CN208155798U - 岩体渗透性原位测试装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于岩体破坏范围及渗透性测定技术领域，公开了岩体渗透性原位测试装置，包括测试探头、推进机构、控制机构，测试探头包括橡胶囊、漏水管、转换器、连通管，漏水管两端分别连接在接头一、接头二或接头三上，在两个接头之间的漏水管的外围包绕有一橡胶囊，橡胶囊与漏水管之间形成一定的封堵空腔。转换器内部设置有一锥形转换体，锥形转换体内部及表面分别开有一通水孔、环形水槽，与转换器上的孔一形成漏水通道。该测试装置可以利用封堵高压水源向观测低压水源的转换，实现同一水源下封堵过程和测试过程在各自的压力下工作，减少钻孔内管道为一根，消除钻杆与软管的缠绕问题，提高工作过程的稳定性。

Description

岩体渗透性原位测试装置

技术领域

本实用新型属于岩体破坏范围及渗透性测定技术领域，具体涉及岩体渗透性原位测试装置。

背景技术

岩体渗透性是反应岩体破坏特征的重要参数，岩体渗透性能的改变与其破坏密切相关，探究其渗透性变化可进一步判断岩体的破坏范围，对于进一步研究岩体破坏机制和突水机理具有重要的意义。目前，对岩体破坏范围的探测常用的手段有直流电法、瞬变电磁法、微震检测和压水试验法。由于直流电法和瞬变电磁法，容易受到作业环境的电磁场影响，而微震检测法，信号传播易受到裂隙影响，故以“钻孔双端封堵装置”为代表的钻孔压水试验法所得数据最为精确可靠。目前，钻孔双端封堵装置外部存在封堵操作台和供水操作台两个操作系统，所需人员较多，操作较为麻烦。由于外部的供水和供气的两个操作台相互独立，势必造成对应连接的供水(观测用)和供气(封堵用)两根管道，在随着测试探头在钻孔的推进过程，发生两根管道相互缠绕问题，轻则造成装置封堵或观测过程不稳定，重则容易拉断供气管道，造成设备无法正常工作。如何使封堵和供给操作台合二为一，减少钻孔内管道数量，同时是封堵过程和观测过程在各自压力下工作并保持实时补水过程，现有技术未能同时解决上述问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种岩体渗透性原位测试装置。

本实用新型的技术方案：

一种岩体渗透性原位测试装置，包括测试探头、推进机构和控制机构；

所述的测试探头包括橡胶囊5、漏水管3、转换器6和连通管28，漏水管3 两端分别连接在接头一2、接头二4或接头三7上，在两个接头之间的漏水管3 的外围包绕有橡胶囊5，橡胶囊5与漏水管3之间形成封堵空腔30；转换器6 内部设置有锥形转换体10，锥形转换体10内部及表面分别开有通水孔23、环形水槽22，与转换器6上的孔一20形成漏水通道；

所述的推进机构包括钻机14和空心杆12，空心杆12通过接头三7与测试探头螺纹连接；

所述的控制机构包括放水开关15、总控开关18、流量表16、压力表一17 和压力表二19，用于向测试探头内注水，控制外给水源压力，显示并记录各个参数；

所述的接头一2的数量为一个，为圆柱状，在其两端内部分别开有螺纹空腔，分别与漏水管3和引导头1螺纹连接；

所述的引导头1呈锥形，用于为测试探头推进过程中导向；

所述的橡胶囊5的数量有两个，前部的橡胶囊5通过紧固圈24固定在接头一2和接头二4的外端，尾部的橡胶囊5固定在两个接头三7的外部；

所述的漏水管3数量为两个，其两端分别与接头一2、接头二4或接头三7 螺纹连接，漏水管3上开有两个孔三25，外部高压水源通过孔三25进入橡胶囊 5和漏水管3之间的封堵空腔30内部，起胀橡胶囊5与钻孔31形成一个注水空腔29；

所述的转换器6与接头二4左端螺纹连接，其整体呈圆柱状，外壁开有一个孔一20，中间部位开有中心通孔32，中心通孔32的右端大于左端；

所述的转换器6侧面壁以中心通孔32为中心分布有四个周边通孔33，周边通孔33与中心通孔32的右端和孔一20相联通；

所述的转换器6的周边通孔33内安装锥形转换体10、复位弹簧9和调节螺丝8；复位弹簧9位于锥形转换体10和调节螺丝8之间，调节螺丝8与周边通孔33内壁呈螺纹连接，通过旋转调节螺丝8的位置，以控制复位弹簧9的张紧力度，进而控制锥形转换体10的开启压力；

所述的锥形转换体10左右两端均为圆柱状，且左端较右端粗，左右两端的过渡处为密封锥面26，密封锥面26为30°，恰与周边通孔33的密封锥面26相契合形成密封作用，阻止右端封堵高压水源从锥形转换体10侧表面流过；

所述的调节螺丝8中间开有六边形孔二21，孔二21作用有两个，一方面可以利用外部工具通过该孔二21旋转调节螺丝8，另一方面，使注水空腔29内的观测低压水源通过孔二21反作用于锥形转换体10左端面；

所述的锥形转换体10中的环形水槽22与通水孔23相连通，使右端封堵高压水源经过通水孔23、环形水槽22，推动锥形转换体10向左端移动，经孔一 20流入注水空腔29内；

所述的连通管28为一根圆柱形外端密封中空管，在连通管28左右两端分别与接头三7、转换器6呈螺纹连接；

所述的接头三7外壁设置有圆形挡板11，二者呈螺纹连接，圆形挡板11直径大于橡胶囊5直径，一方面减少在推进过程中钻孔31与橡胶囊5的摩擦，保护橡胶囊5，另一方面，起到定位作用，防止橡胶囊5滑落；

当锥形转换体10满足P_左S_左+kx≤P_右S_右时，锥形转换体10向左移动，环形水槽22与孔一20连通，对钻孔31内的注水空腔29进行注水观测；当锥形转换体10满足P_左S_左+kx≥P_右S_右时，则锥形转换体10向右移动，环形水槽22被周边通孔33内壁封闭，停止向注水空腔29供水；若P_右过大，为防止P_右极端水压对注水空腔29部分的钻孔31内壁造成破坏，则锥形转换体10向左移动，至环形水槽22移动至孔一20的左端，与周边通孔33内壁形成封闭作用；P_左为注水空腔观测水源压力，一般为0.5MPa，P_右为外部供给水源压力，一般为 1.5MPa，S_左为锥形转换体左端面过水面积，S_右为锥形转换体右端面过水面积， k为复位弹簧中弹性系数，x为压缩量，取环形水槽到孔一的距离；

所述的控制机构包括放水开关15、流量表16、压力表一17、总控开关18 和压力表二19；放水开关15用以测试探头观测完毕后，排放出封堵空腔30中的水，使橡胶囊5与钻孔31脱离接触，便于推进；流量表16用以检测外部给水流量，压力表一17为机械表，用以检测外部给水压力，压力表二19为电子表，其检测水压数值与压力表一所测数值相互检测校正；总控开关18负责控制外部给水的供停；

所述的空心杆12可制式螺纹接长测试探头，通过钻机14推进空心杆12至钻孔31指定探测区域。

本实用新型的有益效果：

(1)本实用新型提出了岩体渗透性原位测试装置，与现有技术相比，该装置实现了测试探头的的封堵测试一体化，减少了钻孔内同时工作的管道数量，解决了推进过程中钻孔内多管道相互缠绕问题，提高了岩体破坏范围测量过程的稳定性。

(2)该装置实现了一体化过程中封堵水源向观测水源压力转换，解决了观测过程中封堵水源与观测水源在各自压力下工作问题，避免了观测水源压力过高对钻孔裂隙的破坏作用，提高了岩体破坏范围测量过程的精确性。

(3)转换器中锥形转换体内置配合复位弹簧和密封锥面设计，不仅便于锥形转换体易于及时复位，提高了转换器工作过程的稳定性，而且解决了封堵水源向观测水源转换的密封性，保证了开启压力。

(4)转换器中带六边形通孔的调节螺丝的设计，不仅便于旋转调节螺丝压缩复位弹簧，控制锥形转换体具有不同的开启和转换压力，调节范围广泛，适应不同的工作需求，而且可以使注水空腔中的低压水通过调节螺丝中的通孔反馈作用于锥形转换体侧面，使调压更为灵敏和平衡。

(5)锥形转换体中环形水槽的设计，可以解决锥形转换体中通水孔与转换器出水口不对应问题，保证无论锥形转换体如何转动，其通水孔中的水都可以通过环形水槽流向转换器出口。

附图说明

图1为本实用新型岩体渗透性原位测试装置的整体结构及观测状态示意图；

图2为本实用新型岩体渗透性原位测试装置的卸压推进状态示意图；

图3为本实用新型岩体渗透性原位测试装置中测试探头的结构示意图；

图4为本实用新型岩体渗透性原位测试装置中封堵结构示意图；

图5(a)为本实用新型岩体渗透性原位测试装置中转换器结构主视图；

图5(b)为本实用新型岩体渗透性原位测试装置中转换器结构侧视图；

图6(a)为本实用新型岩体渗透性原位测试装置中转换器静止状态示意图；

图6(b)为本实用新型岩体渗透性原位测试装置中转换器工作状态示意图；

图7(a)为本实用新型岩体渗透性原位测试装置中锥形转换体结构主视图；

图7(b)为本实用新型岩体渗透性原位测试装置中锥形转换体结构后视图；

图7(c)为本实用新型岩体渗透性原位测试装置中锥形转换体结构侧视图；

图8(a)为本实用新型岩体渗透性原位测试装置中调节螺丝结构主视图；

图8(b)为本实用新型岩体渗透性原位测试装置中调节螺丝结构侧视图；

图中：1引导头；2接头一；3漏水管；4接头二；5橡胶囊；6转换器；7 接头三；8调节螺丝；9复位弹簧；10锥形转换体；11圆形挡板；12空心杆；13高压软管；14钻机；15放水开关；16流量表；17压力表一；18总控开关； 19压力表二；20孔一；21孔二；22环形水槽；23通水孔；24紧固圈；25孔三； 26密封锥面；27待测岩体；28连通管；29注水空腔；30封堵空腔；31钻孔；32中心通孔；33周边通孔。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本实用新型做进一步详细说明。

一种岩体渗透性原位测试装置，其主要包括测试探头、推进机构、控制机构；

如图1-3所示，所述测试探头包括橡胶囊5、漏水管3、转换器6、连通管 28，所述漏水管3两端分别连接在接头一2、接头二4或接头三7上，在两个接头之间的漏水管3的外围包绕有一橡胶囊5，橡胶囊5与漏水3管之间形成一定的封堵空腔30。所述转换器6内部设置有一锥形转换体10，锥形转换体10内部及表面分别开有一通水孔23、环形水槽22，与转换器6上的孔一20形成漏水通道。

所述推进机构主要包括钻机14和空心杆12，所述空心杆12可制式螺纹接长测试探头，通过所述钻机14推进空心杆12至钻孔31指定探测区域。

所述控制机构包括放水开关15、流量表16、压力表一17、总控开关18和压力表二19。所述放水开关15用以测试探头观测完毕后，排放出封堵空腔30 中的水，使橡胶囊5与钻孔31脱离接触，便于推进。所述流量表16用以检测外部给水流量，所述压力表一17为机械表，用以检测外部给水压力，所述压力表二19为电子表，其检测水压数值与所述压力表一所测数值相互检测校正。所述总控开关18负责控制外部给水的供停。

所述接头一2数量为一个，为圆柱状，在其两端内部分别开有一螺纹空腔，分别与漏水管3和引导头1螺纹连接。

所述引导头1呈锥形，用于为测试探头推进过程中导向。

如图1和图4所示，所述橡胶囊5数量有两个，前部的橡胶囊5通过紧固圈24固定在接头一2和接头二4的外端，尾部的橡胶囊5固定在两个接头三7 的外部。

所述漏水管3数量为两个，其两端分别于所述的接头一2、接头二4或接头三7螺纹连接，所述漏水管3上开有两个孔三25，外部高压水源通过孔三25进入橡胶囊5和漏水管3之间的封堵空腔30内部，起胀橡胶囊5与钻孔31形成一个注水空腔29。

所述连通管28为一根圆柱形外端密封中空管，在连通管28左右两端分别与接头三7、转换器6呈螺纹连接。

所述接头三7外壁设置有圆形挡板11，二者呈螺纹连接，所述圆形挡板11 直径大于橡胶囊5直径，一方面可减少在推进过程中钻孔31与橡胶囊5的摩擦，保护橡胶囊5，另一方面，可起到定位作用，防止橡胶囊5滑落。

如图5所示，所述转换器6与接头二4左端螺纹连接，其整体呈圆柱状，外壁开有一个孔一20，中间部位开有中心通孔32，右端中心通孔32大于左端中心通孔32。

所述转换器6侧面壁以中心通孔32为中心分布有四个周边通孔33，所述周边通孔33与所述右端中心通孔32和孔一20相联通。

所述转换器6的周边通孔33内安装锥形转换体10、复位弹簧9和调节螺丝 8。所述复位弹簧9位于锥形转换体10和调节螺丝8之间，所述调节螺丝8与周边通孔33内壁呈螺纹连接，通过旋转调节螺丝8的位置，以控制弹簧9的张紧力度，进而控制锥形转换体10的开启压力。

如图7所示，所述锥形转换体10左右两端均为圆柱状，且左端较右端粗，连接左右两端的为一密封锥面26，所述锥形转换体10密封锥面26为30°，恰与周边通孔33的密封锥面26相契合形成密封作用，阻止右端封堵高压水源从锥形转换体10侧表面流过。

如图8所示，所述调节螺丝8中间开有六边形通孔二21，所述通孔二21作用有两个，一方面可以利用外部工具通过该孔二21旋转调节螺丝8，另一方面，可以使注水空腔29内的观测低压水源通过孔二21反作用于锥形转换体10左端面。

如图6所示，所述锥形转换体10中的环形水槽22与通水孔23相连通，使右端封堵高压水源经过通水孔23、环形水槽22，推动锥形转换体10向左端移动，经孔一20流入注水空腔29内。

当锥形转换体10满足P_左S_左+kx≤P_右S_右时，锥形转换体10向左移动，环形水槽22与孔一20连通，对钻孔31注水空腔29进行注水观测；当锥形转换体 10满足P_左S_左+kx≥P_右S_右时，则锥形转换体10向右移动，环形水槽22被周边通孔33内壁封闭，停止向注水空腔29供水；若P_右过大，为防止P_右极端水压对注水空腔29部分的钻孔31内壁造成破坏，则锥形转换体10向左移动，至环形水槽22移动至孔一20的左端，与周边通孔33内壁形成封闭作用。P_左为注水空腔29观测水源压力，一般为0.5MPa，P_右为外部供给水源压力，一般为1.5MPa， S_左为锥形转换体10左端面过水面积，S_右为锥形转换体10右端面过水面积，k 为复位弹簧9中弹性系数，x为压缩量，取环形水槽22到孔一20的距离。

下面对本实用新型岩体渗透性原位测试装置的观测方法做详细说明，主要步骤包括：

(1)施工钻孔31：按照施工要素，利用钻机14在拟测岩体27区域施工不同方位的钻孔31约3～5个不等，钻孔31直径为89mm，长度为70m左右，并清理钻孔31内的碎屑。

(2)安装设备：安装测试探头各部件，并依次连接推进机构(空心杆12、钻机14)、控制机构等，利用钻机14将测试探头移送至钻孔31的初始位置。

(3)密封检验：关闭放水开关15，打开总控开关18，向测试探头提供检测水压，对橡胶囊5封堵密封性进行检验，若无明显漏水现象，则进行下一步操作，否则返回第二步操作，检查各部件的连接及安装情况，后进行第三步操作，直至合格为止。

(4)进行压水试验：密封检验合格后，进行压水试验，待测试探头到达初始位置，重新打开总控开关18并关闭放水开关15，向测试探头提供高压水源，经连通管28、漏水管3进入封堵空腔30，起胀橡胶囊5，与钻孔31形成注水空腔29，调节外界水源压力逐渐升高至1.5MPa，待压力表一17、压力表二19、示数稳定且大致相等后，记录此时稳定时流量表16的示数P_i及有效探测距离 L_i。

(5)卸压推进：关闭总控开关18，打开放水开关15，释放封堵空腔30压力，待橡胶囊5与钻孔31脱离接触后，关闭放水开关15，取新空心杆12接长测试探头，利用钻机14推进至下一探测区域，重复第四步操作，直至测完钻孔 31全长为止。

(6)计算分析：绘制不同钻孔31内流量分布图，分析钻孔31长度范围内不同位置的裂隙发育特征和渗透特性，进一步结合钻孔31倾角a和漏水量突变零点(即累计连续漏水段长度)Ln(n＝1+2+....+k)计算得到不同空间范围岩体的破坏范围。

本实用新型中未述及的部分采用或借鉴已有技术即可实现。

尽管本文中较多的使用了诸如锥形转换体、转换器等术语，但并不排除使用其它术语的可能性，本领域技术人员在本实用新型的启示下对这些术语所做的简单替换，均应在本实用新型的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种岩体渗透性原位测试装置，其特征在于，所述的岩体渗透性原位测试装置包括测试探头、推进机构和控制机构；

所述的测试探头包括橡胶囊(5)、漏水管(3)、转换器(6)和连通管(28)，漏水管(3)两端分别连接在接头一(2)、接头二(4)或接头三(7)上，在两个接头之间的漏水管(3)的外围包绕有橡胶囊(5)，橡胶囊(5)与漏水管(3)之间形成封堵空腔(30)；转换器(6)内部设置有锥形转换体(10)，锥形转换体(10)内部及表面分别开有通水孔(23)、环形水槽(22)，与转换器(6)上的孔一(20)形成漏水通道；

所述的推进机构包括钻机(14)和空心杆(12)，空心杆(12)通过接头三(7)与测试探头螺纹连接；

所述的控制机构包括放水开关(15)、总控开关(18)、流量表(16)、压力表一(17)和压力表二(19)，用于向测试探头内注水，控制外给水源压力，显示并记录各个参数；

所述的接头一(2)的数量为一个，为圆柱状，在其两端内部分别开有螺纹空腔，分别与漏水管(3)和引导头(1)螺纹连接；

所述的引导头(1)呈锥形，用于为测试探头推进过程中导向；

所述的橡胶囊(5)的数量有两个，前部的橡胶囊(5)通过紧固圈(24)固定在接头一(2)和接头二(4)的外端，尾部的橡胶囊(5)固定在两个接头三(7)的外部；

所述的漏水管(3)数量为两个，其两端分别与接头一(2)、接头二(4)或接头三(7)螺纹连接，漏水管(3)上开有两个孔三(25)，外部高压水源通过孔三(25)进入橡胶囊(5)和漏水管(3)之间的封堵空腔(30)内部，起胀橡胶囊(5)与钻孔(31)形成一个注水空腔(29)；

所述的转换器(6)与接头二(4)左端螺纹连接，其整体呈圆柱状，外壁开有孔一(20)，中间部位开有中心通孔(32)，中心通孔(32)的右端大于左端；

所述的转换器(6)侧面壁以中心通孔(32)为中心分布有四个周边通孔(33)，周边通孔(33)与中心通孔(32)的右端和孔一(20)相联通；

所述的转换器(6)的周边通孔(33)内安装锥形转换体(10)、复位弹簧(9)和调节螺丝(8)；复位弹簧(9)位于锥形转换体(10)和调节螺丝(8)之间，调节螺丝(8)与周边通孔(33)内壁呈螺纹连接，通过旋转调节螺丝(8)的位置，以控制复位弹簧(9)的张紧力度，进而控制锥形转换体(10)的开启压力；

所述的锥形转换体(10)左右两端均为圆柱状，且左端较右端粗，左右两端的过渡处为密封锥面(26)，密封锥面(26)为30°，恰与周边通孔(33)的密封锥面(26)相契合形成密封作用，阻止右端封堵高压水源从锥形转换体(10)侧表面流过；

所述的调节螺丝(8)中间开有六边形孔二(21)，孔二(21)作用有两个，一方面可以利用外部工具通过该孔二(21)旋转调节螺丝(8)，另一方面，使注水空腔(29)内的观测低压水源通过孔二(21)反作用于锥形转换体(10)左端面；

所述的锥形转换体(10)中的环形水槽(22)与通水孔(23)相连通，使右端封堵高压水源经过通水孔(23)、环形水槽(22)，推动锥形转换体(10)向左端移动，经孔一(20)流入注水空腔(29)内；

所述的连通管(28)为一根圆柱形外端密封中空管，在连通管(28)左右两端分别与接头三(7)、转换器(6)呈螺纹连接；

所述的接头三(7)外壁设置有圆形挡板(11)，二者呈螺纹连接，圆形挡板(11)直径大于橡胶囊(5)直径；

当锥形转换体(10)满足P_左S_左+kx≤P_右S_右时，锥形转换体(10)向左移动，环形水槽(22)与孔一(20)连通，对钻孔(31)内的注水空腔(29)进行注水观测；当锥形转换体(10)满足P_左S_左+kx≥P_右S_右时，则锥形转换体(10)向右移动，环形水槽(22)被周边通孔(33)内壁封闭，停止向注水空腔(29)供水；若P_右过大，为防止P_右极端水压对注水空腔(29)部分的钻孔(31)内壁造成破坏，则锥形转换体(10)向左移动，至环形水槽(22)移动至孔一(20)的左端，与周边通孔(33)内壁形成封闭作用；P_左为注水空腔观测水源压力，为0.5MPa，P_右为外部供给水源压力，为1.5MPa，S_左为锥形转换体(10)左端面过水面积，S_右为锥形转换体(10)右端面过水面积，k为复位弹簧(9)中弹性系数，x为压缩量，取环形水槽(22)到孔一(20)的距离；

所述的控制机构包括放水开关(15)、流量表(16)、压力表一(17)、总控开关(18)和压力表二(19)；放水开关(15)用以测试探头观测完毕后，排放出封堵空腔(30)中的水，使橡胶囊(5)与钻孔(31)脱离接触，便于推进；流量表(16)用以检测外部给水流量，压力表一(17)为机械表，用以检测外部给水压力，压力表二(19)为电子表，其检测水压数值与压力表一(17)所测数值相互检测校正；总控开关(18)负责控制外部给水的供停；

所述的空心杆(12)可制式螺纹接长测试探头，通过钻机(14)推进空心杆(12)至钻孔(31)指定探测区域。