裂隙介質(zhì)系統(tǒng)滲透張量室內(nèi)測定裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及水文地質(zhì)學(xué)中的地下水滲流領(lǐng)域，尤其是涉及裂隙介質(zhì)系統(tǒng)滲透張量 室內(nèi)測定裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 地下水在巖土空隙中的運動稱為滲流，發(fā)生滲流的區(qū)域稱為滲流場。在水文地質(zhì) 學(xué)中，地下水的劃分類型有很多，其中按含水介質(zhì)可將地下水分為孔隙水、裂隙水和巖溶 水。目前，對于孔隙介質(zhì)的地下水滲流研究較為成熟，而對于裂隙巖體中地下水運動的研究 還存在諸多不足，這主要是由于裂隙介質(zhì)的不均勻性及非連續(xù)性而造成的。
[0003] 巖體由巖石和切割巖石的裂隙組成，故在裂隙巖體中同時存在著兩種空隙和滲流 系統(tǒng)，即空隙總體積較大而滲透性相對較弱的多孔巖塊系統(tǒng)和分割多孔巖塊的裂隙系統(tǒng)。
[0004] 地下水主要儲存在多孔巖塊系統(tǒng)中，而水在巖體中的滲流途徑主要為裂隙。在巖 層中，不同規(guī)模、不同方向的裂隙通道，交切連通構(gòu)成導(dǎo)水裂隙網(wǎng)絡(luò)，形成裂隙含水系統(tǒng)。由 于裂隙網(wǎng)絡(luò)通常由三組或三組以上的裂隙構(gòu)成，且裂隙的空間分布具有不均一性，使得裂 隙巖體的滲透特性具有顯著的各向異性和強烈的非均質(zhì)性，故裂隙巖體的滲流參數(shù)必須以 張量表示，即滲透張量，且可用滲透張量求解裂隙巖體的滲流場。
[0005] 目前，確定裂隙巖體滲透系數(shù)的方法主要有現(xiàn)場水力試驗法、裂隙測量法和離散 裂隙網(wǎng)絡(luò)滲流數(shù)值試驗法?，F(xiàn)場水力試驗法分為單孔壓水試驗、三段壓水試驗以及交叉孔 壓水試驗。三段壓水試驗法的基本原理為用壓水試驗分別確定單組裂隙的滲透系數(shù)，然后 根據(jù)每組裂隙的產(chǎn)狀將滲透系數(shù)疊加得到巖體的總滲透張量。
[0006] 利用三段壓水試驗刻畫裂隙巖體的滲透張量可用于研究裂隙巖體中的地下水埋 藏分布特征以及地下水流運移規(guī)律，并且對于涉及裂隙巖體中的地下水這一問題的相關(guān)領(lǐng) 域如水電工程、石油開采、地下采礦工程以及邊坡工程等領(lǐng)域具有重大意義。
[0007] 裂隙巖體中的地下水滲流較為復(fù)雜，采用野外調(diào)查的方法無法清晰直觀的認識到 地下水在裂隙巖體中的滲流過程，而采用數(shù)值模擬進行研究時對于模型的概化以及參數(shù)的 選取具有一定的困難，計算結(jié)果存在一定的誤差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 針對上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種裂隙介質(zhì)系統(tǒng)滲透張量室內(nèi)測定裝置，為搭 建室內(nèi)物理模型，用以模擬裂隙巖體地下水滲流過程，同時可以試驗結(jié)果及裂隙傾向、傾角 等參數(shù)計算出該條件下的裂隙巖體滲透張量，為學(xué)習(xí)和研究裂隙巖體中的地下水滲流提供 了一種有效的手段。
[0009] 具體的技術(shù)方案為：
[0010] 裂隙介質(zhì)系統(tǒng)滲透張量室內(nèi)測定裝置，包括儲水箱、圓柱形封閉模擬箱、升降裝 置；圓柱形封閉模擬箱采用透明有機玻璃制成，圓柱形封閉模擬箱的兩端分別通過支架安 裝在升降裝置上；圓柱形封閉模擬箱有三組模擬裂隙，分別為第一模擬裂隙組、第二模擬裂 隙組、第三模擬裂隙組，三組模擬裂隙互相垂直;垂直于每組模擬裂隙面設(shè)置模擬鉆孔，每 個模擬鉆孔上附有一支示蹤管;模擬鉆孔的下端位于模擬裂隙內(nèi)，模擬鉆孔的下端管壁有 均勻分布的孔，下端由尼龍網(wǎng)包覆，模擬裂隙內(nèi)填充石英砂，每組模擬裂隙面沿傾向方向設(shè) 置兩支測壓管，每組模擬裂隙的測壓管與模擬鉆孔平行；
[0011] 每個模擬鉆孔分別通過附有流量控制閥的供水軟管與儲水箱內(nèi)的水栗相連接，從 而控制注入模擬裂隙中流量;每組模擬裂隙的排水孔分別通過附有流量控制閥的排水軟管 與儲水箱相通。
[0012] 升降裝置可以調(diào)節(jié)與圓柱形模擬箱內(nèi)兩組裂隙的傾角和傾向，從而形成不同的裂 隙網(wǎng)絡(luò)。
[0013] 通過向模擬鉆孔內(nèi)注水，可在裂隙介質(zhì)中形成水平徑向流，帶穩(wěn)定后，通過測量的 裂隙幾何參數(shù)、測壓管水位以及排水管道所測得的流量便可計算出該中裂隙類型的巖體滲 透張量。
[0014] 本發(fā)明提供的裂隙介質(zhì)系統(tǒng)滲透張量室內(nèi)測定裝置，構(gòu)建三組互相垂直的裂隙介 質(zhì)，以厚度約為隙寬的微型承壓含水層注水井形成的滲流場為基礎(chǔ)，通過升降裝置可以調(diào) 節(jié)模擬箱內(nèi)兩組裂隙的傾向與傾角，故可以模擬不同條件下裂隙巖體中地下水的滲流過 程，并且可以計算出不同條件下裂隙巖體的滲透張量。通過該裝置的實驗學(xué)習(xí)，可以認識到 裂隙巖體的基本組成要素、滲透張量的求解以及裂隙巖體中地下水的滲流過程及特征，從 而為水電工程、邊坡工程等實際工程項目中巖體滲流場的分析奠定一定的基礎(chǔ)。
【附圖說明】
[0015] 圖1是本發(fā)明的主視結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016] 圖2是本發(fā)明的側(cè)視結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017] 圖3是本發(fā)明的實施例的工作狀態(tài)示意圖；
[0018] 圖4是本發(fā)明的實施例的數(shù)據(jù)采集示意圖。
【具體實施方式】
[0019 ]結(jié)合【附圖說明】本發(fā)明的【具體實施方式】。
[0020] 如圖1和圖2所示，裂隙介質(zhì)系統(tǒng)滲透張量室內(nèi)測定裝置，包括儲水箱2、圓柱形封 閉模擬箱3、升降裝置4;圓柱形封閉模擬箱3采用透明有機玻璃制成，圓柱形封閉模擬箱3的 兩端分別通過支架5安裝在升降裝置4上；圓柱形封閉模擬箱3有三組模擬裂隙，分別為第一 模擬裂隙組71、第二模擬裂隙組72、第三模擬裂隙組73,三組模擬裂隙互相垂直;垂直于每 組模擬裂隙面設(shè)置模擬鉆孔8,每個模擬鉆孔上附有一支示蹤管9;模擬鉆孔8的下端位于模 擬裂隙內(nèi)，模擬鉆孔8的下端管壁有均勻分布的孔，下端由尼龍網(wǎng)包覆10,模擬裂隙內(nèi)填充 石英砂11，每組模擬裂隙面沿傾向方向設(shè)置兩支測壓管12,每組模擬裂隙的測壓管12與模 擬鉆孔8平行；
[0021] 每個模擬鉆孔8分別通過附有流量控制閥的供水軟管與儲水箱2內(nèi)的水栗1相連 接，從而控制注入模擬裂隙中流量;每組模擬裂隙的排水孔15分別通過附有流量控制閥的 排水軟管與儲水箱2相通。
[0022] 通過升降裝置4可調(diào)節(jié)圓柱形封閉模擬箱3兩端高度，從而控制圓柱形封閉模擬箱 3內(nèi)的模擬裂隙的傾向及傾角，以構(gòu)建不同的裂隙網(wǎng)絡(luò)，計算不同條件下裂隙巖體的滲透張 量。
[0023]如圖3和圖4,根據(jù)地下水動力學(xué)中裘布依穩(wěn)定承壓井流理論，利用達西線性滲流 定律，可得： dl-I
[0024] 〇=Κ·2Π ·Κ·Μ· -
[0025] 式中，R取 Η-ΙΗ取1ιΗι2;
[0026] 對上式進行積分，得到：
[0027] h1-h2=i]^-ln^-~ irma
[0028] 故可得到：
[0029] K=----inii±M L 」 2Π -Μsin a)
[0030] 分別對各組裂隙面進行三段壓水試驗，即可測得各組裂隙的滲透系數(shù)心（1 = 1，2， 3)，故可求出巖體的滲透張量K、
[0031] (E-UiUt) ?-1
[0032] 式中，E為單位張量，m為裂隙單元法向矢量。
[0033] 接通電源，調(diào)節(jié)兩端升降裝置4到預(yù)期高度，利用羅盤、直尺等工具測量出每組裂 隙的傾角α與傾向以及每組模擬裂隙上兩根測壓管12與模擬鉆孔8的距離1^12。關(guān)閉供排水 管路上的所有控制閥，打開第一模擬裂隙組71上的模擬鉆孔供水管路及排水管路的控制 閥，待一段時間后，利用量筒、秒表等工具測定排水管路的流量Q，連續(xù)測三次，誤差小于5% 即達到穩(wěn)定狀態(tài)。在示蹤管9中加入紅色示蹤劑，可觀察到水流在裂隙介質(zhì)中的徑流過程， 并記錄下示蹤劑到達每根測壓管位置的時間七4 2，讀出測壓管12中水位刻度值h^hs。根據(jù) 公式便可計算出該組裂隙介質(zhì)的滲透速度V1及滲透系數(shù)Ki。同理，可計算出其他兩組裂隙介 質(zhì)的滲透速度 V2、V3及滲透系數(shù)K2、K3,從而求出該條件下裂隙巖體的滲透張量K'
[0034]通過升降裝置4可調(diào)節(jié)圓柱形封閉模擬箱3內(nèi)第一模擬裂隙組71、第三模擬裂隙組 73傾向與傾角，利用相同的方法可以求出不同裂隙網(wǎng)絡(luò)的滲透張量。
[0035] 每組模擬裂隙均由兩塊透明樹脂平行板組成，兩塊透明樹脂平行板之間具有一定 隙寬，兩塊透明樹脂平行板內(nèi)壁上有用于刻畫裂隙面粗糙度的三角形凸起，兩塊透明樹脂 平行板之間填裝粒徑為〇. 25-0.5_的石英砂11。
[0036] 同時，可以改變石英砂的粒徑大小及數(shù)量、裂隙面的粗糙度等進行相同試驗，得到 不同影響因素下的裂隙巖體滲透張量，通過對比，得出各種影響因素與滲透張量的相關(guān)關(guān) 系，對研究和分析裂隙巖石滲流場具有重要意義。
【主權(quán)項】
1.裂隙介質(zhì)系統(tǒng)滲透張量室內(nèi)測定裝置，其特征在于:包括儲水箱(2)、圓柱形封閉模 擬箱(3)、升降裝置(4);圓柱形封閉模擬箱(3)采用透明有機玻璃制成，圓柱形封閉模擬箱 (3)的兩端分別通過支架（5)安裝在升降裝置(4)上；圓柱形封閉模擬箱（3)有三組模擬裂 隙，分別為第一模擬裂隙組(71)、第二模擬裂隙組(72)、第三模擬裂隙組(73)，三組模擬裂 隙互相垂直；垂直于每組模擬裂隙面設(shè)置模擬鉆孔(8)，每個模擬鉆孔上附有一支示蹤管 (9);模擬鉆孔(8)的下端位于模擬裂隙內(nèi)，模擬鉆孔(8)的下端管壁有均勻分布的孔，下端 由尼龍網(wǎng)包覆（10)，模擬裂隙內(nèi)填充石英砂（11)，每組模擬裂隙面沿傾向方向設(shè)置兩支測 壓管（12 )，每組模擬裂隙的測壓管（12)與模擬鉆孔(8)平行； 每個模擬鉆孔(8)分別通過附有流量控制閥的供水軟管與儲水箱(2)內(nèi)的水栗（1)相連 接，從而控制注入模擬裂隙中流量;每組模擬裂隙的排水孔（15)分別通過附有流量控制閥 的排水軟管與儲水箱(2)相通。
【專利摘要】本發(fā)明涉及水文地質(zhì)學(xué)中的地下水滲流領(lǐng)域，尤其是涉及裂隙介質(zhì)系統(tǒng)滲透張量室內(nèi)測定裝置，圓柱形封閉模擬箱的兩端分別通過支架安裝在升降裝置上；圓柱形封閉模擬箱有三組模擬裂隙，三組模擬裂隙互相垂直；垂直于每組模擬裂隙面設(shè)置模擬鉆孔，每個模擬鉆孔上附有一支示蹤管；每組模擬裂隙面沿傾向方向設(shè)置兩支測壓管，每組模擬裂隙的測壓管與模擬鉆孔平行；每個模擬鉆孔分別與儲水箱內(nèi)的水泵相連接，每組模擬裂隙的排水孔分別與儲水箱相通。該裝置構(gòu)建三組互相垂直的裂隙介質(zhì)，通過升降裝置可以調(diào)節(jié)模擬箱內(nèi)兩組裂隙的傾向與傾角，模擬不同條件下裂隙巖體中地下水的滲流過程，計算出不同條件下裂隙巖體的滲透張量。
【IPC分類】G01N15/08
【公開號】CN105547967
【申請?zhí)枴緾N201610064618
【發(fā)明人】許模, 張世殊, 李瀟, 黃潤太, 康小兵, 石定國, 張強, 馬金根, 夏強, 冉從彥, 肖先煊, 郭健, 王在敏, 楊艷娜, 漆繼紅
【申請人】成都理工大學(xué)
【公開日】2016年5月4日
【申請日】2016年1月28日