CN216816396U - 裂隙渗流试验系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种裂隙渗流试验系统，属于岩石力学试验技术领域。包括供水机构、渗流机构和采集机构。供水机构包括恒压水箱。渗流机构包括岩石裂隙试样和试样盒，岩石裂隙试样第一端面和第二端面和连通第一端面与第二端面的裂隙。试样盒包括依次连通的第一缓冲腔、试样腔和第二缓冲腔组成，岩石裂隙试样安装于试样腔中，第一缓冲腔的外壁上具有多个第一接口，恒压水箱的出水口与多个第一接口连通，第二缓冲腔上具有多个第二接口。采集机构包括量筒、第一压力传感器和第二压力传感器。结构简单，能够保证所提供的裂隙渗流试验溶液的流量与压力恒定，提高对裂隙岩体的渗流规律和变化特征的测量精度。

Description

裂隙渗流试验系统

技术领域

本实用新型涉及岩石力学试验技术领域，特别涉及一种裂隙渗流试验系统。

背景技术

地下水、油气、煤层气和地热等资源都只能在裂隙高度发展的岩层中开采，油气地层与煤层的水力压裂更需精准控制岩层裂隙中流体注入量，而放射性核废料的地质封存、CO2地下储存等则需尽量减少岩体中的流体渗透。岩石破裂后形成的裂隙是主要的渗流通道，而获取裂隙流动特征是控制岩石渗流影响的前提，因此岩石裂隙渗流一直是工程研究的热点。岩体中的裂隙是岩体渗流的主要路径，裂隙的渗流特性是研究岩体地下水渗流规律的基础与关键环节。

在相关技术中，对于复杂几何特征的天然裂隙，直接从现场进行试验的难度较大而且干扰因素较多，试验人员通常采用光滑平行板模型或者具有裂隙的岩石样本等裂隙试样对岩石裂隙进行模拟，并通过水泵提供压力，将试验溶液注入到裂隙试样中，通过观测溶液在裂隙试样中的流动情况来对岩体地下水渗流规律进行研究。

在试验室中，在对小尺寸的裂隙试样进行裂隙渗流试验时，采用柱塞泵或者离心泵等常用水泵进行输水存在供应压力、流量过大的情况，对于裂隙渗流试验的适配性低，无法反映裂隙的真实渗流特性，导致对裂隙岩体的渗流规律和变化特征的测试精度低。

实用新型内容

本实用新型实施例提供了一种裂隙渗流试验系统，结构简单，能够保证所提供的裂隙渗流试验溶液的流量与压力恒定，提高对裂隙岩体的渗流规律和变化特征的测量精度。所述技术方案如下：

本实用新型实施例提供了一种裂隙渗流试验系统，包括：

供水机构，包括恒压水箱；

渗流机构，包括岩石裂隙试样和试样盒，所述岩石裂隙试样包括相反的第一端面、第二端面和连通所述第一端面与所述第二端面的裂隙，所述试样盒包括依次连通的第一缓冲腔、试样腔和第二缓冲腔组成，所述岩石裂隙试样安装于所述试样腔中，所述第一缓冲腔的外壁上具有多个第一接口，所述恒压水箱的出水口与所述多个第一接口连通，所述第二缓冲腔上具有多个第二接口；

采集机构，包括量筒、第一压力传感器和第二压力传感器，所述量筒与所述多个第二接口连通，所述第一压力传感器的探头设置在所述裂隙位于所述第一端面上的开口处，所述第二压力传感器的探头设置在所述裂隙位于所述第二端面上的开口处。

可选地，所述试样盒上具有第一压力接口和第二压力接口，所述第一压力接口与所述第一缓冲腔连通，所述第一压力传感器与所述第一压力接口连接；第二压力传感器与所述第二缓冲腔连通，所述第二压力传感器与所述第二压力接口连接。

可选地，所述多个第一接口沿水平方向均匀间隔布置在所述试样盒一端的端面上，所述多个第二接口沿水平方向均匀间隔布置在所述试样盒另一端的端面上。

可选地，所述裂隙渗流试验系统还包括支撑板和立式支架，所述立式支架包括螺杆和支撑螺母，所述支撑板上具有与所述支撑螺母相匹配的安装孔，所述支撑板通过所述安装孔可滑动地安装在所述螺杆上，所述支撑螺母配合安装在所述螺杆上且位于所述支撑板背向所述恒压水箱的一侧，所述支撑螺母在轴向上的一侧端面与所述支撑板相抵接。

可选地，所述立式支架包括多个所述螺杆，每个所述螺杆上均配合安装有所述支撑螺母，所述支撑板上具有与多个所述螺杆一一对应的多个所述安装孔，多个所述安装孔围绕所述恒压水箱均匀间隔布置。

可选地，所述恒压水箱的出水口与所述多个第一接口通过第一出流管道连通，所述量筒与所述多个第二接口通过第二出流管道连通，所述第一出流管道和所述第二出流管道均为软管。

可选地，所述试样盒上具有安装开口，所述安装开口与所述试样腔连通。

可选地，所述岩石裂隙试样通过三维打印技术制成或者通过巴西劈裂法制成。

可选地，所述裂隙的裂隙面的长度尺寸为10cm，所述裂隙的裂隙面的宽度尺寸为10cm。

可选地，所述岩石裂隙试样位于所述第一端面和所述第二端面之间的侧面上覆盖有密封胶层。

本实用新型实施例提供的技术方案带来的有益效果至少包括：

在需要进行裂隙渗流试验时，首先确定该次试验所需要提供的溶液的流动压力和流速，计算在竖直方向上恒压水箱相对于渗流机构的相对高度，将恒压水箱设置在指定高度。之后利用出流管道将恒压水箱的出水口与试样盒上的多个第一接口连通，将量筒与试样盒上的多个第二接口连通。最后在岩石裂隙试样位于第一端面的开口处设置第一压力传感器，在岩石裂隙试样位于第二端面的开口处设置第二压力传感器，完成整个裂隙渗流试验系统的组装。之后通过开启恒压水箱出水口处的阀门，使恒压水箱中的试验溶液在重力作用下由恒压水箱输送到试样盒中。通过将试样盒的内腔设置为相互连通的三段式结构，在溶液通过出流管道注入到试样盒中后，会优先经由多个第一接口进入第一缓冲腔中，在第一缓冲腔中汇集后由再裂隙位于第一端面上的开口均匀流入裂隙中。而在溶液由裂隙位于第二端面上的开口流出后，也会优先进入第二缓冲腔中汇集再通过第二接口均匀流入到量筒中。试验人员可以通过第一压力传感器对即将进入裂隙中的溶液压力进行监测，在溶液经过裂隙位于第二端面上的开口处流出后，试验人员可以通过第二压力传感器对流出的溶液压力进行检测，并通过量筒测量试验溶液的流量，并运用上述监测和收集的数据对岩石裂隙中的水流运动规律进行分析。

通过在试样盒中设置第一缓冲腔和第二缓冲腔对通入和渗出裂隙的溶液进行汇集，使裂隙中渗流的溶液流量与压力更加均匀恒定，提高对裂隙中溶液渗流规律和变化特征的测量精度。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型实施例提供的一种裂隙渗流试验系统的结构示意图；

图2是本实用新型实施例提供的一种供水机构的结构俯视图；

图3是本实用新型实施例提供的一种渗流机构的结构剖视图；

图4是本实用新型实施例提供的一种试样盒的立体结构示意图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型实施方式作进一步地详细描述。

在相关技术中，对于复杂几何特征的天然裂隙，直接从现场进行试验的难度较大而且干扰因素较多，试验人员通常采用光滑平行板模型或者具有裂隙的岩石样本等裂隙试样对岩石裂隙进行模拟，并通过水泵提供压力，将试验溶液注入到裂隙试样中，通过观测溶液在裂隙试样中的流动情况来对岩体地下水渗流规律进行研究。

在试验室中，在对小尺寸的裂隙试样进行裂隙渗流试验时，采用柱塞泵或者离心泵等常用水泵进行输水存在供应压力、流量过大的情况，对于裂隙渗流试验的适配性低，并且安装维护成本高、工作噪音大。而采用注射泵等高精确度的微量泵，也存在能够提供的压力流量范围小的问题，导致裂隙渗流试验的操作要求和试验成本高。

图1是本实用新型实施例提供的一种裂隙渗流试验系统的结构示意图。图2是本实用新型实施例提供的一种供水机构的结构俯视图。图3是本实用新型实施例提供的一种渗流机构的结构剖视图。图4是本实用新型实施例提供的一种试样盒的立体结构示意图。如图1至图4所示，通过实践，本申请人提供了一种裂隙渗流试验系统，主要用于研究小尺寸的岩石裂隙渗流特性，包括供水机构1、渗流机构2和采集机构3。

其中，供水机构1包括恒压水箱11。

渗流机构2包括岩石裂隙试样21和试样盒22，岩石裂隙试样21包括相反的第一端面211和第二端面212和连通第一端面211和第二端面212的裂隙213。试样盒22包括依次连通的第一缓冲腔22a、试样腔22b和第二缓冲腔22c组成，岩石裂隙试样21安装所述试样腔22b中，第一缓冲腔22a的外壁上具有多个第一接口221，恒压水箱11的出水口与多个第一接口221连通，第二缓冲腔22c上具有多个第二接口222。

采集机构3包括量筒31、第一压力传感器32和第二压力传感器33。量筒31与多个第二接口222连通，第一压力传感器32的探头设置在裂隙213位于第一端面211上的开口处，第二压力传感器33的探头设置在裂隙213位于第二端面212上的开口处。

在本实用新型实施例中，在需要进行裂隙渗流试验时，首先确定该次试验所需要提供的溶液的流动压力和流速，计算在竖直方向上恒压水箱11相对于渗流机构2的相对高度，将恒压水箱11设置在指定高度。之后利用出流管道将恒压水箱11的出水口与试样盒22上的多个第一接口221连通，将量筒31与试样盒22上的多个第二接口222连通。最后在岩石裂隙试样21位于第一端面211的开口处设置第一压力传感器32，在岩石裂隙试样21位于第二端面212的开口处设置第二压力传感器33，完成整个裂隙渗流试验系统的组装。之后通过开启恒压水箱11出水口处的阀门，使恒压水箱11中的试验溶液在重力作用下由恒压水箱11输送到试样盒22中。通过将试样盒22的内腔设置为相互连通的三段式结构，在溶液通过出流管道注入到试样盒22中后，会优先经由多个第一接口221进入第一缓冲腔22a中，在第一缓冲腔22a中汇集后由再裂隙213位于第一端面211上的开口均匀流入裂隙213中。而在溶液由裂隙213位于第二端面212上的开口流出后，也会优先进入第二缓冲腔22c中汇集再通过第二接口222均匀流入到量筒31中。试验人员可以通过第一压力传感器32对即将进入裂隙213中的溶液压力进行监测，在溶液经过裂隙213位于第二端面212上的开口处流出后，试验人员可以通过第二压力传感器33对流出的溶液压力进行检测，并通过量筒31测量试验溶液的流量，并运用上述监测和收集的数据对岩石裂隙中的水流运动规律进行分析。

通过在试样盒22中设置第一缓冲腔22a和第二缓冲腔22c对通入和渗出裂隙213的溶液进行汇集，使裂隙213中渗流的溶液流量与压力更加均匀恒定，提高对裂隙213中溶液渗流规律和变化特征的测量精度。

示例性地，在本实用新型实施例中，试样盒22的内腔尺寸可以设置为与岩石裂隙试样21相匹配。在保证裂隙渗流试验正常进行的基础上，实现对对岩石裂隙试样21的固定与密封，防止因溶液注入产生晃动或者渗漏，提高了裂隙渗流试验系统的稳定性和密封性。

需要说明的是，在本实用新型实施例中，除了在恒压水箱11的出水口处设置阀门以对恒压水箱11中的供流进行调节外，还可以在出流管道与渗流机构2的连接处设置阀门，以方便在实验完成后及时关闭，停止向岩石裂隙试样21的裂隙213中供液，避免溶液的浪费。

可选地，岩石裂隙试样21通过三维打印技术制成或者通过巴西劈裂法制成。示例性地，在本实用新型的一种实施例中，岩石裂隙试样21可以采用三维打印技术，以树脂为原料，按照计算机软件中预先构建的裂隙模型进行制造，以尽可能的还原需要研究的裂隙面的尺寸，保证试验精度。在本实用新型的另一种实施例中，也可以采用真实岩样，采用巴西劈裂法在岩样上直接劈裂出裂隙213，制备方式简单。试验人员可以根据试验需求采用不同的方式对岩石裂隙试样21进行制备，本实用新型实施例对此不作限定。

可选地，裂隙213的裂隙面的长度尺寸为10cm，裂隙213的裂隙面的宽度尺寸为10cm。示例性地，在本实用新型实施例中，主要针对小尺寸的裂隙试样的渗流特性进行研究，方便通过三维打印技术制成或者通过巴西劈裂法进行岩石裂隙试样21的制备。

可选地，试样盒22上具有安装开口225，安装开口225与试样腔22b连通。示例性地，在本实用新型实施例中，如图4所示。可以通过在试样盒22的底部设置一个与试样腔22b相连通的安装开口225，在进行利息渗流试验系统的组装时，可以将岩石裂隙试样21通过安装开口225装入试样腔22b内，在将试样盒22设置在实验室的地面或者试验平台上，通过地面和试验平台对岩石裂隙试样21的地面进行支撑。方便试验人员对长时间使用后的岩石裂隙试样21进行拆装维护以及替换，避免渗流机构2整体报废，进一步提高了裂隙渗流试验系统的整体使用寿命。

可选地，试样盒22上具有第一压力接口223和第二压力接口224，第一压力接口223与第一缓冲腔22a连通，第一压力传感器32与第一压力接口223连接；第二压力传感器33与第二缓冲腔22c连通，第二压力传感器33与第二压力接口224连接。示例性地，在本实用新型实施例中，第一压力传感器32的探头可以通过第一压力接口223伸入到第一缓冲腔22a中，实现对即将进入裂隙213中的溶液压力进行监测。而第二压力传感器33的探头可以通过第二压力接口224伸入到第二缓冲腔22c中，实现对流出裂隙213的溶液压力进行检测。结构简单，方便采集机构3的拆装，进一步提高了裂隙渗流试验的试验效率。

可选地，多个第一接口221沿水平方向均匀间隔布置在试样盒22一端的端面上，多个第二接口222沿水平方向均匀间隔布置在试样盒22另一端的端面上。示例性地，在本实用新型实施例中，通过分别在试样盒22的两侧端面上分别沿水平方向均匀间隔布置多个第一接口221和多个第二接口222，可以通过一分多管形式的出流管道进行供水机构1与试样盒22，以及试样盒22与采集机构3进行连接。可以使溶液沿水平方向更加均匀的进出第一缓冲腔22a和第二缓冲腔22c，使裂隙213中渗流的溶液流量与压力更加均匀恒定，进一步提高对裂隙213中溶液渗流规律和变化特征的测量精度。

可选地，裂隙渗流试验系统还可以包括支撑板12和立式支架13，立式支架13包括螺杆131和支撑螺母132，支撑板12上具有与支撑螺母132相匹配的安装孔121，支撑板12通过安装孔121可滑动地安装在螺杆131上，支撑螺母132配合安装在螺杆131上且位于支撑板12背向恒压水箱11的一侧，支撑螺母132在轴向上的一侧端面与支撑板12相抵接。示例性地，在本实用新型实施例中，试验人员可以根据实际试验需求调整支撑板12在立式支架13上的相对位置，以调整恒压水箱11与岩石裂隙试样21的相对高度，通过采用物理方法向裂隙试样中提供不同的恒压恒流速的溶液，无需设置水泵进行输水。结构简单，操作方便，能够有效降低裂隙渗流试验的操作要求和试验成本。而在需要调节支撑板12在立式支架13上的相对位置时，通过拧动支撑螺母132沿螺杆131的轴线方向上升或者下降，即可推动与之抵接的支撑板12上升，或者使支撑板12与支撑螺母132一起同步下降。在完成调节后即可将恒压水箱11安装到支撑板12上，完成供水机构1的调节。结构简单，调节方便，有效提高裂隙渗流试验的试验效率。

可选地，立式支架13包括多个螺杆131，每个螺杆131上均配合安装有支撑螺母132，支撑板12上具有与多个螺杆131一一对应的多个安装孔121，多个安装孔121围绕恒压水箱11均匀间隔布置。示例性地，在本实用新型实施例中，立式支架13包括4个螺杆131，4个螺杆131呈矩形阵列布置，而支撑板12上也对应设置有4个安装孔121，4个安装孔121呈矩形阵列布置在支撑板12的四角端部，与4个螺杆131一一对应。通过设置多个螺杆131与安装孔121的对应配合结构，使支撑板12在对恒压水箱11进行连接支撑时，与立式支架13之间的连接处应力分配更加平均，提高了供水机构1的装配稳定性。

可选地，恒压水箱11的出水口与多个第一接口221通过第一出流管道4连通，量筒31与多个第二接口222通过第二出流管道5连通，第一出流管道4和第二出流管道5均为软管。示例性地，在本实用新型实施例中，通过一分多管形式的第一出流管道4进行供水机构1与试样盒22的连接，以及同样通过一份多管形式的第二出流管道5进行试样盒22与采集机构3进行连接。通过将第一出流管道4和第二出流管道5均设置为软管形式。方便实验人员根据恒压水箱11的高度对第一出流管道4的位置进行分配摆放，同时方便实验人员根据量筒31的大小和尺寸对第二出流管道5的位置进行分配摆放，便于拆装，进一步提高了裂隙渗流试验系统的实用性。

可选地，岩石裂隙试样21位于第一端面211和第二端面212之间的侧面上覆盖有密封胶层。示例性地，在本实用新型实施例中，通过在岩石裂隙试样21位于第一端面211和第二端面212之间的侧面上覆盖上密封胶层，利用密封胶层对岩石裂隙试样21侧表面上可能存在的因进行裂隙213的制备所产生的裂缝进行密封，防止试验溶液外泄，保证试验正常进行，进一步提高了裂隙渗流试验系统的密封性。

除非另作定义，此处使用的技术术语或者科学术语应当为本实用新型所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本实用新型专利申请说明书以及权利要求书中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，“一个”或者“一”等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现在“包括”或者“包含”前面的元件或者物件涵盖出现在“包括”或者“包含”后面列举的元件或者物件及其等同，并不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则所述相对位置关系也可能相应地改变。

以上所述仅为本实用新型的可选实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种裂隙渗流试验系统，其特征在于，包括：

供水机构(1)，包括恒压水箱(11)；

渗流机构(2)，包括岩石裂隙试样(21)和试样盒(22)，所述岩石裂隙试样(21)包括相反的第一端面(211)、第二端面(212)和连通所述第一端面(211)与所述第二端面(212)的裂隙(213)，所述试样盒(22)包括依次连通的第一缓冲腔(22a)、试样腔(22b)和第二缓冲腔(22c)组成，所述岩石裂隙试样(21)安装于所述试样腔(22b)中，所述第一缓冲腔(22a)的外壁上具有多个第一接口(221)，所述恒压水箱(11)的出水口与所述多个第一接口(221)连通，所述第二缓冲腔(22c)上具有多个第二接口(222)；

采集机构(3)，包括量筒(31)、第一压力传感器(32)和第二压力传感器(33)，所述量筒(31)与所述多个第二接口(222)连通，所述第一压力传感器(32)的探头设置在所述裂隙(213)位于所述第一端面(211)上的开口处，所述第二压力传感器(33)的探头设置在所述裂隙(213)位于所述第二端面(212)上的开口处。

2.根据权利要求1所述的裂隙渗流试验系统，其特征在于，所述试样盒(22)上具有第一压力接口(223)和第二压力接口(224)，所述第一压力接口(223)与所述第一缓冲腔(22a)连通，所述第一压力传感器(32)与所述第一压力接口(223)连接；第二压力传感器(33)与所述第二缓冲腔(22c)连通，所述第二压力传感器(33)与所述第二压力接口(224)连接。

3.根据权利要求1所述的裂隙渗流试验系统，其特征在于，所述多个第一接口(221)沿水平方向均匀间隔布置在所述试样盒(22)一端的端面上，所述多个第二接口(222)沿水平方向均匀间隔布置在所述试样盒(22)另一端的端面上。

4.根据权利要求1所述的裂隙渗流试验系统，其特征在于，所述裂隙渗流试验系统还包括支撑板(12)和立式支架(13)，所述立式支架(13)包括螺杆(131)和支撑螺母(132)，所述支撑板(12)上具有与所述支撑螺母(132)相匹配的安装孔(121)，所述支撑板(12)通过所述安装孔(121)可滑动地安装在所述螺杆(131)上，所述支撑螺母(132)配合安装在所述螺杆(131)上且位于所述支撑板(12)背向所述恒压水箱(11)的一侧，所述支撑螺母(132)在轴向上的一侧端面与所述支撑板(12)相抵接。

5.根据权利要求4所述的裂隙渗流试验系统，其特征在于，所述立式支架(13)包括多个所述螺杆(131)，每个所述螺杆(131)上均配合安装有所述支撑螺母(132)，所述支撑板(12)上具有与多个所述螺杆(131)一一对应的多个所述安装孔(121)，多个所述安装孔(121)围绕所述恒压水箱(11)均匀间隔布置。

6.根据权利要求4所述的裂隙渗流试验系统，其特征在于，所述恒压水箱(11)的出水口与所述多个第一接口(221)通过第一出流管道(4)连通，所述量筒(31)与所述多个第二接口(222)通过第二出流管道(5)连通，所述第一出流管道(4)和所述第二出流管道(5)均为软管。

7.根据权利要求1至6任一项所述的裂隙渗流试验系统，其特征在于，所述试样盒(22)上具有安装开口(225)，所述安装开口(225)与所述试样腔(22b)连通。

8.根据权利要求1至6任一项所述的裂隙渗流试验系统，其特征在于，所述岩石裂隙试样(21)通过三维打印技术制成或者通过巴西劈裂法制成。

9.根据权利要求1至6任一项所述的裂隙渗流试验系统，其特征在于，所述裂隙(213)的裂隙面的长度尺寸为10cm，所述裂隙(213)的裂隙面的宽度尺寸为10cm。

10.根据权利要求1至6任一项所述的裂隙渗流试验系统，其特征在于，所述岩石裂隙试样(21)位于所述第一端面(211)和所述第二端面(212)之间的侧面上覆盖有密封胶层。

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