CN112113891A - 嵌套式周向入渗角度可调的破碎岩石渗透仪 - Google Patents
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Abstract
嵌套式周向入渗角度可调的破碎岩石渗透仪,包括底板(1)、渗透缸体(2)和活塞(3),渗透缸体(2)固定在底板(1)上,活塞(3)位于渗透缸体(2)内。底板(1)下部具有进水口(101),底板(1)内部是具有一定倾角的圆锥面,圆锥面底部与进水口(101)相通;渗透缸(2)包括外层缸筒(201)和内嵌缸筒(202),内嵌缸筒(202)的筒壁上沿周向开有通孔,内嵌缸筒(202)底部的通孔和筒壁上的周向通孔内均布置有流量传感器和压力传感器。本发明的嵌套式周向入渗角度可调的破碎岩石渗透仪能够完全模拟现实工程中破碎岩体在富水状态下受渗透水压力作用的情况,尤其是模拟水流渗入方向,可测定渗流速度和渗透压力,并掌握其空间分布状态。
Description
技术领域
本发明涉及渗透仪,具体涉及一种嵌套式周向入渗角度可调的破碎岩石渗透仪。
背景技术
目前采矿工程、隧道工程等含破碎地质构造的工程领域中,陷落柱突水、断层突水等安全问题时常出现。陷落柱突水和断层破碎带突水等问题都可以认为是破碎岩体渗流失稳所引发的灾害,故而破碎岩石的渗透性试验就成为研究陷落柱突水和断层破碎带突水等问题的基础。
渗透仪是破碎岩石渗透试验系统的核心装置,现有的破碎岩石渗透仪往往存在以下几个方面的不足:(1)将进水口设置在上方或下方,忽视了周向水流渗入的情况,不能够完全模拟实际工程中破碎岩体的渗流状态。(2)无法测定渗透仪内破碎岩石试样所受的渗透压力。
发明内容
本发明的目的是提供一种含嵌套缸筒的可实现沿圆周方向入渗的且入渗角度可调的破碎岩石渗透仪。通过对进水方式进行改进,使其能够完全模拟现实工程中破碎岩体在富水状态下受渗透水压力作用的情况如渗透压力大小、水流渗透方向等,分析其渗透行为,测试其渗透性能,进而用于研究陷落柱和断层等破碎带突水等问题。
为实现上述发明目的,本发明的技术方案具体如下:
嵌套式周向入渗角度可调的破碎岩石渗透仪,包括底板1、渗透缸体2和活塞3,渗透缸体2固定在底板1上,活塞3位于渗透缸体2内。
底板1下部具有进水口101,底板1内部是具有一定倾角的圆锥面,圆锥面底部与进水口101相通;
渗透缸2包括外层缸筒201和内嵌缸筒202,内嵌缸筒202固定于外层缸筒201内,外层缸筒201为无底的空心筒状;
内嵌缸筒202是上端开口的圆筒,内嵌缸筒202底部具有通孔;内嵌缸筒202的筒壁上沿周向开有通孔,内嵌缸筒202底部的通孔和筒壁上的周向通孔内均布置有流量传感器和压力传感器;
活塞3内部具有多个出水孔302,活塞3的外径小于内嵌缸筒202的内径,活塞3底部具有透水孔301。
作为优选的技术方案,所述底板1上端上具有第一环状凸缘,第一环状凸缘上具有第一螺栓孔102;所述外层缸筒201上、下端各有一圈第二环状凸缘,第二环状凸缘上具有第二螺栓孔204,下端环状凸缘上的第二螺栓孔204与第一螺栓孔102相对应;所述内层缸体202的上端具有第三环状凸缘,第三环状凸缘上具有第三螺栓孔206,第三螺栓孔206与外层缸筒201上端环状凸缘上的第二螺栓孔204相对应。
作为优选的技术方案,所述的底板1上端面上具有两圈环形的第一密封槽103;所述外层缸筒201上、下端面各有两圈第二密封槽203,下端面上的两圈第二密封槽203与两圈第一密封槽103组成两圈第一环状密封腔,第一环状密封腔内放置有密封圈;所述第三环状凸缘的下表面上具有两圈第三密封槽205,第三密封槽205与所述外层缸筒201上端面上的两圈第二密封槽203组成两圈第二环状密封腔,第二环状密封腔内放置有密封圈。
作为优选的技术方案,所述内嵌缸筒202的外表面和内表面还覆盖有滤网。
作为优选的技术方案,所述外层缸筒201的内径大于内嵌缸筒202的外径2cm以上。
与现有技术相比,本发明的有益效果:
本发明的嵌套式周向入渗角度可调的破碎岩石渗透仪能够完全模拟现实工程中破碎岩体在富水状态下受渗透水压力作用的情况,尤其是模拟水流渗入方向;可防止小颗粒流出后夹在透水板和活塞之间;可测定渗流速度和渗透压力,并掌握其空间分布状态;该渗透仪还可接入考虑颗粒流失的破碎岩石渗透试验系统,进行相应的考虑颗粒流失的破碎岩石渗透试验。
附图说明
图1是本发明的嵌套式周向入渗角度可调的破碎岩石渗透仪的结构示意图;
图2是底板的结构示意图;
图3是渗透缸体的结构示意图;
图4是活塞的结构示意图。
以上图1-4中,1底板;101进水口;102第一螺栓孔;103第一密封槽;2渗透缸体;201外层缸筒;202内嵌缸筒;203第二密封槽;204第二螺栓孔;205第三密封槽;206第三螺栓孔;3活塞;301透水孔;302出水孔。
具体实施方式:
下面对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。显然,所描述的实施例仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
实施例1:
如图1所示,一种嵌套式周向入渗角度可调的破碎岩石渗透仪,主要包括底板1、渗透缸体2、活塞3。
如图2所示,底板1下部具有进水口101,底板1内部是具有一定倾角的圆锥面,圆锥面底部与进水口101相通,这样可使得水流流入后不会因流动方向受阻而影响流动形态。底板1上端上具有第一环状凸缘,第一环状凸缘上具有第一螺栓孔102,底板1上端面上具有两圈环形的第一密封槽103。
如图3所示,渗透缸2为双层嵌套式缸体,包括外层缸筒201和内嵌缸筒202。外层缸筒201为无底的空心筒状,外层缸筒201上、下端各有一圈第二环状凸缘,第二环状凸缘上具有第二螺栓孔204,下端环状凸缘上的第二螺栓孔204与第一螺栓孔102相对应。外层缸筒201上、下端面各有两圈第二密封槽203,下端面上的两圈第二密封槽203与两圈第一密封槽103组成两圈第一环状密封腔,第一环状密封腔内放置有O型密封圈。
内嵌缸筒202是上端开口的圆筒,内嵌缸筒202底部具有通孔,通孔可实现水流的轴向入渗。内嵌缸筒202的筒壁上沿周向开有通孔,可按照工程实际需求将圆形通孔设置成不同渗入角度以模拟实际工程中不同水流渗入方向。内嵌缸筒202底部的通孔和筒壁上的周向通孔内均布置有流量传感器和压力传感器。
内层缸体202的上端具有第三环状凸缘,第三环状凸缘上具有第三螺栓孔206,第三环状凸缘的下表面上具有两圈第三密封槽205。第三螺栓孔206与外层缸筒201上端环状凸缘上的第二螺栓孔204相对应,第三密封槽205与外层缸筒201上端面上的两圈第二密封槽203组成两圈第二环状密封腔,第二环状密封腔内放置有O型密封圈。
内嵌缸筒202外表面和内表面覆盖有滤网以防止岩石颗粒通过内层缸筒202上的孔洞流出。
外层缸筒201的内径大于内嵌缸筒202外径,内外缸筒之间的空隙宽度大于2cm,空隙可作为水流通道,还可以用于布置流量传感器和压力传感器的线路。
如图4所示,活塞3内部具有多个上下镂空的出水孔302,出水孔302可以减轻活塞3的自重,同时还可以用于进行考虑颗粒流失因素的破碎岩石渗透试验。活塞3的外径略小于内嵌缸筒202的内径,以便于活塞3的移动。活塞3底部具有透水孔301,透水孔301用于过水和传感器走线。
使用式,将制备好的破碎岩石试样放置在布置好滤网的内嵌缸筒202内,并摇匀,将对应的螺栓孔上螺接上螺栓,再将活塞3放置在破碎岩石试样上面。开始试验后,实时记录流量传感器和压力传感器数据。
一般而言,破碎岩石渗流过程服从非Darcy流动量方程,由于重力作用远小于水压力作用,一般忽略不计。此外,由于本发明中考虑了周向和轴向的渗透,测定实时流量可计算渗流速度V,测得渗透压力可计算压力梯度再采样时刻ti=iτ可以得出破碎岩体的渗透特性与孔隙度之间存在下列关系
根据试验测出压力梯度和渗流速度时间序列可以利用上述方程计算渗透特性(渗透率、非Darcy流因子等),同时根据渗流速度可以判断水流状态,解释渗流失稳机理。
Claims (5)
1.嵌套式周向入渗角度可调的破碎岩石渗透仪,包括底板(1)、渗透缸体(2)和活塞(3),渗透缸体(2)固定在底板(1)上,活塞(3)位于渗透缸体(2)内,其特征在于:
底板(1)下部具有进水口(101),底板(1)内部是具有一定倾角的圆锥面,圆锥面底部与进水口(101)相通;
渗透缸(2)包括外层缸筒(201)和内嵌缸筒(202),内嵌缸筒(202)固定于外层缸筒(201)内,外层缸筒(201)为无底的空心筒状;
内嵌缸筒(202)是上端开口的圆筒,内嵌缸筒(202)底部具有通孔;内嵌缸筒(202)的筒壁上沿周向开有通孔,内嵌缸筒(202)底部的通孔和筒壁上的周向通孔内均布置有流量传感器和压力传感器;
活塞(3)内部具有多个出水孔(302),活塞(3)的外径小于内嵌缸筒(202)的内径,活塞(3)底部具有透水孔(301)。
2.根据权利要求1所述的嵌套式周向入渗角度可调的破碎岩石渗透仪,其特征在于:
所述底板(1)上端上具有第一环状凸缘,第一环状凸缘上具有第一螺栓孔(102);
所述外层缸筒(201)上、下端各有一圈第二环状凸缘,第二环状凸缘上具有第二螺栓孔(204),下端环状凸缘上的第二螺栓孔(204)与第一螺栓孔(102)相对应;
所述内层缸体(202)的上端具有第三环状凸缘,第三环状凸缘上具有第三螺栓孔(206),第三螺栓孔(206)与外层缸筒(201)上端环状凸缘上的第二螺栓孔204相对应。
3.根据权利要求2所述的嵌套式周向入渗角度可调的破碎岩石渗透仪,其特征在于,所述的底板(1)上端面上具有两圈环形的第一密封槽(103);所述外层缸筒(201)上、下端面各有两圈第二密封槽(203),下端面上的两圈第二密封槽(203)与两圈第一密封槽(103)组成两圈第一环状密封腔,第一环状密封腔内放置有密封圈;
所述第三环状凸缘的下表面上具有两圈第三密封槽(205),第三密封槽(205)与所述外层缸筒(201)上端面上的两圈第二密封槽(203)组成两圈第二环状密封腔,第二环状密封腔内放置有密封圈。
4.根据权利要求1所述的嵌套式周向入渗角度可调的破碎岩石渗透仪,其特征在于,所述内嵌缸筒(202)的外表面和内表面还覆盖有滤网。
5.根据权利要求1所述的嵌套式周向入渗角度可调的破碎岩石渗透仪,其特征在于,所述外层缸筒(201)的内径大于内嵌缸筒(202)的外径2cm以上。
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