[發明專利]一種測定注漿前后巖石滲透性能的方法

在審

• 申請號: 202010107062.8
• 申請日: 2020-02-21
• 公開（公告）號: CN111157428A
• 公開（公告）日: 2020-05-15
• 發明（設計）人: 陳世壯;梁暉;王如賓
• 申請（專利權）人: 河海大學
• 主分類號: G01N15/08
• 分類號: G01N15/08
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 成立珍

1.一種測定注漿前后巖石滲透性能的裝置，其特征在于，包括圍壓室，圍壓室的底部固設在底座上，底座內設置有軸向加壓進氣管道，軸向加壓進氣管道上連接滲透壓泵，底座頂部的頂板為下透氣壓盤，下透氣壓盤位于圍壓室內；圍壓室的頂部具有開口，開口處固連軸向氣壓室，軸向氣壓室的底板為上透氣壓盤；

待測巖石試樣放置在圍壓室內，待測巖石試樣的頂端抵靠在上透氣壓盤上，待測巖石試樣的底端抵靠在下透氣壓盤上，待測巖石試樣的外側壁被左側環形橡膠套和右側環形橡膠套密封包裹，左側環形橡膠套和右側環形橡膠套上間隔均勻設置有氣管接嘴，氣管接嘴沿待測巖石試樣的軸向設置，左側環形橡膠套的氣管接嘴上連接側向加壓進氣管道，側向加壓進氣管道上連接側向加壓泵，右側環形橡膠套的氣管接嘴上連接側向加壓出氣管道；

軸向氣壓室內設置有氣壓活塞，氣壓活塞的移動方向與待測巖石試樣的軸線平行，位于氣壓活塞上方的軸向氣壓室通過氣管與軸壓泵連接，位于氣壓活塞下方的軸向氣壓室上連接軸向加壓出氣管道；圍壓室通過氣管與圍壓泵連接，所述軸壓泵、圍壓泵、側向加壓泵、滲透壓泵和氣體流量計均通過數據線與電腦控制系統電連接。

2.根據權利要求1所述的一種測定注漿前后巖石滲透性能的裝置，其特征在于，圍壓室內底座與軸向氣壓室之間固連有連接件，連接件上設置有軸向位移傳感器，軸向位移傳感器通過數據線與電腦控制系統電連接。

3.根據權利要求2所述的一種測定注漿前后巖石滲透性能的裝置，其特征在于，待測巖石試樣的外側壁上設置有環形變形計，所述環形變形計通過數據線與電腦控制系統電連接。

4.根據權利要求1所述的一種測定注漿前后巖石滲透性能的裝置，其特征在于，側向加壓進氣管道和側向加壓出氣管道的一端插入氣管接嘴內，通過環形連接紐扣固連。

5.根據權利要求1所述的一種測定注漿前后巖石滲透性能的裝置，其特征在于，軸向加壓進氣管道、側向加壓進氣管道、軸向氣壓室的氣管和圍壓室的氣管上均連接有氣體流量計和閥門。

6.一種測定注漿前后巖石滲透性能的方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟一，將已制作好的待測巖石試樣分別套上左側環形橡膠套和右側環形橡膠套，并將其上的氣管接嘴對齊，再用環形連接紐扣進行連接，后將側向加壓進氣管道和側向加壓出氣管道插入氣管接嘴內，然后將待測巖石試樣放置于圍壓室內，置于上透氣壓盤和下透氣壓盤之間進行固定；

步驟二，軸向滲透率測量；首先關閉側向加壓進氣管道和側向加壓出氣管道上的閥門，開啟圍壓泵和軸壓泵給待測巖石試樣加設圍壓，模擬待測巖石試樣原位高壓狀態；當電腦控制系統上顯示的圍壓數據趨近于設定值時，且上下浮動較為穩定時，繼續對軸向加壓至滲壓設定值，并控制流速；5～6min后開始記錄，記錄t₁時刻軸向加壓進氣管道上氣體流量計的氣體流速值v_j和電腦控制系統上顯示的壓強值P₁，并記錄t₂時刻電腦控制系統上顯示的軸向加壓出氣管道上氣體壓強值P₂；通過ΔQ_j＝v_jA(t₂-t₁)，ΔP_j＝P₂-P₁，Δt_j＝t₂-t₁公式計算得到ΔQ_j和ΔP_j；

通過公式對軸向滲透率進行計算；

其中，K_j為巖石試樣在Δt_j時間內的平均滲透率(m²)；μ為流體粘滯系數，取μ＝1×10^-3Pa·s(水溫20℃)；ΔQ_j為Δt_j時間內滲過巖石試樣的水流體積(m³)；L為水流滲流長度，即實驗中巖石試樣的高度(m)；A為巖石試樣橫截面面積(m²)；ΔP_j為巖石試樣上下兩端滲透壓差(Pa)，Δt_j為記錄點間隔時間；

步驟三，側向滲透率測量；首先通過軸向加壓系統加壓至設定值，使氣壓活塞頂至待測巖石試樣頂部的上透氣壓盤，使得上透氣壓盤和下透氣壓盤都與待測巖石試樣處于剛性受力接觸，然后開啟圍壓泵給待測巖石試樣進行加設圍壓，模擬巖石試樣原位高壓狀態；當電腦控制系統上顯示的圍壓數據趨近于設定值，且上下浮動較為穩定時，打開側向加壓進氣管道和側向加壓出氣管道上的閥門，對待測巖石試樣進行側向加壓，至滲壓設定值，并控制流速；5～6min后開始記錄，記錄t₃時刻軸向加壓進氣管道上氣體流量計的氣體流速值v_i和電腦控制系統上顯示的壓強值P₃，并記錄t₄時刻電腦控制系統上顯示的軸向加壓出氣管道上氣體壓強值P₄，通過ΔQ_i＝v_iA(t₄-t₃)，ΔP_i＝P₄-P₃，Δt_i＝t₄-t₃公式計算得到ΔQ_i和ΔP_i；

通過公式對側向滲透率進行計算；

其中，K_i為巖石試樣在Δt_i時間內的平均滲透率(m²)；μ為流體粘滯系數，取μ＝1×10^-3Pa·s(水溫20℃)；ΔQ_i為Δt_i時間內滲過巖石試樣的水流體積(m³)；L為水流滲流長度，即實驗中巖石試樣的高度(m)；A為巖石試樣橫截面面積(m²)；ΔP_i為巖石試樣上下兩端滲透壓差(Pa)，Δt_i為記錄點間隔時間。