層狀巖體橫觀各向同性滲透系數(shù)測(cè)試裝置的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型提供一種層狀巖體橫觀各向同性滲透系數(shù)測(cè)試裝置，包括壓力容器、氣罐和密閉測(cè)試容器，密閉測(cè)試容器的兩側(cè)分別設(shè)有進(jìn)口通道和水平出口，上下兩側(cè)設(shè)有垂直出口，垂直出口和水平出口連接至回收容器，進(jìn)口通道處設(shè)有第二控制開(kāi)關(guān)，第二控制開(kāi)關(guān)的上游設(shè)有第一壓力表，垂直出口處設(shè)有第一控制開(kāi)關(guān)，水平出口處設(shè)有第三控制開(kāi)關(guān)，回收容器的入口處設(shè)有第四控制開(kāi)關(guān)，第四控制開(kāi)關(guān)的上游設(shè)有第二壓力表；本實(shí)用新型能夠在同一裝置上進(jìn)行水平和垂直兩個(gè)方向以及水和氣體兩種介質(zhì)的滲透性測(cè)試，實(shí)現(xiàn)層狀巖體各向同性滲透性的準(zhǔn)確測(cè)試。
【專利說(shuō)明】
層狀巖體橫觀各向同性滲透系數(shù)測(cè)試裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本實(shí)用新型設(shè)及巖±工程中巖體各向同性滲透系數(shù)的測(cè)試技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002] 層狀巖體是指構(gòu)造比較簡(jiǎn)單的沉積巖，巖層可W成水平或睹傾狀，節(jié)理之間通常 平行或近似平行，巖層可W是固結(jié)的巖石，也可W是沒(méi)有固結(jié)的堆積物，層狀巖體的變形和 破壞特征主要受巖層組合和結(jié)構(gòu)面的控制。自然界中的巖體具有層狀結(jié)構(gòu)的約占陸地面積 的2/3,在我國(guó)占到77.3%，層狀巖體分布的廣泛性導(dǎo)致在工程建設(shè)中會(huì)遇到大量的層狀巖 體穩(wěn)定問(wèn)題，運(yùn)些明顯的層狀結(jié)構(gòu)，使層狀巖體的力學(xué)特征極為復(fù)雜如何判斷運(yùn)些巖體的 穩(wěn)定性，一直是巖石力學(xué)界研究的熱點(diǎn)問(wèn)題之一。
[0003] 節(jié)理作為巖層劃分的界面，其反映出巖體在沉積過(guò)程中的間斷性，雖然巖層中可 能包含橫切的或不整合節(jié)理，但總體上節(jié)理是高度貫通的結(jié)構(gòu)面，運(yùn)些結(jié)構(gòu)面一般由某一 巖層內(nèi)的礦物組成，顆粒的粗細(xì)、膠結(jié)物的組成基本相同，并且呈現(xiàn)定向排列的特征，運(yùn)些 定向排列的結(jié)構(gòu)、構(gòu)造、微裂紋等使層狀巖體表現(xiàn)出橫觀各向同性的性質(zhì)，運(yùn)種性質(zhì)也導(dǎo)致 層狀巖體的滲透系數(shù)沿著節(jié)理方向和垂直節(jié)理方向呈現(xiàn)出不同的滲透性，并且將直接影響 工程的穩(wěn)定性。
[0004] 地下工程開(kāi)挖W后，由于應(yīng)力調(diào)整會(huì)在圍巖中產(chǎn)生損傷，運(yùn)些損傷會(huì)導(dǎo)致圍巖力 學(xué)和水力學(xué)特性發(fā)生變化，而運(yùn)些變化能夠被定量測(cè)試，例如水和氣體的滲透性。但目前對(duì) 于層狀巖體滲透系數(shù)的測(cè)試裝置仍有沿用針對(duì)完整巖體的，無(wú)法反映出節(jié)理對(duì)于巖體滲透 性的影響，也就無(wú)法準(zhǔn)確、客觀地反映出巖體的損傷程度。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0005] 本實(shí)用新型首先要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種層狀巖體橫觀各向同性滲透系數(shù) 測(cè)試裝置，能夠在同一裝置上進(jìn)行水平和垂直兩個(gè)方向W及水和氣體兩種介質(zhì)的滲透性測(cè) 試，實(shí)現(xiàn)層狀巖體橫觀各向同性滲透性的準(zhǔn)確測(cè)試。
[0006] 本實(shí)用新型解決上述技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是:層狀巖體橫觀各向同性滲透 系數(shù)測(cè)試裝置，包括用于存儲(chǔ)液體的壓力容器、用于存儲(chǔ)惰性氣體的氣罐和用于放置層狀 巖體試樣的密閉測(cè)試容器，所述密閉測(cè)試容器的一側(cè)設(shè)有進(jìn)口通道，另一側(cè)設(shè)有水平出口， 所述密閉測(cè)試容器的上下兩側(cè)設(shè)有垂直出口，所述垂直出口和所述水平出口均通過(guò)聯(lián)通管 道連接至回收容器。
[0007] 在采用上述技術(shù)方案的同時(shí)，本實(shí)用新型還可W采用或者組合采用W下進(jìn)一步的 技術(shù)方案：
[000引所述進(jìn)口通道處設(shè)有用于控制密閉測(cè)試容器的總進(jìn)口啟閉的第二控制開(kāi)關(guān)，所述 第二控制開(kāi)關(guān)的上游設(shè)有第一壓力表。
[0009] 所述垂直出口處設(shè)有用于控制垂直出口啟閉的第一控制開(kāi)關(guān)。
[0010] 所述水平出口處設(shè)有用于控制水平出口啟閉的第Ξ控制開(kāi)關(guān)。
[0011] 所述回收容器的入口處設(shè)有用于控制回收容器入口啟閉的第四控制開(kāi)關(guān)，所述第 四控制開(kāi)關(guān)的上游設(shè)有第二壓力表。
[0012] 所述壓力容器的出口處設(shè)有用于控制壓力容器出口啟閉的第五控制開(kāi)關(guān)，所述壓 力容器上連接有第Ξ壓力表。
[0013] 所述氣罐的出口處設(shè)有用于控制氣罐出口啟閉的第六控制開(kāi)關(guān)，所述氣罐上連接 有第四壓力表。
[0014] 本實(shí)用新型的有益效果是:本實(shí)用新型提供了一種層狀巖體橫觀各向同性損傷程 度測(cè)試裝置和方法，針對(duì)層狀巖體的發(fā)育特征，設(shè)置了?？诘目刂崎y口，能夠控制水和氣體 的滲透方向，分別測(cè)試出垂直和水平方向的滲透系數(shù)，并且能夠在同一裝置上實(shí)現(xiàn)水和氣 體的滲透性測(cè)試;本實(shí)用新型通過(guò)合理的開(kāi)關(guān)設(shè)計(jì)控制氣體或者液體的流動(dòng)方向，得到垂 直節(jié)理和平行節(jié)理兩個(gè)方向的滲透系數(shù)，實(shí)現(xiàn)了橫觀各向同性巖體滲透性的準(zhǔn)確測(cè)試，較 傳統(tǒng)測(cè)試方法能夠更加準(zhǔn)確地反映出橫觀各向同性巖體的滲透特征，同時(shí)該裝置技術(shù)口檻 低，操作簡(jiǎn)單，工作流程清晰，便于工地使用。
【附圖說(shuō)明】
[0015] 圖1是本實(shí)用新型的測(cè)試裝置的整體結(jié)構(gòu)圖。
[0016] 圖2是垂直節(jié)理方向的滲透系數(shù)測(cè)試示意圖。
[0017] 圖3是水平節(jié)理方向的滲透系數(shù)測(cè)試示意圖。
【具體實(shí)施方式】 [001引參照附圖。
[0019] 本實(shí)用新型的層狀巖體橫觀各向同性滲透系數(shù)測(cè)試裝置包括包括用于存儲(chǔ)液體 的壓力容器1、用于存儲(chǔ)惰性氣體的氣罐2和用于放置層狀巖體試樣的密閉測(cè)試容器3,壓力 容器1內(nèi)存儲(chǔ)水，氣罐2內(nèi)裝有氮?dú)?，密閉測(cè)試容器3的一側(cè)設(shè)有進(jìn)口通道4，進(jìn)口通道4通過(guò) 聯(lián)通管道分別與壓力容器1和氣罐2連接，密閉測(cè)試容器3的另一側(cè)設(shè)有水平出口 5,密閉測(cè) 試容器的上下兩側(cè)設(shè)有垂直出口 6,兩個(gè)垂直出口 6和水平出口 5均通過(guò)聯(lián)通管道連接至回 收容器7,進(jìn)口通道4處設(shè)有用于控制密閉測(cè)試容器的總進(jìn)口啟閉的第二控制開(kāi)關(guān)8,第二控 制開(kāi)關(guān)8的上游設(shè)有第一壓力表9,兩個(gè)垂直出口6處各自設(shè)有用于控制該垂直出口啟閉的 第一控制開(kāi)關(guān)10,水平出口 5處設(shè)有用于控制水平出口啟閉的第Ξ控制開(kāi)關(guān)11，回收容器7 的入口處設(shè)有用于控制回收容器入口啟閉的第四控制開(kāi)關(guān)12,第四控制開(kāi)關(guān)12的上游設(shè)有 第二壓力表13,壓力容器1的出口處設(shè)有用于控制壓力容器出口啟閉的第五控制開(kāi)關(guān)14,壓 力容器1上連接有用于監(jiān)測(cè)壓力容器1內(nèi)部壓力的第Ξ壓力表15,氣罐2的出口處設(shè)有用于 控制氣罐出口啟閉的第六控制開(kāi)關(guān)16,氣罐2上連接有用于監(jiān)測(cè)氣罐2的內(nèi)部壓力的第四壓 力表17。
[0020] 本實(shí)用新型的測(cè)試裝置的具體使用方法如下：
[00別]一、裝配巖樣。
[0022] 將包含層狀節(jié)理的巖樣18放入密閉測(cè)試容器3中，巖樣18尺寸為lOOmmX 50mm，巖 樣18的節(jié)理19的方向垂直于密閉測(cè)試容器3的入口方向，密閉測(cè)試容器3在垂直方向和水平 方向分別布置兩個(gè)進(jìn)出口，分別被第一和第二控制開(kāi)關(guān)控制。
[0023] 二、垂直節(jié)理方向的氣體滲透性測(cè)試。
[0024] 2.1)開(kāi)啟第六控制開(kāi)關(guān)，關(guān)閉第五控制開(kāi)關(guān)，滲透壓力控制在0. ^0.5MPa;
[0025] 2.2)開(kāi)啟第二、第Ξ和第四控制開(kāi)關(guān)，關(guān)閉第一控制開(kāi)關(guān)，氣體流動(dòng)方向如圖2所 示；
[0026] 2.3)通入氣體，測(cè)試時(shí)間大約為5分鐘，記錄下第一和第二壓力表的讀數(shù)；
[0027] 2.4)利用下式（1)計(jì)算垂直節(jié)理方向的層狀巖體滲透系數(shù)：
[002引
（1)
[0029] 式中K為氣體滲透系數(shù)，A為巖樣橫截面面積，L為巖樣長(zhǎng)度，P1、P2分別為1號(hào)壓力 表和2號(hào)壓力表讀數(shù)，P0為大氣壓力，為氣體的粘度，Q0為單位時(shí)間內(nèi)的流量。
[0030] Ξ、平行節(jié)理方向的氣體滲透性測(cè)試。
[0031] 3.1)開(kāi)啟第六控制開(kāi)關(guān)，關(guān)閉第五控制開(kāi)關(guān)，滲透壓力控制在0. ^0.5MPa;
[0032] 3.2)開(kāi)啟第一、第二和第四控制，關(guān)閉第Ξ控制開(kāi)關(guān)，氣體流動(dòng)方向如圖3所示；
[0033] 3.3)通入氣體，測(cè)試時(shí)間大約為5分鐘，記錄下第一和第二壓力表的讀數(shù)；
[0034] 3.4)利用式（1)計(jì)算平行節(jié)理方向的層狀巖體滲透系數(shù)。
[0035] 四、垂直節(jié)理方向的水滲透性測(cè)試
[0036] 本步驟中，關(guān)閉六號(hào)控制開(kāi)關(guān)，開(kāi)啟五號(hào)控制開(kāi)關(guān)，其余步驟與步驟二相同。
[0037] 五、水平節(jié)理方向的水滲透性測(cè)試
[0038] 本步驟中，關(guān)閉六號(hào)控制開(kāi)關(guān)，開(kāi)啟五號(hào)控制開(kāi)關(guān)，其余步驟與步驟Ξ相同。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 層狀巖體橫觀各向同性滲透系數(shù)測(cè)試裝置，其特征在于:包括用于存儲(chǔ)液體的壓力 容器、用于存儲(chǔ)惰性氣體的氣罐和用于放置層狀巖體試樣的密閉測(cè)試容器，所述密閉測(cè)試 容器的一側(cè)設(shè)有進(jìn)口通道，另一側(cè)設(shè)有水平出口，所述密閉測(cè)試容器的上下兩側(cè)設(shè)有垂直 出口，所述垂直出口和所述水平出口均通過(guò)聯(lián)通管道連接至回收容器。2. 如權(quán)利要求1所述的層狀巖體橫觀各向同性滲透系數(shù)測(cè)試裝置，其特征在于:所述進(jìn) 口通道處設(shè)有用于控制密閉測(cè)試容器的總進(jìn)口啟閉的第二控制開(kāi)關(guān)，所述第二控制開(kāi)關(guān)的 上游設(shè)有第一壓力表。3. 如權(quán)利要求1所述的層狀巖體橫觀各向同性滲透系數(shù)測(cè)試裝置，其特征在于:所述垂 直出口處設(shè)有用于控制垂直出口啟閉的第一控制開(kāi)關(guān)。4. 如權(quán)利要求1所述的層狀巖體橫觀各向同性滲透系數(shù)測(cè)試裝置，其特征在于:所述水 平出口處設(shè)有用于控制水平出口啟閉的第三控制開(kāi)關(guān)。5. 如權(quán)利要求1所述的層狀巖體橫觀各向同性滲透系數(shù)測(cè)試裝置，其特征在于:所述回 收容器的入口處設(shè)有用于控制回收容器入口啟閉的第四控制開(kāi)關(guān)，所述第四控制開(kāi)關(guān)的上 游設(shè)有第二壓力表。6. 如權(quán)利要求1所述的層狀巖體橫觀各向同性滲透系數(shù)測(cè)試裝置，其特征在于:所述壓 力容器的出口處設(shè)有用于控制壓力容器出口啟閉的第五控制開(kāi)關(guān)，所述壓力容器上連接有 第三壓力表。7. 如權(quán)利要求1所述的層狀巖體橫觀各向同性滲透系數(shù)測(cè)試裝置，其特征在于:所述氣 罐的出口處設(shè)有用于控制氣罐出口啟閉的第六控制開(kāi)關(guān)，所述氣罐上連接有第四壓力表。
【文檔編號(hào)】G01N15/08GK205483945SQ201620270767
【公開(kāi)日】2016年8月17日
【申請(qǐng)日】2016年3月31日
【發(fā)明人】劉寧, 張春生, 房敦敏, 潘文祥
【申請(qǐng)人】中國(guó)電建集團(tuán)華東勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司