[實用新型]用于裂隙表面粗糙度表征的滲流試驗系統

有效

• 申請號: 201821896703.7
• 申請日: 2018-11-16
• 公開（公告）號: CN209102578U
• 公開（公告）日: 2019-07-12
• 發明（設計）人: 王駿輝;萬志軍;張源;程敬義;熊路長
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學
• 主分類號: G01N15/08
• 分類號: G01N15/08
• 代理公司: 徐州市淮海專利事務所 32205
• 代理人: 李鵬

本實用新型公開了一種用于裂隙表面粗糙度表征的滲流試驗系統，夾持器的套筒中與其同軸設有膠套，且套筒外設有圍壓加載裝置；入口假巖芯和入口堵頭依次從夾持器的入口側塞入膠套中，出口假巖芯和出口堵頭從夾持器的出口側塞入膠套中，入口堵頭的水流通孔連通至恒流恒壓泵；入口假巖芯、出口假巖芯、膠套圍成的空腔中設有單裂隙試樣，出口堵頭向外連接至出水流量計，套筒外部的隙寬測量裝置的探頭垂直于裂隙面穿過套筒和膠套并頂住單裂隙試樣的外壁。本實用新型的探頭緊貼試樣的外表面，充分考慮到了膠套變形帶來的測量影響，消除了測量誤差，能夠精確測得裂隙寬度，將其用于裂隙粗糙度表征的研究中有利于得到裂隙粗糙度對非達西滲流的影響規律。

技術領域

本實用新型涉及一種用于裂隙表面粗糙度表征的滲流試驗系統，屬于滲流研究領域。

背景技術

裂隙巖體中的流體動量傳輸在大量工程現場應用普遍，包括礦山地熱工作、地下隧道、地熱能量提取、油氣開采、污染物封存等，針對工程問題提取出的離散裂隙網絡模型(DFN模型)普遍應用在滲流研究中，其中的單裂隙滲流是研究基礎。單裂隙中水的流動過程滿足N-S方程，對條件進行簡化后得到達西流區域的關系，即通過平滑平板裂隙的流量Q與隙寬b的立方成正比，如下式所示：

上式中，Q為滲流流量，m³/s；w為過流面寬度，m；b為裂隙的機械隙寬，m；μ為流體的動力黏度，Pa·s；為裂隙兩端的壓力梯度，Pa/m。其中A_D值為f(12φ₁)，φ₁為代表粗糙度的一個無量綱數，當裂隙面完全光滑時，φ₁＝1，當裂隙面粗糙時，φ₁＞1。

在水力、隧道、石油開采等一系列實際工程建設的滲流特性分析中，越來越多的試驗資料和監測資料證實了很多偏離達西滲流規律現象的存在，即滲流速度和水力坡降不呈線性關系，目前對于這種非線性出現的主要原因歸結為：①由于裂隙粗糙流線迂曲，當水的流量增大時，由于水流速度和方向的變化，慣性力不可忽略。②紊流過程中形成的渦流導致能量耗散，這種條件下導致的壓力降更大。③粗糙面導致流動的水阻增大。可見，裂隙面的粗糙特性對單裂隙滲流過程有重要影響，國內外用Forchheimer公式來描述非達西流區域的流量Q和壓力降之間的關系，在此基礎上進行無量綱化，如下式所示：

其中B_D/b＝β，β為非達西系數，m^-1，B_D為一個代表裂隙粗糙度的一個無量綱數，更偏向反映流體滲流過程中的壓力非線性損失。

從以上的各公式可以看出，無論流體在達西流階段或非達西流階段，裂隙表面的粗糙特性都對流體狀態的描述有重要影響，而由于裂隙粗糙面形狀復雜，國內外大多用統計學方法或分形幾何方法對其描述，但這些研究結果偏差較大，且在對裂隙表面粗糙度研究過程中，裂隙寬度等數據的測量不夠精確，和真實值存在很大的偏差，不利于后期研究裂隙粗糙度對于非達西滲流的影響規律。

實用新型內容

針對上述現有技術存在的問題，本實用新型的目的是提供一種用于裂隙表面粗糙度表征的滲流試驗系統，能夠精確測得裂隙寬度等數據，將其用于裂隙表面粗糙度表征的研究中能夠有利于表征得到裂隙粗糙度對非達西滲流的影響規律。

為實現上述目的，本實用新型采用的技術方案是：一種用于裂隙表面粗糙度表征的滲流試驗系統，包括夾持器，所述夾持器包括套筒，所述套筒中與其同軸設有膠套，套筒內壁與膠套外壁之間設有圍壓腔，且套筒外設有圍壓加載裝置；一入口假巖芯和一入口堵頭依次從夾持器的入口側塞入膠套中，且夾持器的入口側設有入口端蓋，一出口假巖芯和一出口堵頭依次從夾持器的出口側塞入膠套中，所述入口假巖芯和出口假巖芯沿各自中軸線分別設有水流通道，且入口假巖芯和出口假巖芯彼此相對的側面上各自從中心沿徑向發散設有多個滲流槽；