CN105823715A - 基于同位素示踪技术的岩体渗流路径观测装置及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了基于同位素示踪技术的岩体渗流路径观测装置及其使用方法，包括设有渗孔的岩体试样，在岩体试样的一端设有进水口，另一端设有出水口，岩体试样从进水口到出水口方向流通有与液体混合的放射性同位素示踪剂，在岩体试样的一侧设有支架，支架上设有升降装置，升降装置上设有用于追踪放射性同位素释放的射线的探测器。本发明更贴近实际应用，所得出的一种基于同位素示踪技术的岩体渗流路径观测装置结构简单，操作方便，可以较准确地描述岩体中地下水的渗流路径。

Description

基于同位素示踪技术的岩体渗流路径观测装置及其使用方法

技术领域

本发明涉及岩体渗流路径观测方法技术领域，特别是基于同位素示踪技术的岩体渗流路径观测装置及其使用方法。

背景技术

隧道及地下工程常处于地面以下岩体中，经常受到一些地质活动的作用，影响设计功能的正常发挥。尤其是地下水的分布和运移规律严重影响了地下工程结构的安全与稳定。但是由于岩体介质的不可透视性，其工程结构难以直接观测，具有极强的隐蔽性。实际工程中，研究岩体中水的渗流路径与流动规律对突水塌方机理与预测有着极为重要的理论价值与作用。

从20世纪30年代开始，随着重氢等同位素和人工放射性的发现，同位素示踪技术开始广泛应用于基础科学和应用科学的各个学科研究。在水环境科学研究领域，同位素示踪技术常被用于地层中污染物的分布、运移和富集规律。然而同位素示踪技术在岩体中地下水的渗流路径观测方法中的应用研究，迄今为止鲜有报道。

发明内容

本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种结构简单，使用方便的基于同位素示踪技术的岩体渗流路径观测装置，研究岩体中水的渗流路径和运移规律，为隧道及地下工程的合理建模提供准确的数据。

为了达成上述目的，本发明采用如下技术方案：

基于同位素示踪技术的岩体渗流路径观测装置，包括设有渗孔的岩体试样，在岩体试样的一端设有进水口，另一端设有出水口，岩体试样从进水口到出水口方向流通有与液体混合的放射性同位素示踪剂，在岩体试样的一侧设有支架，支架上设有升降装置，升降装置上设有用于追踪放射性同位素释放的射线的探测器，同位素示踪剂会不断放出β射线，探测器为核探测器，核探测器可以检测到该射线，经过计算机处理后得出岩体中混合水分布特征，进而可以确定出岩体试样的渗流路径。

进一步地，在岩体试样的出水口处设有透水基座，透水基座的另一侧设有水槽，水槽便于回收水源。

进一步地，所述岩体试样竖直设置，进水口设于上方。

进一步地，所述透水基座通过支撑座支撑，使得水槽正好设于透水基座下方，透水基座可以是透水材料制成的模块，也可以是设有多个透水孔的模块。

进一步地，在岩体试样的上方设有箱体，箱体的底部设有用于向岩体试样供水的开口，箱体的上部设有箱体进水口。

进一步地，所述探测器与计算机连接。

进一步地，所述支架为框体，将试样装置设于框体内，起到整体防护作用，框体为透明的，同时便于对整体情况的观测。

进一步地，所述升降装置为丝杠升降机或者手拉葫芦。

进一步地，在所述开口处设有开关。

此外，水槽与箱体之间设有用于回收水的回收管，或者也可以设置小型的水泵，实现水源的重复利用，同时，也可以设置浊度传感器，当水源清洁度不达标时，由浊度传感器传送信号给控制器，控制器控制水泵始终保持关闭状态。

此外，升降装置处设有速度传感器，当升降装置的速度在设定时间段内速度一直为零，速度传感器将信号发送给报警控制器，报警控制器控制报警装置如蜂鸣器报警，提示装置出现问题，这样可以解放试验人员，不必随时都守在观测装置的一侧，报警控制器为常规的PLC控制器。

所述的岩体渗流路径观测装置的使用方法，具体步骤如下：

1)将放射性同位素示踪剂与液体混合放置于箱体中；

2)打开开关，使得混合液体从岩体试样上方逐步向下流动；

3)升降装置上下动作，带动探测器上下移动进行检测射线，经过计算机处理得出岩体中混合液体中分布特征，进而可以确定出岩体试样的渗流路径。

本发明的工作原理是：核检测器安装在升降装置上可以实现上下自由移动，实现对岩体试样的整体扫描。试验时，选取放射性同位素³H或¹⁸O标记³H₂O或H₂ ¹⁸O作为同位素示踪剂；将同位素示踪剂与普通水按照一定的比例混合均匀，得到混合水试验材料；将混合水试验材料经进水口倒入箱体中，混合水经箱体底部均匀布设的透水孔渗入所取封闭岩体试样，静置一段时间，待混合水在岩体试样渗流并流经透水基座进入下部水槽；打开动力装置，使安装在支架上的升降装置上下移动，核检测器安装在升降装置上并随之移动，从而实现核检测器对岩体试样进行上下扫描，核检测器与计算机相连接，实时传输扫描信息；根据同位素示踪剂³H₂O或H₂ ¹⁸O中³H或¹⁸O元素会不断放出β射线的性质，采用核探测器检测射线，经过计算机处理得出岩体中混合水中分布特征，进而可以确定出岩体试样的渗流路径。

本发明的有益效果是：

1)采用放射性同位素示踪剂与水混合，对岩体试样进行渗透试验，由核检测器进行检索，并经由计算机进行处理，可以实现岩体试验中水的渗流路径观测，解决了隧道及地下工程岩体中地下水的渗流路径难以精确描述的科学难题。与前人研究相比，更贴近实际应用，所得出的一种基于同位素示踪技术的岩体渗流路径观测装置方法结构简单，操作方便，可以较准确地描述岩体中地下水的渗流路径。

2)采用升降装置配合核检测器升降实现对同位素射线的检测，有助于得到分布更为合理的渗流路径特征。

附图说明

图1是本发明结构示意图；

图2是本发明基座俯视图；

其中1.支架；2.箱体进水口；3.箱体；4.岩体试样；5.透水基座；6.水槽；7.升降装置；8.核探测器；9.动力装置；10.计算机。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。

如图1和图2所示，基于同位素示踪技术的岩体渗流路径观测装置，包括岩体试样4，所述岩体试样4竖直设置，在岩体试样4的上端设有进水口，下端设有出水口，岩体试样4从进水口到出水口方向流通有与液体混合的放射性同位素示踪剂，在岩体试样4的一侧设有支架1，支架1上设有升降装置7，升降装置7上设有用于追踪放射性同位素释放的射线的探测器，升降装置7为由动力装置如电机带动的为丝杠升降机；同位素示踪剂会不断放出β射线，探测器为核探测器8，核探测器8可以检测到该射线，经过计算机10处理后得出岩体中混合水分布特征，进而可以确定出岩体试样4的渗流路径。

在岩体试样4的出水口处设有透水基座5，透水基座5的下方设有水槽6，水槽6便于回收水源，在岩体试样的上方设有箱体3，箱体3的底部设有用于向岩体试样供水的开口，箱体3的顶部开有箱体进水口2。

岩体试样4为圆柱形或棱柱形，仅用于试验说明，不做具体限制，凡采用本方法进行岩体渗流路径观测试验均在权利要求之内。

所述选取的同位素示踪剂为³H₂O或H₂ ¹⁸O的其中一种或二者组合，所用液体为普通饮用水，所述选取的同位素示踪剂³H₂O或H₂ ¹⁸O等可以很好的溶于水中，同位素示踪剂与水的配比为体积比，同位素示踪剂：水载体＝1:100～1:500。

所述的岩体渗流路径观测装置的使用方法，包括以下步骤：

1)选取放射性同位素³H或¹⁸O标记³H₂O或H₂ ¹⁸O作为同位素示踪剂；

2)将同位素示踪剂与普通水按照一定的比例混合均匀，得到混合水试验材料；

3)将混合水试验材料经进水口倒入箱体3，混合水经箱体3底部均匀布设的透水孔渗入所取封闭岩体试样4，静置一段时间，待混合水在岩体试样4渗流并流经透水基座5进入下部水槽；

4)打开动力装置9，使安装在支架1上的升降装置7上下移动，核检测器8安装在升降装置7上并随之移动，从而实现核检测器8对岩体试样4进行上下扫描，核检测器8与计算机10相连接，实时传输扫描信息；

5)根据同位素示踪剂³H₂O或H₂ ¹⁸O中³H或¹⁸O元素会不断放出β射线的性质，采用核探测器8检测射线，经过计算机10处理得出岩体试样4中混合水中分布特征，进而可以确定出岩体试样4的渗流路径。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.基于同位素示踪技术的岩体渗流路径观测装置，其特征在于，包括设有渗孔的岩体试样，在岩体试样的一端设有进水口，另一端设有出水口，岩体试样从进水口到出水口方向流通有与液体混合的放射性同位素示踪剂，在岩体试样的一侧设有支架，支架上设有升降装置，升降装置上设有用于追踪放射性同位素释放的射线的探测器。

2.如权利要求1所述的岩体渗流路径观测装置，其特征在于，在岩体试样的出水口处设有透水基座，透水基座的另一侧设有水槽。

3.如权利要求1所述的岩体渗流路径观测装置，其特征在于，所述岩体试样竖直设置，进水口设于上方。

4.如权利要求2所述的岩体渗流路径观测装置，其特征在于，所述透水基座通过支撑座支撑。

5.如权利要求1或2所述的岩体渗流路径观测装置，其特征在于，在岩体试样的上方设有箱体，箱体的底部设有用于向岩体试样供水的开口，在所述开口处设有开关。

6.如权利要求1所述的岩体渗流路径观测装置，其特征在于，所述探测器与计算机连接。

7.如权利要求1所述的岩体渗流路径观测装置，其特征在于，所述支架为框体，将试样装置设于框体内。

8.如权利要求1所述的岩体渗流路径观测装置，其特征在于，所述升降装置为丝杠升降机或者手拉葫芦。

9.如权利要求1所述的岩体渗流路径观测装置，其特征在于，所述同位素示踪剂为³H₂O或H₂ ¹⁸O，同位素示踪剂与液体的比例为：1:100～1:500。

10.如权利要求1-9中任一项所述的岩体渗流路径观测装置的使用方法，其特征在于，具体步骤如下：

1)将放射性同位素示踪剂与液体混合放置于箱体中；

2)打开开关，使得混合液体从岩体试样上方逐步向下流动；

3)升降装置上下动作，带动探测器上下移动进行检测射线，经过计算机处理得出岩体中混合液体中分布特征，进而可以确定出岩体试样的渗流路径。