CN113075107B - 一种不同水压条件下裂隙岩体渗透系数测试装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种不同水压条件下裂隙岩体渗透系数测试装置及方法，测试装置由试验设备、进水设备和计算设备组成；试验设备包括水压箱、基座箱以及两者之间的限位器；水压箱整体呈长方体状，上部设有进水阀，水压箱底板开有上试样槽，且该槽尺寸略微大于岩石试样的尺寸；基座箱顶板上开有下试样槽，与上试样槽相对应；基座箱内部从上至下分别安放有试样支架、量杯以及重力传感器；测试时，通过稳压器来调节水压，以重力传感器来获取渗透水量变化，并通过达西定律来计算渗透系数。本发明成本低廉、结构简单、便于携带、操作方便，并能测试不同水压条件下裂隙岩体的渗透系数。
Description
技术领域
本发明属于岩石渗透性试验技术领域，尤其涉及一种不同水压条件下裂隙岩体渗透系数测试装置及方法。
背景技术
岩石渗透性是岩体力学中的一项重要参数，是指岩石被流体流动通过的能力。在实际工程中，岩石渗流对岩石力学性质有着重要的影响，它会改变岩石的受力情况，引起岩石变形、破裂、软化、泥化或溶蚀，从而危及岩体的稳定性。但是由于流体在岩石中的渗流是一个很复杂的问题，不管是原位的抽水、压水试验，还是常见的岩石渗透系数测试仪，都存在着成本高昂、操作繁琐，且试验结果不够准确等问题。
发明内容
针对岩石渗透性测试技术现存的问题，本发明提供一种不同水压条件下裂隙岩体渗透系数测试装置及方法。
本发明的一种不同水压条件下裂隙岩体渗透系数测试装置，由试验设备、进水设备和计算设备组成。
试验设备包括水压箱、基座箱以及两者之间的限位器。
水压箱整体呈长方体状，上部设有进水阀，水压箱底板开有上试样槽，且该槽尺寸略微大于岩石试样的尺寸；基座箱顶板上开有下试样槽，与上试样槽相对应；基座箱内部从上至下分别安放有试样支架、量杯以及重力传感器。
进水设备为一根进水管连接水源和进水阀，且在进水管上设有稳压器。
计算设备采用计算机，并安装与重力传感器配套的软件；计算机通过连接线穿过基座箱侧面的接线孔连接重力传感器。
进一步的，限位器由水压箱箱底的四个限位插销，以及与其对应的基座箱上的限位插孔组成。
进一步的，水压箱的进水阀两侧装有一对拉环。
进一步的，基座箱前板设为推拉门，并在两侧装有一对门把手。
本发明的一种不同水压条件下裂隙岩体渗透系数测试方法，使用上述裂隙岩体渗透系数测试装置，具体步骤为：
步骤1：试样制备：
将岩样按照设计尺寸制成四组岩石试样，并使得岩石试样横截面与岩样结构面的夹角分别成0°、30°、60°、90°，从而测得裂隙岩体在不同方向的渗透系数。
步骤2：测试装置组装：
将岩石试样侧面用防水胶布密封后从上试样槽插入水压箱中，再用水凝胶将岩石试样与上试样槽之间的空隙密封；然后，依次安装重力传感器、量杯以及试样支架；之后，将插入岩石试样的水压箱上的限位插销分别对应插入基座箱上的限位插孔中，此时岩石试样恰好安放在试样支架上；最后，将稳压器通过进水管分别与水源和进水阀连接，重力传感器通过连接线与计算机连接。
步骤3：测试计算：
接通电源，调好所需水压力，待计算机上显示岩石试样中渗出水的重量与时间呈一条直线时，便可根据达西定律算出该岩石的渗透系数K。计算公式如下：
其中，k为计算机上显示的试样中渗出水的重量与时间呈直线时的斜率，L为岩石试样的垂直高度，A为岩石试样的横截面积，P为稳压器设置的水压力，ρ为水的密度，g为当地重力加速度，h为稳压器与岩石试样顶部的垂直距离。
本发明的有益技术效果是：
(1)本发明使用重力传感器和计算机对渗透水量进行称量，水量的变化更加敏感，且将试样四周用防水胶布包裹后，过水面积更加精确，试验结果更为精准可信。
(2)本发明可测量不同水压及不同渗流方向裂隙岩体的渗透系数，更符合实际工程情况。
(3)本发明结构简单、操作便利、成本低廉且方便搬运，对操作人员要求不高，可进行原位测试。
附图说明
图1为本发明整体结构示意图。
图2为箱型试验装置示意图。
图3为箱型试验装置结构拆解图。
图中各标号为：1：水源，2：稳压器，3：进水管，4：进水阀，5：拉环，6：水压箱，7：岩石试样，8：限位插销，9：限位插孔，10：试样支架，11：量杯，12：重力传感器，13：基座箱，14：接线孔，15：连接线，16：计算机，17：把手，18：推拉门，19：下试样槽，20：上试样槽。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方法对本发明做进一步详细说明。
本发明的一种不同水压条件下裂隙岩体渗透系数测试装置如图1所示，由试验设备、进水设备和计算设备组成。
试验设备如图2所示包括水压箱6、基座箱13以及两者之间的限位器(限位器起支撑和固定作用)。
如图3所示，水压箱6整体呈长方体状，上部设有进水阀4，水压箱6底板开有上试样槽20，且该槽尺寸略微大于岩石试样7的尺寸；基座箱13顶板上开有下试样槽19，与上试样槽20相对应；基座箱13内部从上至下分别安放有试样支架10、量杯11以及重力传感器12。
进水设备为一根进水管3连接水源1(一般水龙头即可)和进水阀4(保证进水管不会因为水压过大而脱落)，且在进水管3上设有稳压器2，可以调节水压，从而测得不同水压条件下裂隙岩体的渗透系数。
计算设备采用计算机16，并安装与重力传感器12配套的软件；计算机16通过连接线15穿过基座箱13侧面的接线孔14连接重力传感器12。
进一步的，限位器由水压箱6箱底的四个限位插销8，以及与其对应的基座箱13上的限位插孔9组成。
进一步的，水压箱6的进水阀4两侧装有一对拉环5。
进一步的，基座箱13前板设为推拉门18，并在两侧装有一对门把手17。
本发明的一种不同水压条件下裂隙岩体渗透系数测试方法，使用上述裂隙岩体渗透系数测试装置，具体步骤为：
步骤1：试样制备：
将岩样按照设计尺寸制成四组岩石试样7，并使得岩石试样7横截面与岩样结构面的夹角分别成0°、30°、60°、90°，从而测得裂隙岩体在不同方向的渗透系数。
步骤2：测试装置组装：
先取下水压箱6，将岩石试样7侧面用防水胶布密封后从上试样槽20插入水压箱6中，再用水凝胶将岩石试样7与上试样槽20之间的空隙密封；然后，依次安装重力传感器12、量杯11以及试样支架10；之后，将插入岩石试样7的水压箱6上的限位插销8分别对应插入基座箱13上的限位插孔9中，此时岩石试样7恰好安放在试样支架10上；最后，将稳压器2通过进水管3分别与水源1和进水阀4连接，重力传感器12通过连接线15与计算机16连接。
步骤3：测试计算：
接通电源，调好所需水压力，待计算机16上显示岩石试样7中渗出水的重量与时间呈一条直线时，便可根据达西定律算出该岩石的渗透系数K。计算公式如下：
其中，k为计算机16上显示的试样中渗出水的重量与时间呈直线时的斜率，L为岩石试样7的垂直高度，A为岩石试样7的横截面积，P为稳压器2设置的水压力，ρ为水的密度，g为当地重力加速度，h为稳压器2与岩石试样7顶部的垂直距离。
本发明通过稳压器调节水压，可实现不同水压下裂隙岩体的渗透系数测定，同时使用重力传感器和计算机对渗透水量进行称量，水量的变化更加敏感，计算结果更加精确。总的来说，该发明结构简单，成本低廉、操作便易，可用于实际工程中的岩石渗透性测定。
Claims (3)
1.一种不同水压条件下裂隙岩体渗透系数测试方法，其特征在于，使用的裂隙岩体渗透系数测试装置由试验设备、进水设备和计算设备组成；试验设备包括水压箱（6）、基座箱（13）以及两者之间的限位器，限位器由水压箱（6）箱底的四个限位插销（8），以及与其对应的基座箱（13）上的限位插孔（9）组成；水压箱（6）整体呈长方体状，上部设有进水阀（4），水压箱（6）底板开有上试样槽（20）；基座箱（13）顶板上开有下试样槽（19），与上试样槽（20）相对应；基座箱（13）内部从上至下分别安放有试样支架（10）、量杯（11）以及重力传感器（12）；进水设备为一根进水管（3）连接水源（1）和进水阀（4），且在进水管（3）上设有稳压器（2）；计算设备采用计算机（16），并安装与重力传感器（12）配套的软件；计算机（16）通过连接线（15）穿过基座箱（13）侧面的接线孔（14）连接重力传感器（12），测试方法具体步骤为：
步骤1：试样制备：
将岩样按照设计尺寸制成四组岩石试样（7），并使得岩石试样（7）横截面与岩样结构面的夹角分别成0°、30°、60°、90°，从而测得裂隙岩体在不同方向的渗透系数；
步骤2：测试装置组装：
将岩石试样（7）侧面用防水胶布密封后从上试样槽（20）插入水压箱（6）中，再用水凝胶将岩石试样（7）与上试样槽（20）之间的空隙密封；然后，依次安装重力传感器（12）、量杯（11）以及试样支架（10）；之后，将插入岩石试样（7）的水压箱（6）上的限位插销（8）分别对应插入基座箱（13）上的限位插孔（9）中，此时岩石试样（7）恰好安放在试样支架（10）上；最后，将稳压器（2）通过进水管（3）分别与水源（1）和进水阀（4）连接，重力传感器（12）通过连接线（15）与计算机（16）连接；
步骤3：测试计算：
接通电源，调好所需水压力，待计算机（16）上显示岩石试样（7）中渗出水的重量与时间呈一条直线时，便可根据达西定律算出该岩石的渗透系数K；计算公式如下：
其中，k为计算机（16）上显示的试样中渗出水的重量与时间呈直线时的斜率，L为岩石试样（7）的垂直高度，A为岩石试样（7）的横截面积，P为稳压器（2）设置的水压力，
为水的密度，g为当地重力加速度，h为稳压器（2）与岩石试样（7）顶部的垂直距离。
2.根据权利要求1所述的一种不同水压条件下裂隙岩体渗透系数测试方法，其特征在于，所述裂隙岩体渗透系数测试装置的水压箱（6）的进水阀（4）两侧装有一对拉环（5）。
3.根据权利要求1所述的一种不同水压条件下裂隙岩体渗透系数测试方法，其特征在于，所述裂隙岩体渗透系数测试装置的基座箱（13）前板设为推拉门（18），并在两侧装有一对门把手（17）。
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