[發明專利]結構面導水系數確定方法與試驗裝置

有效

• 申請號: 201310135384.3
• 申請日: 2013-04-17
• 公開（公告）號: CN103196800A
• 公開（公告）日: 2013-07-10
• 發明（設計）人: 李曉昭;付安學;郭亮;章楊松
• 申請（專利權）人: 南京大學
• 主分類號: G01N13/04
• 分類號: G01N13/04
• 代理公司: 南京天翼專利代理有限責任公司 32112
• 代理人: 蔣家華;查俊奎

技術領域

本發明涉及一種結構面導水系數試驗裝置，尤其是一種可用于巖體裂隙（單條、多條、交叉）、節理密集區、斷層破碎帶等眾多形態地質結構面的滲透參數原位測定，同時適宜粘性土、砂性土、礫石及混凝土等領域地質材料的滲透參數測量的結構面導水系數試驗裝置；本發明還涉及一種結構面導水系數確定方法，尤其是一種可用于巖體裂隙（單條、多條、交叉）、節理密集區、斷層破碎帶等眾多形態地質結構面的滲透參數原位測定，同時適宜粘性土、砂性土、礫石及混凝土等領域地質材料的滲透參數測量的地質結構面導水系數確定方法。

背景技術

巖體內地質結構面的存在導致巖體各單元間地質、力學、水文特性的涇渭分明。室內試驗及工程實例均已證明巖體和巖塊的滲透系數存在數量級上的差距，“巖體滲透性主要由其內部結構面的滲透性決定”已成為巖石力學與工程界的公認事實。某種程度上可認為：巖體滲透參數是其內部各類結構面滲透參數在一定評判標準下組合而生。因此各類地質結構面滲透參數的測定在巖體滲透性評價中占據重要的基礎地位。

目前地質結構面滲透參數的原位測試通常有單栓塞和雙栓塞壓水試驗。然而此類試驗僅能獲取鉆孔壓水段所有結構面總體滲透參數，并未針對單一結構面，因此未曾解決單一、交叉結構面的滲流特性定量表征難題；此外，上述試驗對栓塞的密閉性能要求極高，使得整套設備制造工藝復雜、操作流程繁瑣、成本耗資巨大，限制了栓塞試驗的大范圍推廣應用。因此，研制一套旨在定量表征各類單一或交叉地質結構面滲透特性的簡易量測裝置，對區域巖體滲透特性定量評價和水文地質特征研究均有重要工程應用價值。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是：針對現有原位測試試驗僅能獲取鉆孔壓水段所有結構面總體滲透參數，并未針對單一結構面，因此未曾解決單一、交叉結構面的滲流特性定量表征難題，以及現有原位測試試驗對栓塞的密閉性能要求極高，使得整套設備制造工藝復雜、操作流程繁瑣、成本耗資巨大，限制了栓塞試驗的大范圍推廣應用等難題。

本發明采取的技術方案是：

一種結構面導水系數試驗裝置，包括主機系統、供電系統、供水系統和封堵系統；供電系統對主機系統、供水系統與封堵系統供電，供水系統給封堵系統供水，封堵系統伸入到地質結構面內進行測量并將測量的數據傳輸到主機系統；

其中，封堵系統包括傳感器檢測系統和至少四個串聯設置的氣囊單元；所述的氣囊單元包括氣囊壁、密封圈、密封尾翼、剛性環扣、供氣管和供水管；密封圈裝在氣囊壁的外表面，剛性環扣裝在氣囊壁的兩端，密封尾翼裝在氣囊壁的一端；供氣管同時貫穿密封尾翼和剛性環扣并且在與密封尾翼和剛性環扣的貫穿處通過密封緊固件相連；所述傳感器檢測系統與主機系統相連；

主機系統包括箱體；所述箱體上設有壓力調控按鈕和滲透壓力微調旋鈕。

主機系統還包括儲氣罐、空氣壓縮機；儲氣罐與空氣壓縮機均裝在箱體內；所述儲氣罐的底部設有排水口；所述箱體的外表面上設有插槽和端口。

為了實時觀測記錄傳感器數據，本發明還包括設置在箱體外表面上的顯示面板。

供水系統包括電磁流量計和至少一個的水汽交換室；所述水汽交換室通過供氣管與主機系統內的儲氣罐相連，并且水汽交換室通過供水管與電磁流量計的一端相連，電磁流量計的另一端與封堵系統內的供水管相連。

水汽交換室呈中空箱體，其上端面設有進水閥門、供氣閥門和氣壓安全閥門；水汽交換室的底部設有出水閥門和水壓安全閥門；所述供氣閥門通過供氣管與儲氣罐相連，出水閥門通過供水管與電磁流量計的一端相連。

各個氣囊單元之間通過連接桿相連。

傳感器檢測系統包括數據線連接桿、三個壓力傳感器和一個溫度傳感器；所述數據線連接桿貫穿連接桿并且同時貫穿四個氣囊單元，三個壓力傳感器分別位于相鄰的兩個氣囊單元之間的數據線連接桿上，溫度傳感器位于第二氣囊單元與第三氣囊單元之間的數據線連接桿上。

為了引導氣囊單元能準確地沿著鉆孔壁下沉，本發明還包括導向錐，所述導向錐與最末端的氣囊單元相連；為了準確定位鉆孔內結構面而實現特定結構面的針對性測試，特定結構面高水頭作用下張開度演變過程的動態記錄可用于試驗結果驗證，本發明還包括照明裝置和攝像裝置，所述照明裝置和攝像裝置均位于第二氣囊單元與第三氣囊單元之間的數據線連接桿上。

為了能及時的給氣囊內部進行加壓與泄壓，本發明所述的供氣管上設有導氣孔；為了更有利封堵壓水試驗測試段，本發明的氣囊壁為雙弧形環形氣囊壁。

本發明還公開了一種結構面導水系數確定方法：包括如下步驟：