[發(fā)明專利]一種用于模擬孔隙-裂隙雙重介質滲流水力特性的試驗系統(tǒng)

有效

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• 申請日: 2012-10-10
• 公開（公告）號: CN102890147A
• 公開（公告）日: 2013-01-23
• 發(fā)明（設計）人: 李琛亮;沈振中;趙堅;徐力群;郭玉嶸;楊旭東
• 申請（專利權）人: 河海大學
• 主分類號: G01N33/24
• 分類號: G01N33/24
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 王斌

技術領域

本發(fā)明特別涉及一種用于模擬孔隙-裂隙雙重介質滲流水力特性的試驗系統(tǒng)。

背景技術

在實際工程中，特別是我國西南喀斯特地貌地區(qū)，普遍存在形成裂隙的巖體滲透系數(shù)較大，不能簡單的作不透水處理的情況。以往的試驗研究，由于模型材料、制作方法、量測技術等限制，只能分別針對裂隙介質獨立進行試驗研究。這些試驗系統(tǒng)的共同缺陷是將裂隙面做不透水面處理，沒有對形成裂隙的孔隙介質進行合理的模擬，忽略了孔隙介質和裂隙介質之間的水交換。因而，只能模擬基質滲透性較差的裂隙巖體，無法模擬基質滲透性較好，裂隙介質和孔隙介質存在大量水交換的裂隙巖體。

發(fā)明內容

本發(fā)明針對現(xiàn)有裂隙滲流試驗系統(tǒng)的缺陷，開發(fā)制作一種可以模擬孔隙介質滲透性較好的雙重介質滲流水力特性試驗系統(tǒng)，可以適用于孔隙-裂隙雙重介質滲流水力特性試驗研究。

本發(fā)明的技術方案是：一種用于模擬孔隙-裂隙雙重介質滲流水力特性的試驗系統(tǒng)，包括介質實驗模塊、水循環(huán)控制模塊以及數(shù)據(jù)采集模塊，其特征在于：

所述的介質試驗模塊包括箱體以及設置在箱體中部內的孔隙介質，在孔隙介質與箱體內壁之間形成有一間距可調的裂隙介質，在所述箱體內孔隙介質的兩端分別設置有孔隙介質進水水箱和孔隙介質出水水箱，在所述箱體內裂隙介質的兩端分別設置有裂隙介質進水水箱和裂隙介質出水水箱；

所述的水循環(huán)控制模塊包括供水系統(tǒng)和回水系統(tǒng)，所述的供水系統(tǒng)的出水口分別連接所述的孔隙介質進水水箱和裂隙介質進水水箱；所述的回水系統(tǒng)的進水口分別連接所述的孔隙介質出水水箱和裂隙介質出水水箱；

所述的數(shù)據(jù)采集模塊包括溫度傳感器、流量計以及壓力傳感器，在所述的孔隙介質進水水箱、孔隙介質出水水箱、裂隙介質進水水箱以及裂隙介質出水水箱均設置有溫度傳感器；在所述的孔隙介質、裂隙介質、孔隙介質進水水箱、孔隙介質出水水箱、裂隙介質進水水箱以及裂隙介質出水水箱內均設置有所述的壓力傳感器；在所述的孔隙介質出水水箱和裂隙介質出水水箱的出水口分別設置有所述的流量計。

所述的孔隙介質采用石英砂多孔混凝土。

所述的箱體包括試驗臺以及四個有機玻璃板側壁，與裂隙介質相連的有機玻璃板側壁可滑動的設置在試驗臺上。

與裂隙介質相連的有機玻璃板側壁下設置有一底座，在底座上設置有滑槽。

在所述的孔隙介質、裂隙介質、孔隙介質進水水箱、孔隙介質出水水箱、裂隙介質進水水箱以及裂隙介質出水水箱內均設置有測壓管，所述的壓力傳感器設置在測壓管一端。

所述的孔隙介質內的測壓管垂直布置，所述的裂隙介質內的測壓管水平布置。

本發(fā)明試驗系統(tǒng)對孔隙-裂隙雙重介質滲流進行模擬，對水交換及滲流場信息進行全自動實時采集。

1）??介質試驗模塊的制作。根據(jù)研究需要，自行配比石英砂多孔混凝土模擬孔隙介質；石英砂多孔混凝土與有機玻璃板拼合模擬裂隙介質；孔隙介質和裂隙介質有各自獨立的進出水水箱；不透水邊界采用摻入有機硅防水劑的素混凝土模擬；采用硅膠和塑料條加熱粘合對周邊縫進行止水處理。

2）??水循環(huán)控制模塊的制作。試驗用水采用自循環(huán)形式，水流的循環(huán)系統(tǒng)由供水系統(tǒng)、回水系統(tǒng)組成。供水系統(tǒng)包括蓄水池、水泵、供水平水箱及輸水管道；蓄水池采用設置消能堰的硬塑料水槽；水泵采用較大揚程的自吸泵；供水平水箱采用由進水平水倉和回水倉組成的硬塑料水箱；輸水管道采用加鋼絲的塑料螺紋管。回水系統(tǒng)由回水平水箱及輸水管道組成；回水平水箱采用由進水平水倉和回水倉組成的硬塑料水箱；輸水管道采用加鋼絲的塑料螺紋管。

3）??數(shù)據(jù)采集模塊的制作。數(shù)據(jù)采集模塊包括試驗水壓量測系統(tǒng)、進出水流量量測系統(tǒng)、水溫量測系統(tǒng)和數(shù)據(jù)輸出記錄系統(tǒng)組成。水壓量測系統(tǒng)采用自行研制的多相壓力采集傳輸裝置和壓力傳感器采集水壓數(shù)據(jù)；進出水流量量測系統(tǒng)采用流量計采集流量數(shù)據(jù)；水溫量測系統(tǒng)采用溫度傳感器采集水溫數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)輸出記錄系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集儀、24V直流電源、電子計算機以及相應的軟件組成。

本發(fā)明的優(yōu)點

1）本發(fā)明系統(tǒng)將孔隙介質和裂隙介質同時布置在箱體內，并同時測量兩介質內的壓力、流量等數(shù)據(jù)，可以實時的采集水流在兩介質之間的相互滲透性能，改變了傳統(tǒng)裂隙滲流試驗系統(tǒng)忽略孔隙介質滲透性、無法得到雙重介質水交換信息等缺陷，試驗系統(tǒng)與實際情況更加吻合。

2）具有孔隙介質滲透系數(shù)、裂隙寬度和壓力梯度可調節(jié)的特點，可進行不同條件下的雙重介質滲流水力特性試驗。

3）試驗獲得的水壓信息和流量信息可進行全自動實時采集，并整理保存。