[發(fā)明專利]層狀巖體橫觀各向同性滲透系數(shù)測試裝置及方法

有效

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• 申請日: 2016-03-31
• 公開（公告）號: CN105651678B
• 公開（公告）日: 2018-07-06
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉寧;張春生;房敦敏;潘文祥
• 申請（專利權(quán)）人: 中國電建集團華東勘測設(shè)計研究院有限公司
• 主分類號: G01N15/08
• 分類號: G01N15/08
• 代理公司: 浙江杭州金通專利事務(wù)所有限公司 33100
• 代理人: 劉曉春

本發(fā)明提供一種層狀巖體橫觀各向同性滲透系數(shù)測試裝置，包括壓力容器、氣罐和密閉測試容器，密閉測試容器的兩側(cè)分別設(shè)有進口通道和水平出口，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，進口通道處設(shè)有第二控制開關(guān)，第二控制開關(guān)的上游設(shè)有第一壓力表，垂直出口處設(shè)有第一控制開關(guān)，水平出口處設(shè)有第三控制開關(guān)，回收容器的入口處設(shè)有第四控制開關(guān)，第四控制開關(guān)的上游設(shè)有第二壓力表；本發(fā)明還提供一種層狀巖體橫觀各向同性滲透系數(shù)測試方法，本發(fā)明能夠在同一裝置上進行水平和垂直兩個方向以及水和氣體兩種介質(zhì)的滲透性測試，實現(xiàn)層狀巖體各向同性滲透性的準確測試。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及巖土工程中巖體各向同性滲透系數(shù)的測試技術(shù)。

背景技術(shù)

層狀巖體是指構(gòu)造比較簡單的沉積巖，巖層可以成水平或陡傾狀，節(jié)理之間通常平行或近似平行，巖層可以是固結(jié)的巖石，也可以是沒有固結(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，在我國占到77.3％，層狀巖體分布的廣泛性導致在工程建設(shè)中會遇到大量的層狀巖體穩(wěn)定問題，這些明顯的層狀結(jié)構(gòu)，使層狀巖體的力學特征極為復雜如何判斷這些巖體的穩(wěn)定性，一直是巖石力學界研究的熱點問題之一。

節(jié)理作為巖層劃分的界面，其反映出巖體在沉積過程中的間斷性，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，這些結(jié)構(gòu)面一般由某一巖層內(nèi)的礦物組成，顆粒的粗細、膠結(jié)物的組成基本相同，并且呈現(xiàn)定向排列的特征，這些定向排列的結(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)，這種性質(zhì)也導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。

地下工程開挖以后，由于應力調(diào)整會在圍巖中產(chǎn)生損傷，這些損傷會導致圍巖力學和水力學特性發(fā)生變化，而這些變化能夠被定量測試，例如水和氣體的滲透性。但目前對于層狀巖體滲透系數(shù)的測試裝置仍有沿用針對完整巖體的，無法反映出節(jié)理對于巖體滲透性的影響，也就無法準確、客觀地反映出巖體的損傷程度。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明首先要解決的技術(shù)問題是提供一種層狀巖體橫觀各向同性滲透系數(shù)測試裝置，能夠在同一裝置上進行水平和垂直兩個方向以及水和氣體兩種介質(zhì)的滲透性測試，完善了層狀巖體各向同性特征的評價。

本發(fā)明解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：層狀巖體橫觀各向同性滲透系數(shù)測試裝置，包括用于存儲液體的壓力容器、用于存儲惰性氣體的氣罐和用于放置層狀巖體試樣的密閉測試容器，所述密閉測試容器的一側(cè)設(shè)有進口通道，另一側(cè)設(shè)有水平出口，所述密閉測試容器的上下兩側(cè)設(shè)有垂直出口，所述垂直出口和所述水平出口均通過聯(lián)通管道連接至回收容器，所述進口通道處設(shè)有用于控制密閉測試容器的總進口啟閉的第二控制開關(guān)，所述第二控制開關(guān)的上游設(shè)有第一壓力表，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關(guān)，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關(guān)，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關(guān)，所述第四控制開關(guān)的上游設(shè)有第二壓力表，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關(guān)，所述壓力容器上連接有第三壓力表，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關(guān)，所述氣罐上連接有第四壓力表。

本發(fā)明還提供一種層狀巖體橫觀各向同性滲透系數(shù)測試方法，所述方法應用上述測試裝置并包括以下步驟：

(1)將包含層狀節(jié)理的巖體試樣放入密閉測試容器中，保持節(jié)理方向與流體進口方向垂直；

(2)進行垂直節(jié)理方向的氣體滲透性測試；

(3)進行平行節(jié)理方向的氣體滲透性測試；

(4)進行垂直節(jié)理方向的水滲透性測試；

(5)進行平行節(jié)理方向的水滲透性測試。

(6)根據(jù)步驟(2)-(4)的測試結(jié)果對層狀巖體的滲透系數(shù)進行整體性評估。