一种岩石渗透系数检测装置及方法
【专利摘要】本发明公开了一种岩石渗透系数检测方法，它包括以下步骤，在试件上加载一个与渗透压压力方向相垂直的应力，同时设置其循环加卸载路径，即速率为1～3N/S，每隔5秒采集一个承压板上压力的数据；采集试件上渗透流量数据记录为Q，采集频率为每5秒一次；计算试件的渗透系数。本发明还提供了一种岩石渗透系数检测装置，包括压头和承压板，所述压头和承压板之间设置有试件，所述热塑管远离试件的一端与渗透压加载设备相连接，所述试件的出口端一侧贴合一块用于收集从试件中渗透出来液体的多孔板。因此本发明提供的检测装置可测量岩石材料在加卸载过程中渗透系数随应力的变化过程，操作简单，结果可靠。同时提供的检测方法，检测精度高，响应快，操作简便。
【专利说明】
一种岩石渗透系数检测装置及方法
技术领域
[0001] 本发明属于检验检测技术领域，尤其涉及一种岩石渗透系数检测装置及方法。
【背景技术】
[0002] 岩石的渗透系数是一项非常重要的技术参数，影响岩石渗透系数大小的因素有很 多，测量岩石渗透系数的方法也很多，地下过程的开挖和回填必然伴随着应力场的改变或 卸压或加载，应力场的改变会导致材料裂隙发生变形，改变其渗透性能进而影响渗透系数， 因此研究裂隙岩石在加卸载条件下其渗透系数的变化规律对工程的安全开发，减少灾害具 有重要的现实意义。前人所写的大部分有关测量岩石渗透系数大小的资料基本没有涉及岩 石渗透系数与应力大小的动态变化规律。因此本此种装置可测量岩石材料在加卸载过程中 渗透系数随应力的变化过程，操作简单，结果可靠。
【发明内容】
[0003] 针对现有技术存在的上述问题，本发明公开了一种用于实时测量裂隙循环加卸载 过程中岩石渗透系数的检测装置及方法，用于实验室测量岩石渗透系数。
[0004] 本发明提供了 一种岩石渗透系数检测方法，它包括以下步骤：
[0005] Sl、选取一块岩石作为试件，并将其浸泡在水中直至水饱和，调制AB胶，并将调制 好的AB胶均匀涂抹在试件的外表面上；
[0006] S2、选取一段热塑管，将其一端套在试件上，并使其伸入热塑管内1~2cm，随后将 热塑管上远离试件的一端内插入支撑棍；
[0007] S3、将试件上套有热塑管的部分进行加热，加热的同时转动试件，使得热塑管贴合 在试件上；
[0008] S4、在试件的一个面上贴合一块承压板，在承压板与试件之间填充有步骤Sl中所 调配的AB胶；
[0009] S5、将插入热塑管内的支撑棍拔出，并加载一个渗透压；
[0010] S6、在试件上加载一个与渗透压压力方向相垂直的应力，同时设置其循环加卸载 路径，即速率为1~3N/S，每隔5秒采集一个承压板上压力的数据；
[0011] S7、在所述步骤S6记录承压板上压力数据时，采集试件上渗透流量数据记录为Q， 采集频率为每5秒一次；
[0012] S8、计算试件的渗透系数。
[0013]优选地，所述步骤Sl中调配的AB胶，其中A胶和B胶的质量比为3:2。
[0014]优选地，所述步骤S8采用如下方法计算渗透系数；
[0015] S81、测量试件的断面面积和长度，分别记录为A和L;
[0016] S82、记录渗透压的压力P1;
[0017] S83、通过公：
计算渗透系数的值，公式中P2为大气压，K为渗透 系数，Q为所述步骤S7中记录的流量数据。
[0018] 本发明还提供了一种岩石渗透系数检测装置，包括压头和承压板，所述压头用于 施加应力给试件，所述承压板用于承载应力，所述压头和承压板之间设置有试件，所述试件 与承压板相接触的外表面上涂有AB胶，并将所述试件分隔出进口端和出口端，所述试件的 进口端上套有热塑管，所述试件与热塑管相接触的外表面上也涂有AB胶，所述热塑管远离 试件的一端与渗透压加载设备相连接，所述试件的出口端一侧贴合一块用于收集从试件中 渗透出来液体的多孔板。
[0019] AB胶的设置不仅仅可以起到密封作用，同时可以有效地填补试件上的空隙，使得 承压件与试件之间具有较为平整的面，避免结合面不平整引起的应力变化较大。
[0020] 优选地，所述渗透压加载设备设有第一水箱和第二水箱，所述第一水箱的进水端 与空压机的出气端相连通，所述第一水箱的出水端与第二水箱的进水端相连通，所述第二 水箱的出水端与热塑管远离试件的一端相连接，所述热塑管远离试件的一端内侧涂有AB胶 与第二水箱的出水端相结合，所述热塑管与第二水箱的出水端相结合处的外表面上捆扎有 铁丝。
[0021] 优选地，所述第一水箱和第二水箱分别连通有第一压力传感器和第二压力传感 器，所述第二水箱上还开设有卸压孔，所述第一水箱和第二水箱的连接处设置有控制阀门。
[0022] 优选地，所述第一水箱的进水端与有机玻璃管的出气端相连通，所述机玻璃管的 进气端与空压机相连通。
[0023] 优选地，所述多孔板远离试件的一端的外表面上涂有AB胶用于和热塑管相结合， 所述热塑管远离多孔板的一侧与储液箱相连接。
[0024]优选地，所述压头上还连接有反力架。
[0025]优选地，还包括力传感器，所述力传感器用于检测承压板受到的应力载荷。
[0026]综上所述，本发明具有以下优点：
[0027] 因此本发明提供的检测装置可测量岩石材料在加卸载过程中渗透系数随应力的 变化过程，操作简单，结果可靠。同时提供的检测方法，检测精度高，响应快，操作简便。
【附图说明】
[0028] 图1为本发明实施例检测装置的结构示意图；
[0029] 图2为图1中试件装置系统的放大示意图；
[0030] 图3为循环加卸载下岩石法向位移的变化曲线图；
[0031 ]图4为循环加卸载下岩石渗透系数变化曲线图。
【具体实施方式】
[0032] 下面结合实施方式及附图对本发明作进一步详细、完整地说明。
[0033] 如图1-4所示，，本发明提供了一种岩石渗透系数检测装置，包括恒压系统1、试件 系统2和轴压系统3,所述轴压系统3设有压头18和承压板17,所述压头18用于施加应力给试 件13,所述承压板17用于承载应力，所述压头18和承压板17之间设置有试件13,所述试件13 与承压板17相接触的外表面上涂有AB胶，并将所述试件13分隔出进口端和出口端，所述试 件13的进口端上套有热塑管14,所述试件13与热塑管14相接触的外表面上也涂有AB胶，所 述热塑管14远离试件13的一端与渗透压加载设备相连接，所述试件13的出口端一侧贴合一 块用于收集从试件13中渗透出来液体的多孔板4。
[0034]优选地，所述渗透压加载设备设有第一水箱7和第二水箱8,所述第一水箱7的进水 端与空压机的出气端相连通，所述第一水箱7的出水端与第二水箱8的进水端相连通，所述 第二水箱8的出水端与热塑管14远离试件13的一端相连接，所述热塑管14远离试件的一端 内侧涂有AB胶与第二水箱8的出水端相结合，所述热塑管14与第二水箱8的出水端相结合处 的外表面上捆扎有铁丝16。
[0035] 所述第一水箱7和第二水箱8分别连通有第一压力传感器9和第二压力传感器10， 所述第二水箱8上还开设有卸压孔11，所述第一水箱7和第二水箱8的连接处设置有控制阀 门12。所述第一水箱7的进水端与有机玻璃管6的出气端相连通，所述机玻璃管6的进气端与 空压机相连通。所述多孔板4远离试件的一端的外表面上涂有AB胶用于和热塑管相结合，所 述热塑管远离多孔板4的一侧与储液箱5相连接。
[0036]所述压头18上还连接有反力架19。还包括力传感器20,所述力传感器20用于检测 承压板17受到的应力载荷。
[0037]本实施例还提供了一种岩石渗透系数检测方法，它包括以下步骤：
[0038] Sl、选取一块岩石作为试件13,并将其浸泡在水中直至水饱和，调制AB胶，并将调 制好的AB胶均匀涂抹在试件的外表面上；
[0039] S2、选取一段热塑管14,将其一端套在试件上，并使其伸入热塑管14内1~2cm，随 后将热塑管14上远离试件13的一端内插入支撑棍；
[0040] S3、将试件13上套有热塑管14的部分进行加热，加热的同时转动试件，使得热塑管 14贴合在试件上；
[0041] S4、在试件13的一个面上贴合一块承压板17,在承压板17与试件13之间填充有步 骤Sl中所调配的AB胶；
[0042] S5、将插入热塑管14内的支撑棍拔出，并加载一个渗透压；
[0043] S6、在试件13上加载一个与渗透压压力方向相垂直的应力，同时设置其循环加卸 载路径，即速率为1~3N/S，每隔5秒采集一个承压板上压力的数据；
[0044] S7、在所述步骤S6记录承压板上压力数据时，采集试件上渗透流量数据记录为Q， 采集频率为每5秒一次；
[0045] S8、计算试件的渗透系数。
[0046] 优选地，所述步骤Sl中调配的AB胶，其中A胶和B胶的质量比为3:2。
[0047] 优选地，所述步骤S8采用如下方法计算渗透系数；
[0048] S81、测量试件的断面面积和长度，分别记录为A和L;
[0049] S82、记录渗透压的压力P1;
[0050] S83、通过公：
十算渗透系数的值，公式中P2为大气压，K为渗透 系数，Q为所述步骤S7中记录的流量数据。
[0051 ]本实施的装置在组装和实验时的使用方法如下：
[0052]步骤（1)，调制AB胶，其中A胶和B胶的配合比为3:2,将调制好的AB胶均匀涂抹在裂 隙岩石试件13上，且该岩石试件13必须是已经浸水饱和的岩石。
[0053]步骤(2)，制取长度为30cm的热塑14,将热塑管14套在侧面涂有AB胶的裂隙岩石试 件13上，且试件13大致位于热塑管14的端口处1~2cm处，热塑管14的其余部分插有相同直 径大小的木棍。
[0054]步骤(3)，将上述步骤（2)获得的中间品倒立，使用热风枪对含有岩石试件13的部 分进行加热。在加热的同时必须特别注意受热均匀，防止由于受热不均而使热塑管14产生 裙皱、或者贴合不紧密。因此一边加热一边转动。
[0055] 步骤(4)，在第二水箱8-侧的环形出口处涂有步骤（1)中调配的AB胶，将步骤(3) 中热塑管14俩侧的木棍取出，将第二水箱8的环形出口套入热塑管14中，并用热风枪均匀加 热。待热塑管14完全紧密贴合于环形出口处后用铁丝16缠绕三至五圈。
[0056] 步骤(5)，有机玻璃管6的带有螺纹的一端缠绕多层防水密封胶带，再将其拧进第 一水箱7的进水口处。另一端连接空压机，空压机的作用是提供渗透压并保持渗透压不变。 [0057]步骤(6)，将多孔板4紧密贴合在岩石试件13的另一端，且多孔板4的侧面也涂有AB 胶，再用热风枪加热热塑管。再套上一个储液箱5。
[0058] (7)上述装置置于轴压系统的承压板17上，打开控制阀门12,通过卸压孔11将水注 进整个系统，关闭卸压孔11。
[0059] (7a)然后关闭控制阀门12,打开空压机，将渗透压加载至预设值P1。
[0060] (7b)先采用位移控制的方法缓慢将轴压系统的压头18放下，待其与热塑管14接触 时马上停止下降。
[0061] (7c)设置好循环加卸载的路径（即速率为1~3N/S)，经换算峰值应力为O.SMPa。每 隔5秒采集一个数据。
[0062] (7d)当法向应力记录数据时马上打开控制阀门12,多孔板4进行流量的采集，同样 是每隔5秒采集一个数据Q，进行裂隙循环加载下岩石渗透系数测量。
[0063] 根据Darcy渗流公式
[0064]式中：Q-每隔5s流过多孔薄板的流量，单位m3
[0065] K-渗透系数，单位m/s
[0066] A-裂隙岩石试件断面面积，单位m2
[0067] L 一裂隙岩石试件的长度，单位m
[0068] P1、P2-分别为进水口压力和出水压力，其中P2为大气压，单位MPa [0069]岩石渗透系数计算公式为：
[0070]
[0071]在弟二水稍8)氏部设宣卸压孔11，解决恒压装置注水和卸压问题，同时在第一水箱 7和第二水箱8之间设置控制阀门12,控制整个试验的开始和结束。
[0072] 在裂隙岩石试件13的出水口出紧密贴合一多孔薄板4,该薄板4具有实时记录流过 薄板4断面流量的特点，解决采用静态法测岩石渗透系数的流量检测问题。
[0073] 循环加卸载下裂隙岩石渗透系数的变化规律能够给地下工程的开挖和回填过程 提供很好的指导作用，具有非常现实的意义。
[0074] 同时本发明上述实施例仅为说明本发明技术方案之用，仅为本发明技术方案的列 举，并不用于限制本发明的技术方案及其保护范围。采用等同技术手段、等同设备等对本发 明权利要求书及说明书所公开的技术方案的改进应当认为是没有超出本发明权利要求书 及说明书所公开的范围。
【主权项】
1. 一种岩石渗透系数检测方法，其特征在于，它包括以下步骤： 51、 选取一块岩石作为试件，并将其浸泡在水中直至水饱和，调制AB胶，并将调制好的 AB胶均匀涂抹在试件的外表面上； 52、 选取一段热塑管，将其一端套在试件上，并使其伸入热塑管内1~2cm，随后将热塑 管上远离试件的一端内插入支撑棍； 53、 将试件上套有热塑管的部分进行加热，加热的同时转动试件，使得热塑管贴合在试 件上； 54、 在试件的一个面上贴合一块承压板，在承压板与试件之间填充有步骤Sl中所调配 的AB胶； 55、 将插入热塑管内的支撑棍拔出，并加载一个渗透压； 56、 在试件上加载一个与渗透压压力方向相垂直的应力，同时设置其循环加卸载路径， 即速率为1~3N/S，每隔5秒采集一个承压板上压力的数据； 57、 在所述步骤S6记录承压板上压力数据时，采集试件上渗透流量数据记录为Q，采集 频率为每5秒一次； 58、 计算试件的渗透系数。2. 如权利要求1所述的岩石渗透系数检测方法，其特征在于，所述步骤Sl中调配的AB 胶，其中A胶和B胶的质量比为3:2。3. 如权利要求1所述的岩石渗透系数检测方法，其特征在于，所述步骤S8采用如下方法 计算渗透系数； 581、 测量试件的断面面积和长度，分别记录为A和L; 582、 记录渗透压的压力P1: 583、 通过公另^算渗透系数的值，公式*Ρ2为大气压，K为渗透系 数，Q为所述步骤S7中记录的流量数据。4. 一种岩石渗透系数检测装置，其特征在于，包括压头和承压板，所述压头用于施加应 力给试件，所述承压板用于承载应力，所述压头和承压板之间设置有试件，所述试件与承压 板相接触的外表面上涂有AB胶，并将所述试件分隔出进口端和出口端，所述试件的进口端 上套有热塑管，所述试件与热塑管相接触的外表面上也涂有AB胶，所述热塑管远离试件的 一端与渗透压加载设备相连接，所述试件的出口端一侧贴合一块用于收集从试件中渗透出 来液体的多孔板。5. 根据权利要求4所述的一种岩石渗透系数检测装置，其特征在于，所述渗透压加载设 备设有第一水箱和第二水箱，所述第一水箱的进水端与空压机的出气端相连通，所述第一 水箱的出水端与第二水箱的进水端相连通，所述第二水箱的出水端与热塑管远离试件的一 端相连接，所述热塑管远离试件的一端内侧涂有AB胶与第二水箱的出水端相结合，所述热 塑管与第二水箱的出水端相结合处的外表面上捆扎有铁丝。6. 根据权利要求5所述的一种岩石渗透系数检测装置，其特征在于，所述第一水箱和第 二水箱分别连通有第一压力传感器和第二压力传感器，所述第二水箱上还开设有卸压孔， 所述第一水箱和第二水箱的连接处设置有控制阀门。7. 根据权利要求5所述的一种岩石渗透系数检测装置，其特征在于，所述第一水箱的进 水端与有机玻璃管的出气端相连通，所述机玻璃管的进气端与空压机相连通。8. 根据权利要求4所述的一种岩石渗透系数检测装置，其特征在于，所述多孔板远离试 件的一端的外表面上涂有AB胶用于和热塑管相结合，所述热塑管远离多孔板的一侧与储液 箱相连接。9. 根据权利要求4所述的一种岩石渗透系数检测装置，其特征在于，所述压头上还连接 有反力架。10. 根据权利要求4所述的一种岩石渗透系数检测装置，其特征在于，还包括力传感器， 所述力传感器用于检测承压板受到的应力载荷。
【文档编号】G01N15/08GK105891082SQ201510960489
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2015年12月19日
【发明人】罗世林, 万文, 赵延林
【申请人】湖南科技大学