CN108593525A - 一种岩石三向渗透率实时测定装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种岩石三向渗透率实时测定装置及方法，该装置包括位移引伸计，电阻传感器，压力加载器，多功能数据采集仪。预先加工岩石试件为正方体，各端面加工平整，避免产生附加的应力和应力集中，且试件加工完成后进行干燥处理，使其表面和孔内无自由水。将所述位移引伸计、电阻传感器同时置于压力加载器内，其中，在安装电阻传感器时需要安装减压弹簧，避免受力过大损毁传感器，并通过导线与所述多功能数据采集仪连接。结合岩石试件的位移、电阻数据变化情况，可分析出渗透率变化情况，为指导地下岩土工程安全施工和高效生产提供技术支持。

Description

一种岩石三向渗透率实时测定装置及方法

技术领域

本发明涉及岩石物性参数的测定，特别是涉及一种用于岩石三向渗透率实时测定装置及方法。

背景技术

随着理论技术水平的提升，煤炭开采、隧道开挖等地下工程得到长足发展。煤岩体的力学参数与物性参数的测定手段也得到了发展，各种实验设备层出不穷，实验条件也得到了极大的改善，进行各种现场和室内实验也比较便利。目前室内研究岩石的渗透率测定的应力环境以单轴或假三轴压缩为主，通过室内实验数据分析地下的渗流规律，而基于不同应力路径下岩石三向渗透率的测定少之又少，一方面是实验设备的限制，另一方面是有效的测定方法手段的缺失。开展不同应力路径下三向渗透率的测定实验，可以很好的反映采煤过程中瓦斯流动规律和地下岩石工程中的渗透情况，为探索地下工程中煤岩体的真实渗流情况提供了重要的理论基础。因此研究岩石三向渗透率实时测定装置及方法对指导地下工程的安全生产有显著作用。

发明内容

为通过室内试验有效地复原岩石真实的应力环境，并测定岩石的三向渗透率，本发明提供了一种岩石三向渗透率实时测定装置及方法，借助真三轴试验机对不同应力路径下的岩石三向渗透率进行实时监测。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种岩石三向渗透率实时测定装置，该装置包括位移引伸计，电阻传感器，压力加载器，多功能数据采集仪。

所述测定方法以室内实验为主，以岩石真三轴试验机为加载装置，从而实现不同应力路径的加载。

所述位移引伸计为实验专用高精度电阻应变片式引伸计，其前端为位移测量探头，标距：30mm，量程：5mm。引伸计主要由刃口、弹簧夹、支臂及弹性体组成。在弹性体上贴有一组电阻应变片并组成全桥。当试验进行时，引伸计刃口随试样的变形而产生相对位移，从而引起弹性体产生变形，导致组成全桥的应变片输出变形信号。用导线连接外部多功能数据采集仪，共同完成位移变形监测。

所述电阻传感器为四探针测量装置中的测量探头，电阻：0.010～50.00kΩ，分辨率0.001～10Ω，电阻率：0.010～20.00kΩ*cm，分辨率0.001～10Ω*cm。安装在所述压力加载器内，与岩石试件充分接触，通过导线与所述多功能数据采集仪连接。

所述应力加载器为岩石试件各参数测量辅助装置，尺寸为100*100*50mm，中间预制相应的位移引伸计、电阻传感器安装空间与导线连接外部通道。

所述多功能数据采集仪由读数显示部分、各参数数据通道USB接口组成。

基于岩石三向渗透率实时测定装置及方法，包括如下步骤：

a、加工岩石试件为正方体，各端面加工平整，避免产生附加的应力和应力集中，且试件加工完成进行干燥处理，使其表面和孔内无自由水。

b、将经过干燥处理的岩石试件置于真三轴试验机加载平台，在试件固定过程中，分别在不同方向加入压力加载器，每块压力加载器面积与试件侧面面积相等。

c、将位移引伸计安装在压力加载器内，并需导线若干，待x、z两个方向引伸计安装完成后，用导线与外部多功能数据采集仪连接。

d、将电阻传感器安装在压力加载器内，在安装空间内安装减压弹簧，避免压坏传感器，并需导线若干，待x、y、z三个方向电阻传感器安装完成后，用导线与外部多功能数据采集仪连接。

e、用三轴试验机进行慢速加载，使试件与压力加载器接触并压紧，进行不同加卸载路径的模拟，实现三向渗透率的测定。

f、根据所述的位移引伸计、所述的电阻传感器及各参数变化情况，进行数据分析处理，进而得到实时的三向渗透率。

本发明的优点与效果是：

本发明所述的不同应力路径，通过真三轴试验机实现。不仅能最大化的实现室内实验的有效性和真实性，并且实现一机多用，在不具备渗流实验设备的情况下，同样可以进行渗透特性的测定。

本发明为室内测定装置与测定方法，可最大程度的反映不同应力路径下岩石物理力学特征变化情况，方法简单可行，实验效果佳，而且避免了大型实验设备所带来的各种误差，实验可操作性强，合理经济。

本发明测定装置结构简单，易操作，可以同时进行三向渗透率监测，且能够真实反映采动应力和试样变形情况，能够为地下岩土工程生产提供较为准确的实验数据。其结构紧凑，成本较低，数据准确，使用范围广，具有广泛的适用性。

附图说明

图1为本发明方法的总结构三维示意图；

图2为本发明方法的二维示意图。

图3为本发明方法的电阻传感器安装示意图。

图中：1、位移引伸计，2、电阻传感器，3、压力加载器，4、多功能数据采集仪，5、导线，6、弹簧,7、岩石试件。

具体实施方式

下面结合附图所示实例对本发明作详细说明。

如图1、图2所示，一种岩石三向渗透率实时测定装置，主要由位移引伸计1、电阻传感器2、压力加载器3、多功能数据采集仪4、导线5和弹簧6。

所述测定方法以室内实验为主，以岩石真三轴试验机为加载装置，从而实现不同应力路径的加载。

所述位移引伸计1为实验专用高精度电阻应变片式引伸计，其前端为位移测量探头，标距：30mm，量程：5mm。引伸计主要由刃口、弹簧夹、支臂及弹性体组成。在弹性体上贴有一组电阻应变片并组成全桥。当试验进行时，引伸计刃口随试样的变形而产生相对位移，引起弹性体也产生变形，组成全桥的应变片即输出变形信号。用导线连接外部多功能数据采集仪4，共同完成位移变形监测。

所述电阻传感器2为四探针测量装置中的测量探头，电阻：0.010～50.00kΩ，分辨率0.001～10Ω，电阻率：0.010～20.00kΩ*cm，分辨率0.001～10Ω*cm。安装在所述压力加载器内，与岩石试件7充分接触，通过导线5与所述多功能数据采集仪4连接。

所述应力加载器3为岩石试件7各参数测量辅助装置，尺寸为100*100*50mm，中间预制相应的位移引伸计1、电阻传感器2安装空间与导线5连接外部通道。

所述多功能数据采集仪4为由读数显示部分、各参数数据通道USB接口组成。

基于岩石三向渗透率实时测定装置及方法，包括如下步骤：

a、加工岩石试件7为正方体，各端面加工平整，避免产生附加的应力和应力集中，且试件加工完成后会经过干燥处理，使其表面和孔内无自由水。

b、将经过干燥处理的岩石试件7置于真三轴试验机加载平台，在试件固定过程中，分别在不同方向加入压力加载器3，每块压力加载器3面积与试件侧面面积相等。

c、将位移引伸计1安装在压力加载器内，并需导线5若干，待x，z两个方向引伸计安装完成后，用导线5与外部多功能数据采集仪4连接。

d、将电阻传感器2安装在压力加载器3内，在安装空间内安装减压弹簧6，避免压坏传感器，并需导线5若干，待x，y，z三个方向电阻传感器2安装完成后，用导线5与外部多功能数据采集仪4连接。

e、用三轴试验机进行慢速加载，使试件与压力加载器3接触并压紧，进行不同应力路径的模拟，实现三向渗透率的测定。

f、根据所述的位移引伸计1、所述的电阻传感器2及各参数变化情况，进行数据分析处理，进而得到实时的三向渗透率。

Claims (6)

1.一种岩石三向渗透率实时测定装置，其特征在于：由位移引伸计1，电阻传感器2，压力加载器3，多功能数据采集仪4、导线5和弹簧6组成，其中位移引伸计1和电阻传感器2安装在压力加载器3内，位移与电阻数据通过导线6传输至外部多功能数据采集仪4，通过真三轴试验机模拟岩石加载的不同应力路径，用电阻率的变化来表征渗透率，并做到岩石三向渗透率的实时测定。

2.根据权利要求1所述的一种岩石三向渗透率实时测定装置，其特征在于：压力加载器3的设计，包括位移引伸计1和电阻传感器2的安装空间及相应的导线5外接预留通道。

3.根据权利要求1所述的一种岩石三向渗透率实时测定装置，其特征在于：在预留空间内安装减压弹簧6，以减小电阻传感器2安装在压力加载器3时产生的接触应力。

4.根据权利要求1所述的一种岩石三向渗透率实时测定装置，其特征在于：用位移引伸计1监测岩石试件7的位移，进而反映孔隙结构的变化，从而体现了渗透率变化的本质特征。

5.根据权利要求1所述的一种岩石三向渗透率实时测定装置，其特征在于：多功能数据采集仪4，由读数显示部分、数据导线接口组成，可实现多个关键参数在一个装置中同时监测。

6.基于岩石三向渗透率实时测定方法，利用权利要求1至5之中所述的岩石三向渗透率实时测定装置，其特征在于：包括如下步骤：

a、加工岩石试件7为正方体，各端面加工平整，避免产生附加的应力和应力集中，且试件加工完成后会经过干燥处理，使其表面和孔内无自由水。

b、将经过干燥处理的岩石试件7置于真三轴试验机加载平台，在试件固定过程中，分别在不同方向加入压力加载器3，每块压力加载器3面积与试件侧面面积相等。

c、将位移引伸计1安装在压力加载器内，并需导线5若干，待x，z两个方向引伸计安装完成后，用导线5与外部多功能数据采集仪4连接。

d、将电阻传感器2安装在压力加载器3内，在安装空间内安装减压弹簧6，避免压坏传感器，并需导线5若干，待x，y，z三个方向电阻传感器2安装完成后，用导线5与外部多功能数据采集仪4连接。

e、用三轴试验机进行慢速加载，使试件与压力加载器3接触并压紧，进行不同加卸载路径的模拟，实现三向渗透率的测定。

f、根据所述的位移引伸计1、所述的电阻传感器2及各参数变化情况，进行数据分析处理，进而得到实时的三向渗透率。