[發明專利]巖體滲透性原位測試方法

有效

• 申請號: 201810375928.6
• 申請日: 2018-04-20
• 公開（公告）號: CN108732075B
• 公開（公告）日: 2020-05-19
• 發明（設計）人: 宋文成;梁正召;張軒;唐世斌;馬天輝;武娜;錢希坤
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: G01N15/08
• 分類號: G01N15/08
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 溫福雪;侯明遠

1.一種巖體滲透性原位測試方法，其特征在于，所用的巖體滲透性原位測試裝置包括測試探頭、推進機構和控制機構；

所述的測試探頭包括橡膠囊(5)、漏水管(3)、轉換器(6)和連通管(28)，漏水管(3)兩端分別連接在接頭一(2)、接頭二(4)或接頭三(7)上，在兩個接頭之間的漏水管(3)的外圍包繞有橡膠囊(5)，橡膠囊(5)與漏水管(3)之間形成封堵空腔(30)；轉換器(6)內部設置有錐形轉換體(10)，錐形轉換體(10)內部及表面分別開有通水孔(23)、環形水槽(22)，與轉換器(6)上的孔一(20)形成漏水通道；

所述的推進機構包括鉆機(14)和空心桿(12)，空心桿(12)通過接頭三(7)與測試探頭螺紋連接；

所述的控制機構包括放水開關(15)、總控開關(18)、流量表(16)、壓力表一(17)和壓力表二(19)，用于向測試探頭內注水，控制外給水源壓力，顯示并記錄各個參數；

所述的接頭一(2)的數量為一個，為圓柱狀，在其兩端內部分別開有螺紋空腔，分別與漏水管(3)和引導頭(1)螺紋連接；

所述的引導頭(1)呈錐形，用于為測試探頭推進過程中導向；

所述的橡膠囊(5)的數量有兩個，前部的橡膠囊(5)通過緊固圈(24)固定在接頭一(2)和接頭二(4)的外端，尾部的橡膠囊(5)固定在兩個接頭三(7)的外部；

所述的漏水管(3)數量為兩個，其兩端分別于接頭一(2)、接頭二(4)或接頭三(7)螺紋連接，漏水管(3)上開有兩個孔三(25)，外部高壓水源通過孔三(25)進入橡膠囊(5)和漏水管(3)之間的封堵空腔(30)內部，起脹橡膠囊(5)與鉆孔(31)形成一個注水空腔(29)；

所述的轉換器(6)與接頭二(4)左端螺紋連接，其整體呈圓柱狀，外壁開有孔一(20)，中間部位開有中心通孔(32)，中心通孔(32)的右端大于左端；

所述的轉換器(6)側面壁以中心通孔(32)為中心分布有四個周邊通孔(33)，周邊通孔(33)與中心通孔(32)的右端和孔一(20)相聯通；

所述的轉換器(6)的周邊通孔(33)內安裝錐形轉換體(10)、復位彈簧(9)和調節螺絲(8)；復位彈簧(9)位于錐形轉換體(10)和調節螺絲(8)之間，調節螺絲(8)與周邊通孔(33)內壁呈螺紋連接，通過旋轉調節螺絲(8)的位置，以控制復位彈簧(9)的張緊力度，進而控制錐形轉換體(10)的開啟壓力；

所述的錐形轉換體(10)左右兩端均為圓柱狀，且左端較右端粗，左右兩端的過渡處為密封錐面(26)，密封錐面(26)為30°，恰與周邊通孔(33)相契合形成密封作用，阻止右端封堵高壓水源從錐形轉換體(10)側表面流過；

所述的調節螺絲(8)中間開有六邊形孔二(21)，孔二(21)作用有兩個，一方面可以利用外部工具通過該孔二(21)旋轉調節螺絲(8)，另一方面，使注水空腔(29)內的觀測低壓水源通過孔二(21)反作用于錐形轉換體(10)左端面；

所述的錐形轉換體(10)中的環形水槽(22)與通水孔(23)相連通，使右端封堵高壓水源經過通水孔(23)、環形水槽(22)，推動錐形轉換體(10)向左端移動，經孔一(20)流入注水空腔(29)內；

所述的連通管(28)為一根圓柱形外端密封中空管，在連通管(28)左右兩端分別與接頭三(7)、轉換器(6)呈螺紋連接；

所述的接頭三(7)外壁設置有圓形擋板(11)，二者呈螺紋連接，圓形擋板(11)直徑大于橡膠囊(5)直徑；

當錐形轉換體(10)滿足P_左S_左+kx≤P_右S_右時，錐形轉換體(10)向左移動，環形水槽(22)與孔一(20)連通，對鉆孔(31)內的注水空腔(29)進行注水觀測；當錐形轉換體(10)滿足P_左S_左+kx≥P_右S_右時，則錐形轉換體(10)向右移動，環形水槽(22)被周邊通孔(33)內壁封閉，停止向注水空腔(29)供水；若P_右過大，為防止P_右極端水壓對注水空腔(29)部分的鉆孔(31)內壁造成破壞，則錐形轉換體(10)向左移動，至環形水槽(22)移動至孔一(20)的左端，與周邊通孔(33)內壁形成封閉作用；P_左為注水空腔觀測水源壓力，為0.5MPa，P_右為外部供給水源壓力，為1.5MPa，S_左為錐形轉換體(10)左端面過水面積，S_右為錐形轉換體(10)右端面過水面積，k為復位彈簧(9)中彈性系數，x為壓縮量，取環形水槽(22)到孔一(20)的距離；

所述的控制機構包括放水開關(15)、流量表(16)、壓力表一(17)、總控開關(18)和壓力表二(19)；放水開關(15)用以測試探頭觀測完畢后，排放出封堵空腔(30)中的水，使橡膠囊(5)與鉆孔(31)脫離接觸，便于推進；流量表(16)用以檢測外部給水流量，壓力表一(17)為機械表，用以檢測外部給水壓力，壓力表二(19)為電子表，其檢測水壓數值與壓力表一(17)所測數值相互檢測校正；總控開關(18)負責控制外部給水的供停；

所述的推進機構包括鉆機(14)和空心桿(12)，空心桿(12)可制式螺紋接長測試探頭，通過鉆機(14)推進空心桿(12)至鉆孔(31)指定探測區域；

具體步驟如下：

(1)施工鉆孔(31)：按照施工要求，利用鉆機(14)在待測巖體(27)區域施工不同方位的鉆孔3～5個，鉆孔(31)直徑為89mm，長度為70m，并清理鉆孔(31)內的碎屑；

(2)安裝設備：安裝測試探頭各部件，并依次連接推進機構、控制機構，利用鉆機(14)將測試探頭移送至鉆孔(31)的初始位置；

(3)密封檢驗：關閉放水開關(15)，打開總控開關(18)，向測試探頭提供檢測水壓，對橡膠囊(5)封堵密封性進行檢驗，若無明顯漏水現象，則進行下一步操作，否則返回步驟(2)操作，檢查各部件的連接及安裝情況，直至合格為止；

(4)進行壓水試驗：密封檢驗合格后，進行壓水試驗，待測試探頭到達初始位置，重新打開總控開關(18)并關閉放水開關(15)，向測試探頭提供高壓水源，經連通管(28)、漏水管(3)進入封堵空腔(30)，起脹橡膠囊(5)，與鉆孔(31)形成注水空腔(29)，調節外界水源壓力逐漸升高至1.5MPa，待壓力表一(17)、壓力表二(19)示數穩定且大致相等后，記錄此時穩定時流量表的示數P_i及有效探測距離L_i；

(5)卸壓推進：關閉總控開關(18)，打開放水開關(15)，釋放封堵空腔(30)壓力，待橡膠囊(5)與鉆孔(31)脫離接觸后，關閉放水開關(15)，取另一空心桿(12)接長測試探頭，利用鉆機(14)推進至下一探測區域，重復步驟(4)操作，直至測完鉆孔全長為止；

(6)計算分析：繪制不同鉆孔(31)內流量分布圖，分析鉆孔(31)長度范圍內不同位置的裂隙發育特征和滲透特性，進一步結合鉆孔傾角a和漏水量突變零點Ln，其中n＝1+2+....+k，計算得到不同空間范圍巖體的破壞范圍。