一種巖石滲透系數(shù)檢測裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種巖石滲透系數(shù)檢測方法，它包括以下步驟，在試件上加載一個與滲透壓壓力方向相垂直的應(yīng)力，同時設(shè)置其循環(huán)加卸載路徑，即速率為1～3N/S，每隔5秒采集一個承壓板上壓力的數(shù)據(jù)；采集試件上滲透流量數(shù)據(jù)記錄為Q，采集頻率為每5秒一次；計算試件的滲透系數(shù)。本發(fā)明還提供了一種巖石滲透系數(shù)檢測裝置，包括壓頭和承壓板，所述壓頭和承壓板之間設(shè)置有試件，所述熱塑管遠離試件的一端與滲透壓加載設(shè)備相連接，所述試件的出口端一側(cè)貼合一塊用于收集從試件中滲透出來液體的多孔板。因此本發(fā)明提供的檢測裝置可測量巖石材料在加卸載過程中滲透系數(shù)隨應(yīng)力的變化過程，操作簡單，結(jié)果可靠。同時提供的檢測方法，檢測精度高，響應(yīng)快，操作簡便。
【專利說明】
一種巖石滲透系數(shù)檢測裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于檢驗檢測技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種巖石滲透系數(shù)檢測裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 巖石的滲透系數(shù)是一項非常重要的技術(shù)參數(shù)，影響巖石滲透系數(shù)大小的因素有很 多，測量巖石滲透系數(shù)的方法也很多，地下過程的開挖和回填必然伴隨著應(yīng)力場的改變或 卸壓或加載，應(yīng)力場的改變會導(dǎo)致材料裂隙發(fā)生變形，改變其滲透性能進而影響滲透系數(shù)， 因此研究裂隙巖石在加卸載條件下其滲透系數(shù)的變化規(guī)律對工程的安全開發(fā)，減少災(zāi)害具 有重要的現(xiàn)實意義。前人所寫的大部分有關(guān)測量巖石滲透系數(shù)大小的資料基本沒有涉及巖 石滲透系數(shù)與應(yīng)力大小的動態(tài)變化規(guī)律。因此本此種裝置可測量巖石材料在加卸載過程中 滲透系數(shù)隨應(yīng)力的變化過程，操作簡單，結(jié)果可靠。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問題，本發(fā)明公開了一種用于實時測量裂隙循環(huán)加卸載 過程中巖石滲透系數(shù)的檢測裝置及方法，用于實驗室測量巖石滲透系數(shù)。
[0004] 本發(fā)明提供了 一種巖石滲透系數(shù)檢測方法，它包括以下步驟：
[0005] Sl、選取一塊巖石作為試件，并將其浸泡在水中直至水飽和，調(diào)制AB膠，并將調(diào)制 好的AB膠均勻涂抹在試件的外表面上；
[0006] S2、選取一段熱塑管，將其一端套在試件上，并使其伸入熱塑管內(nèi)1~2cm，隨后將 熱塑管上遠離試件的一端內(nèi)插入支撐棍；
[0007] S3、將試件上套有熱塑管的部分進行加熱，加熱的同時轉(zhuǎn)動試件，使得熱塑管貼合 在試件上；
[0008] S4、在試件的一個面上貼合一塊承壓板，在承壓板與試件之間填充有步驟Sl中所 調(diào)配的AB膠；
[0009] S5、將插入熱塑管內(nèi)的支撐棍拔出，并加載一個滲透壓；
[0010] S6、在試件上加載一個與滲透壓壓力方向相垂直的應(yīng)力，同時設(shè)置其循環(huán)加卸載 路徑，即速率為1~3N/S，每隔5秒采集一個承壓板上壓力的數(shù)據(jù)；
[0011] S7、在所述步驟S6記錄承壓板上壓力數(shù)據(jù)時，采集試件上滲透流量數(shù)據(jù)記錄為Q， 采集頻率為每5秒一次；
[0012] S8、計算試件的滲透系數(shù)。
[0013]優(yōu)選地，所述步驟Sl中調(diào)配的AB膠，其中A膠和B膠的質(zhì)量比為3:2。
[0014]優(yōu)選地，所述步驟S8采用如下方法計算滲透系數(shù)；
[0015] S81、測量試件的斷面面積和長度，分別記錄為A和L;
[0016] S82、記錄滲透壓的壓力P1;
[0017] S83、通過公：
計算滲透系數(shù)的值，公式中P2為大氣壓，K為滲透 系數(shù)，Q為所述步驟S7中記錄的流量數(shù)據(jù)。
[0018] 本發(fā)明還提供了一種巖石滲透系數(shù)檢測裝置，包括壓頭和承壓板，所述壓頭用于 施加應(yīng)力給試件，所述承壓板用于承載應(yīng)力，所述壓頭和承壓板之間設(shè)置有試件，所述試件 與承壓板相接觸的外表面上涂有AB膠，并將所述試件分隔出進口端和出口端，所述試件的 進口端上套有熱塑管，所述試件與熱塑管相接觸的外表面上也涂有AB膠，所述熱塑管遠離 試件的一端與滲透壓加載設(shè)備相連接，所述試件的出口端一側(cè)貼合一塊用于收集從試件中 滲透出來液體的多孔板。
[0019] AB膠的設(shè)置不僅僅可以起到密封作用，同時可以有效地填補試件上的空隙，使得 承壓件與試件之間具有較為平整的面，避免結(jié)合面不平整引起的應(yīng)力變化較大。
[0020] 優(yōu)選地，所述滲透壓加載設(shè)備設(shè)有第一水箱和第二水箱，所述第一水箱的進水端 與空壓機的出氣端相連通，所述第一水箱的出水端與第二水箱的進水端相連通，所述第二 水箱的出水端與熱塑管遠離試件的一端相連接，所述熱塑管遠離試件的一端內(nèi)側(cè)涂有AB膠 與第二水箱的出水端相結(jié)合，所述熱塑管與第二水箱的出水端相結(jié)合處的外表面上捆扎有 鐵絲。
[0021] 優(yōu)選地，所述第一水箱和第二水箱分別連通有第一壓力傳感器和第二壓力傳感 器，所述第二水箱上還開設(shè)有卸壓孔，所述第一水箱和第二水箱的連接處設(shè)置有控制閥門。
[0022] 優(yōu)選地，所述第一水箱的進水端與有機玻璃管的出氣端相連通，所述機玻璃管的 進氣端與空壓機相連通。
[0023] 優(yōu)選地，所述多孔板遠離試件的一端的外表面上涂有AB膠用于和熱塑管相結(jié)合， 所述熱塑管遠離多孔板的一側(cè)與儲液箱相連接。
[0024]優(yōu)選地，所述壓頭上還連接有反力架。
[0025]優(yōu)選地，還包括力傳感器，所述力傳感器用于檢測承壓板受到的應(yīng)力載荷。
[0026]綜上所述，本發(fā)明具有以下優(yōu)點：
[0027] 因此本發(fā)明提供的檢測裝置可測量巖石材料在加卸載過程中滲透系數(shù)隨應(yīng)力的 變化過程，操作簡單，結(jié)果可靠。同時提供的檢測方法，檢測精度高，響應(yīng)快，操作簡便。
【附圖說明】
[0028] 圖1為本發(fā)明實施例檢測裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0029] 圖2為圖1中試件裝置系統(tǒng)的放大示意圖；
[0030] 圖3為循環(huán)加卸載下巖石法向位移的變化曲線圖；
[0031 ]圖4為循環(huán)加卸載下巖石滲透系數(shù)變化曲線圖。
【具體實施方式】
[0032] 下面結(jié)合實施方式及附圖對本發(fā)明作進一步詳細、完整地說明。
[0033] 如圖1-4所示，，本發(fā)明提供了一種巖石滲透系數(shù)檢測裝置，包括恒壓系統(tǒng)1、試件 系統(tǒng)2和軸壓系統(tǒng)3,所述軸壓系統(tǒng)3設(shè)有壓頭18和承壓板17,所述壓頭18用于施加應(yīng)力給試 件13,所述承壓板17用于承載應(yīng)力，所述壓頭18和承壓板17之間設(shè)置有試件13,所述試件13 與承壓板17相接觸的外表面上涂有AB膠，并將所述試件13分隔出進口端和出口端，所述試 件13的進口端上套有熱塑管14,所述試件13與熱塑管14相接觸的外表面上也涂有AB膠，所 述熱塑管14遠離試件13的一端與滲透壓加載設(shè)備相連接，所述試件13的出口端一側(cè)貼合一 塊用于收集從試件13中滲透出來液體的多孔板4。
[0034]優(yōu)選地，所述滲透壓加載設(shè)備設(shè)有第一水箱7和第二水箱8,所述第一水箱7的進水 端與空壓機的出氣端相連通，所述第一水箱7的出水端與第二水箱8的進水端相連通，所述 第二水箱8的出水端與熱塑管14遠離試件13的一端相連接，所述熱塑管14遠離試件的一端 內(nèi)側(cè)涂有AB膠與第二水箱8的出水端相結(jié)合，所述熱塑管14與第二水箱8的出水端相結(jié)合處 的外表面上捆扎有鐵絲16。
[0035] 所述第一水箱7和第二水箱8分別連通有第一壓力傳感器9和第二壓力傳感器10， 所述第二水箱8上還開設(shè)有卸壓孔11，所述第一水箱7和第二水箱8的連接處設(shè)置有控制閥 門12。所述第一水箱7的進水端與有機玻璃管6的出氣端相連通，所述機玻璃管6的進氣端與 空壓機相連通。所述多孔板4遠離試件的一端的外表面上涂有AB膠用于和熱塑管相結(jié)合，所 述熱塑管遠離多孔板4的一側(cè)與儲液箱5相連接。
[0036]所述壓頭18上還連接有反力架19。還包括力傳感器20,所述力傳感器20用于檢測 承壓板17受到的應(yīng)力載荷。
[0037]本實施例還提供了一種巖石滲透系數(shù)檢測方法，它包括以下步驟：
[0038] Sl、選取一塊巖石作為試件13,并將其浸泡在水中直至水飽和，調(diào)制AB膠，并將調(diào) 制好的AB膠均勻涂抹在試件的外表面上；
[0039] S2、選取一段熱塑管14,將其一端套在試件上，并使其伸入熱塑管14內(nèi)1~2cm，隨 后將熱塑管14上遠離試件13的一端內(nèi)插入支撐棍；
[0040] S3、將試件13上套有熱塑管14的部分進行加熱，加熱的同時轉(zhuǎn)動試件，使得熱塑管 14貼合在試件上；
[0041] S4、在試件13的一個面上貼合一塊承壓板17,在承壓板17與試件13之間填充有步 驟Sl中所調(diào)配的AB膠；
[0042] S5、將插入熱塑管14內(nèi)的支撐棍拔出，并加載一個滲透壓；
[0043] S6、在試件13上加載一個與滲透壓壓力方向相垂直的應(yīng)力，同時設(shè)置其循環(huán)加卸 載路徑，即速率為1~3N/S，每隔5秒采集一個承壓板上壓力的數(shù)據(jù)；
[0044] S7、在所述步驟S6記錄承壓板上壓力數(shù)據(jù)時，采集試件上滲透流量數(shù)據(jù)記錄為Q， 采集頻率為每5秒一次；
[0045] S8、計算試件的滲透系數(shù)。
[0046] 優(yōu)選地，所述步驟Sl中調(diào)配的AB膠，其中A膠和B膠的質(zhì)量比為3:2。
[0047] 優(yōu)選地，所述步驟S8采用如下方法計算滲透系數(shù)；
[0048] S81、測量試件的斷面面積和長度，分別記錄為A和L;
[0049] S82、記錄滲透壓的壓力P1;
[0050] S83、通過公：
十算滲透系數(shù)的值，公式中P2為大氣壓，K為滲透 系數(shù)，Q為所述步驟S7中記錄的流量數(shù)據(jù)。
[0051 ]本實施的裝置在組裝和實驗時的使用方法如下：
[0052]步驟（1)，調(diào)制AB膠，其中A膠和B膠的配合比為3:2,將調(diào)制好的AB膠均勻涂抹在裂 隙巖石試件13上，且該巖石試件13必須是已經(jīng)浸水飽和的巖石。
[0053]步驟(2)，制取長度為30cm的熱塑14,將熱塑管14套在側(cè)面涂有AB膠的裂隙巖石試 件13上，且試件13大致位于熱塑管14的端口處1~2cm處，熱塑管14的其余部分插有相同直 徑大小的木棍。
[0054]步驟(3)，將上述步驟（2)獲得的中間品倒立，使用熱風槍對含有巖石試件13的部 分進行加熱。在加熱的同時必須特別注意受熱均勻，防止由于受熱不均而使熱塑管14產(chǎn)生 裙皺、或者貼合不緊密。因此一邊加熱一邊轉(zhuǎn)動。
[0055] 步驟(4)，在第二水箱8-側(cè)的環(huán)形出口處涂有步驟（1)中調(diào)配的AB膠，將步驟(3) 中熱塑管14倆側(cè)的木棍取出，將第二水箱8的環(huán)形出口套入熱塑管14中，并用熱風槍均勻加 熱。待熱塑管14完全緊密貼合于環(huán)形出口處后用鐵絲16纏繞三至五圈。
[0056] 步驟(5)，有機玻璃管6的帶有螺紋的一端纏繞多層防水密封膠帶，再將其擰進第 一水箱7的進水口處。另一端連接空壓機，空壓機的作用是提供滲透壓并保持滲透壓不變。 [0057]步驟(6)，將多孔板4緊密貼合在巖石試件13的另一端，且多孔板4的側(cè)面也涂有AB 膠，再用熱風槍加熱熱塑管。再套上一個儲液箱5。
[0058] (7)上述裝置置于軸壓系統(tǒng)的承壓板17上，打開控制閥門12,通過卸壓孔11將水注 進整個系統(tǒng)，關(guān)閉卸壓孔11。
[0059] (7a)然后關(guān)閉控制閥門12,打開空壓機，將滲透壓加載至預(yù)設(shè)值P1。
[0060] (7b)先采用位移控制的方法緩慢將軸壓系統(tǒng)的壓頭18放下，待其與熱塑管14接觸 時馬上停止下降。
[0061] (7c)設(shè)置好循環(huán)加卸載的路徑（即速率為1~3N/S)，經(jīng)換算峰值應(yīng)力為O.SMPa。每 隔5秒采集一個數(shù)據(jù)。
[0062] (7d)當法向應(yīng)力記錄數(shù)據(jù)時馬上打開控制閥門12,多孔板4進行流量的采集，同樣 是每隔5秒采集一個數(shù)據(jù)Q，進行裂隙循環(huán)加載下巖石滲透系數(shù)測量。
[0063] 根據(jù)Darcy滲流公式
[0064]式中：Q-每隔5s流過多孔薄板的流量，單位m3
[0065] K-滲透系數(shù)，單位m/s
[0066] A-裂隙巖石試件斷面面積，單位m2
[0067] L 一裂隙巖石試件的長度，單位m
[0068] P1、P2-分別為進水口壓力和出水壓力，其中P2為大氣壓，單位MPa [0069]巖石滲透系數(shù)計算公式為：
[0070]
[0071]在弟二水稍8)氏部設(shè)宣卸壓孔11，解決恒壓裝置注水和卸壓問題，同時在第一水箱 7和第二水箱8之間設(shè)置控制閥門12,控制整個試驗的開始和結(jié)束。
[0072] 在裂隙巖石試件13的出水口出緊密貼合一多孔薄板4,該薄板4具有實時記錄流過 薄板4斷面流量的特點，解決采用靜態(tài)法測巖石滲透系數(shù)的流量檢測問題。
[0073] 循環(huán)加卸載下裂隙巖石滲透系數(shù)的變化規(guī)律能夠給地下工程的開挖和回填過程 提供很好的指導(dǎo)作用，具有非?，F(xiàn)實的意義。
[0074] 同時本發(fā)明上述實施例僅為說明本發(fā)明技術(shù)方案之用，僅為本發(fā)明技術(shù)方案的列 舉，并不用于限制本發(fā)明的技術(shù)方案及其保護范圍。采用等同技術(shù)手段、等同設(shè)備等對本發(fā) 明權(quán)利要求書及說明書所公開的技術(shù)方案的改進應(yīng)當認為是沒有超出本發(fā)明權(quán)利要求書 及說明書所公開的范圍。
【主權(quán)項】
1. 一種巖石滲透系數(shù)檢測方法，其特征在于，它包括以下步驟： 51、 選取一塊巖石作為試件，并將其浸泡在水中直至水飽和，調(diào)制AB膠，并將調(diào)制好的 AB膠均勻涂抹在試件的外表面上； 52、 選取一段熱塑管，將其一端套在試件上，并使其伸入熱塑管內(nèi)1~2cm，隨后將熱塑 管上遠離試件的一端內(nèi)插入支撐棍； 53、 將試件上套有熱塑管的部分進行加熱，加熱的同時轉(zhuǎn)動試件，使得熱塑管貼合在試 件上； 54、 在試件的一個面上貼合一塊承壓板，在承壓板與試件之間填充有步驟Sl中所調(diào)配 的AB膠； 55、 將插入熱塑管內(nèi)的支撐棍拔出，并加載一個滲透壓； 56、 在試件上加載一個與滲透壓壓力方向相垂直的應(yīng)力，同時設(shè)置其循環(huán)加卸載路徑， 即速率為1~3N/S，每隔5秒采集一個承壓板上壓力的數(shù)據(jù)； 57、 在所述步驟S6記錄承壓板上壓力數(shù)據(jù)時，采集試件上滲透流量數(shù)據(jù)記錄為Q，采集 頻率為每5秒一次； 58、 計算試件的滲透系數(shù)。2. 如權(quán)利要求1所述的巖石滲透系數(shù)檢測方法，其特征在于，所述步驟Sl中調(diào)配的AB 膠，其中A膠和B膠的質(zhì)量比為3:2。3. 如權(quán)利要求1所述的巖石滲透系數(shù)檢測方法，其特征在于，所述步驟S8采用如下方法 計算滲透系數(shù)； 581、 測量試件的斷面面積和長度，分別記錄為A和L; 582、 記錄滲透壓的壓力P1: 583、 通過公另^算滲透系數(shù)的值，公式*Ρ2為大氣壓，K為滲透系 數(shù)，Q為所述步驟S7中記錄的流量數(shù)據(jù)。4. 一種巖石滲透系數(shù)檢測裝置，其特征在于，包括壓頭和承壓板，所述壓頭用于施加應(yīng) 力給試件，所述承壓板用于承載應(yīng)力，所述壓頭和承壓板之間設(shè)置有試件，所述試件與承壓 板相接觸的外表面上涂有AB膠，并將所述試件分隔出進口端和出口端，所述試件的進口端 上套有熱塑管，所述試件與熱塑管相接觸的外表面上也涂有AB膠，所述熱塑管遠離試件的 一端與滲透壓加載設(shè)備相連接，所述試件的出口端一側(cè)貼合一塊用于收集從試件中滲透出 來液體的多孔板。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種巖石滲透系數(shù)檢測裝置，其特征在于，所述滲透壓加載設(shè) 備設(shè)有第一水箱和第二水箱，所述第一水箱的進水端與空壓機的出氣端相連通，所述第一 水箱的出水端與第二水箱的進水端相連通，所述第二水箱的出水端與熱塑管遠離試件的一 端相連接，所述熱塑管遠離試件的一端內(nèi)側(cè)涂有AB膠與第二水箱的出水端相結(jié)合，所述熱 塑管與第二水箱的出水端相結(jié)合處的外表面上捆扎有鐵絲。6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種巖石滲透系數(shù)檢測裝置，其特征在于，所述第一水箱和第 二水箱分別連通有第一壓力傳感器和第二壓力傳感器，所述第二水箱上還開設(shè)有卸壓孔， 所述第一水箱和第二水箱的連接處設(shè)置有控制閥門。7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種巖石滲透系數(shù)檢測裝置，其特征在于，所述第一水箱的進 水端與有機玻璃管的出氣端相連通，所述機玻璃管的進氣端與空壓機相連通。8. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種巖石滲透系數(shù)檢測裝置，其特征在于，所述多孔板遠離試 件的一端的外表面上涂有AB膠用于和熱塑管相結(jié)合，所述熱塑管遠離多孔板的一側(cè)與儲液 箱相連接。9. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種巖石滲透系數(shù)檢測裝置，其特征在于，所述壓頭上還連接 有反力架。10. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種巖石滲透系數(shù)檢測裝置，其特征在于，還包括力傳感器， 所述力傳感器用于檢測承壓板受到的應(yīng)力載荷。
【文檔編號】G01N15/08GK105891082SQ201510960489
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2015年12月19日
【發(fā)明人】羅世林, 萬文, 趙延林
【申請人】湖南科技大學(xué)