[發明專利]用于巖體滲流試驗的可持續加壓的滲透裝置

有效

• 申請號: 201410031033.2
• 申請日: 2014-01-21
• 公開（公告）號: CN103760087A
• 公開（公告）日: 2014-04-30
• 發明（設計）人: 王路珍;孔海陵;陳占清;佘斌;蔡中兵;劉根林
• 申請（專利權）人: 鹽城工學院
• 主分類號: G01N15/08
• 分類號: G01N15/08
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種用于巖體滲流試驗的可持續加壓的滲透裝置，包括開放式滲透儀(1)，開放式滲透儀(1)與顆粒回收系統(2)連接；其特征是，所述開放式滲透儀(1)還連接一可持續加壓的加壓系統(3)，所述加壓系統(3)包括一雙向液壓缸(3-1)，雙向液壓缸(3-1)的缸筒下部由供水管路(3-2)連接水泵(3-3)及水箱(3-4)，供水管路(3-1)上設有閥門一(3-5)和閥門二(3-6)，位于閥門一(3-5)和閥門二(3-6)之間的供水管路(3-2)上連接供水支管(3-7)，供水支管(3-7)的出水端連接開放式滲透儀(1)的進水口，供水支管(3-7)上設有閥門三(3-8)、水壓表(3-9)及流量表(3-10)，所述水壓表(3-9)及流量表(3-10)由數據采集器(4)連接計算機(5)；所述雙向液壓缸(3-1)的缸筒上部由供油管路(3-11)連接油泵(3-12)和油箱(3-13)，供油管路(3-11)上設有油路閥門四(3-14)和換向閥(3-15)，位于換向閥(3-15)和油泵(3-12)之間的供油管路(3-11)上連接溢流管路(3-16)，溢流管路(3-16)上設有油壓表(3-18)和溢流閥(3-17)。

2.根據權利要求1所述一種用于巖體滲流試驗的可持續加壓的滲透裝置，其特征是，本發明設有一電控箱，所述閥門一(3-5)、閥門二(3-6)、閥門三(3-8)、閥門四(3-14)、溢流閥(3-17)和換向閥(3-15)均為電動閥門，且分別與電控箱連接；所述電控箱還連接水泵(3-3)和油泵(3-12)，實現對加壓系統(3)的智能控制。

3.根據權利要求1所述一種用于巖體滲流試驗的可持續加壓的滲透裝置，其特征是，本發明的使用方法是：步驟一，向雙向液壓缸(1)內注水：關閉閥門三(3-8)，打開閥門四(3-14)、閥門二(3-6)、閥門一(3-5)，將換向閥(3-15)切換至回油狀態，開啟水泵(3-3)，水沿著閥門一(3-5)、閥門二(3-6)注入雙向液壓缸(3-1)缸筒內，同時雙向液壓缸(3-1)活塞桿隨著注水量的增加而上升，將雙向液壓缸(3-1)上部的油通過供油管路(3-11)送回到油箱(3-13)，根據活塞桿的行程，直至雙向液壓缸(3-1)缸筒內注水量達到需要量，停水泵(3-3)，換向閥(3-15)切換至中位；

步驟二，開啟并調節滲透水壓力：關閉閥門四(3-14)，開啟油泵(3-12)，將換向閥(3-15)切換至送油狀態，通過旋轉溢流閥(3-17)閥門，調節溢流閥(3-17)開啟壓力，并觀察油壓表(3-18)讀數，此時的溢流閥(3-17)開啟壓力實質是油壓P，通過雙向液壓缸(3-1)缸筒內徑d₍₁₎和活塞桿直徑d₍₂₎換算出滲透水壓力p，換算公式為

pP=1-(d2d1)2]]>

溢流閥(3-17)開啟壓力調節好之后，關閉油泵(3-12)；

步驟三，滲流試驗：打開閥門四(3-14)、閥門三(3-8)和閥門一(3-5)，關閉閥門二(3-6)，啟動油泵(3-12)，在穩定的油壓作用下，雙向液壓缸(3-1)的活塞桿向下運動，推動缸筒內的水沿著閥門一(3-5)、閥門三(3-8)進入開放式滲透儀(1)，開始滲流試驗；在此過程中，實時觀察水壓表(3-9)的讀數和數據采集器(4)采集到的滲透水壓力是否符合步驟二的換算公式，用來標定試驗裝置及采集系統的準確性；

步驟四，循環前三步，持續向開放式滲透儀(1)輸送穩定的滲透水壓力；

步驟五，數據采集器(4)將采集到的水流量和水壓傳給計算機(5)，從而計算出巖體的滲透特性。

4.根據權利要求1或3所述一種用于巖體滲流試驗的可持續加壓的滲透裝置，其特征是，利用本發明做巖石滲透試驗時，滲透特性計算方法為：通過數據采集器(4)采集到穩定的滲透水壓力和流量的數據，并將數據傳給計算機(5)，可以計算得到巖石的滲透性參量，具體計算方法如下：(1))通過滲透水壓力和流量分別計算出壓力梯度和滲流速度；(2))根據破碎巖體滲透性參量之間的冪指數關系和Forchheimer關系，建立了每一采樣時刻滲透率的代數方程，并利用Newton切線法求得此代數方程的根；(3))對滲透率、非Darcy流β因子和加速度系數的參考值及冪指數進行優化，優化過程為：①分別對滲透率、非Darcy流β因子和加速度系數進行全區間三節點插值，②利用變步長的四階Runge(-)Kutta法計算動量守恒方程的數值解，③計算滲流速度的數值解和試驗結果之間的誤差是否滿足預定要求，④如不滿足要求，重新調整滲透率、非Darcy流β因子和加速度系數的參考值及冪指數，直到滿足為止。