巖石試件的平均滲透率；該方法中值得說明的是，循環(huán)操作結(jié)束后，流量計(jì)和注水頭之間的管路和裝置中不可避免會殘留有一定體積的水，這部分殘留水會對計(jì)算出的平均滲透率的準(zhǔn)確性造成影響，為了消除這部分影響，本發(fā)明在平均滲透率計(jì)算公式中引入了這一修正值，通過將殘留水對計(jì)算結(jié)果的影響消除。

前述的巖石滲水率自動測試系統(tǒng)和巖石滲水率自動測試方法結(jié)合后，可在較低成本條件下，實(shí)現(xiàn)巖石滲水率的自動測試。

本發(fā)明的有益技術(shù)效果是：提供了一種巖石滲水率自動測試系統(tǒng)及測試方法，該方案能夠以較低成本實(shí)現(xiàn)巖石滲水率的自動測試。

附圖說明

圖1、本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖中各個(gè)標(biāo)記所對應(yīng)的名稱分別為：水箱1、流量計(jì)2、蠕動泵3、注水頭4、液位計(jì)5、控制模塊6、巖石試件7。

具體實(shí)施方式

一種巖石滲水率自動測試系統(tǒng)，其創(chuàng)新在于：所述巖石滲水率自動測試系統(tǒng)由水箱1、流量計(jì)2、蠕動泵3、注水頭4、液位計(jì)5、控制模塊6和巖石試件7組成；所述水箱1的出水端與流量計(jì)2的進(jìn)水端連接，流量計(jì)2的出水端與蠕動泵3的進(jìn)水端連接，蠕動泵3的出水端與注水頭4的進(jìn)水端連接，注水頭4的出水端朝下；所述巖石試件7設(shè)置于注水頭4下方，巖石試件7中部預(yù)制有一蓄水槽，注水頭4的出水端與蓄水槽相對；所述液位計(jì)5的檢測端懸置于蓄水槽的內(nèi)腔中部；所述控制模塊6分別與流量計(jì)2、蠕動泵3和液位計(jì)5電氣連接；所述水箱1內(nèi)存儲有水。

一種巖石滲水率自動測試方法，所涉及的硬件包括巖石滲水率自動測試系統(tǒng)：所述巖石滲水率自動測試系統(tǒng)由水箱1、流量計(jì)2、蠕動泵3、注水頭4、液位計(jì)5、控制模塊6和巖石試件7組成；所述水箱1的出水端與流量計(jì)2的進(jìn)水端連接，流量計(jì)2的出水端與蠕動泵3的進(jìn)水端連接，蠕動泵3的出水端與注水頭4的進(jìn)水端連接，注水頭4的出水端朝下；所述巖石試件7設(shè)置于注水頭4下方，巖石試件7中部預(yù)制有一蓄水槽，注水頭4的出水端與蓄水槽相對；所述液位計(jì)5的檢測端懸置于蓄水槽的內(nèi)腔中部；所述控制模塊6分別與流量計(jì)2、蠕動泵3和液位計(jì)5電氣連接；所述水箱1內(nèi)存儲有水；

其創(chuàng)新在于：所述方法包括：

1)按前述方式搭建好巖石滲水率自動測試系統(tǒng)，將液位計(jì)5、注水頭4和巖石試件7充分干燥；

2)當(dāng)水與檢測端接觸時(shí)，液位計(jì)5輸出高電平信號，當(dāng)水位低于檢測端時(shí)，液位計(jì)5輸出低電平信號；

開始測試后，控制模塊6控制蠕動泵3啟動，經(jīng)過一定時(shí)間后，液位計(jì)5向控制模塊6輸出高電平信號，收到高電平信號后，控制模塊6控制蠕動泵3停止工作，并記錄下當(dāng)前時(shí)刻t₀，之后，開始循環(huán)操作：收到低電平信號時(shí)，控制模塊6控制蠕動泵3啟動，并記錄下對應(yīng)的時(shí)刻數(shù)據(jù)，收到高電平信號時(shí)，控制模塊6控制蠕動泵3停止工作，并記錄下對應(yīng)的時(shí)刻數(shù)據(jù)；

循環(huán)操作過程中，獲得的多個(gè)時(shí)刻數(shù)據(jù)按時(shí)間順序依次記為t₁、t₂、t₃……；t_n-1～t_n+1所對應(yīng)的時(shí)段記為一個(gè)測量周期，n為從1開始的奇數(shù)；

3)循環(huán)操作過程中，每完成一個(gè)測量周期的數(shù)據(jù)獲取操作，控制模塊6就根據(jù)下式實(shí)時(shí)計(jì)算出當(dāng)前測量周期所對應(yīng)的滲透率：

$v_k=\frac{(t_{2k}-t_{2k-1})\·V}{t_{2k}-t_{2k-2}}$

其中，v_k為對應(yīng)第k測量周期的滲透率，k為從1開始的自然數(shù)；V為蠕動泵3的額定流速，V的單位為：毫升/秒；

4)當(dāng)測量周期的數(shù)量達(dá)到設(shè)定數(shù)量時(shí)，或循環(huán)操作的時(shí)間長度達(dá)到設(shè)定值時(shí)，循環(huán)操作結(jié)束；設(shè)測量周期的數(shù)量為N，則最后一個(gè)測量周期所對應(yīng)的滲透率為v_N；循環(huán)操作結(jié)束后，控制模塊6根據(jù)下式計(jì)算出巖石試件7的平均滲透率

$\stackrel{\‾}{v}=\frac{v_1+v_2+...+v_{N-1}+v_N^{~}}{N}$

其中，為v_N的修正值；根據(jù)下式計(jì)算

$v_N^{~}=\frac{(t_{2N}-t_{2N-1})\·V-\mathrm{\Δ}V}{t_{2N}-t_{2N-2}}$

其中，ΔV為循環(huán)操作結(jié)束后，殘留在流量計(jì)2和注水頭4之間的管路和裝置中的水的體積；ΔV的具體數(shù)值根據(jù)下式計(jì)算：

ΔV＝V_F-V·[(t₂+t₄+...+t_2N)-(t₁+t₃+...+t_2N-1)]

其中，則V_F為t₁～t_2N時(shí)段內(nèi)由流量計(jì)2所測量到的流經(jīng)流量計(jì)2的水的總體積。