氣體傳輸控制系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實用新型涉及巖土工程、頁巖氣開采、核廢料深埋地質(zhì)存儲及C02地質(zhì)封存等測 試領(lǐng)域，具體而言，涉及一種氣體傳輸控制系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 現(xiàn)有技術(shù)中對巖土體做相關(guān)氣體滲透試驗大多是通過儲氣瓶、調(diào)壓閥直接和壓力 室相連，然后測試出口端的氣體流量，然后根據(jù)公式進行計算?，F(xiàn)有技術(shù)中對于巖土體相關(guān) 材料的氣體滲透試驗一般很難選到合適量程的流量計記錄氣體流量，在改變測試的樣品圍 壓條件下，氣體流量將會增大或者減小，那么原來選定的流量計將不一定能夠測試出此時 的流量，并且，當(dāng)滲透率低于ΠΓ 2%2時候，目前市場上面的流量計很難準(zhǔn)確測試出來，相關(guān) 巖土體氣體滲透試驗的測試結(jié)果精確度不高。 【實用新型內(nèi)容】
[0003] 有鑒于此，本實用新型提供了一種氣體傳輸控制系統(tǒng)，以改善現(xiàn)有技術(shù)中的氣體 傳輸控制系統(tǒng)中對于巖土體氣體滲透試驗的測試結(jié)果精確度過低的問題。
[0004] 為實現(xiàn)上述目的，本實用新型提供如下技術(shù)方案：
[0005] -種氣體傳輸控制系統(tǒng)，應(yīng)用于巖土體的氣體滲透試驗，包括:第一輸氣管路，第 二輸氣管路，依次設(shè)置于所述第一輸氣管路的總儲氣瓶、調(diào)壓閥以及第一開關(guān)閥，以及依次 設(shè)置于所述第二輸氣管路的第一緩沖儲氣瓶、第一壓力計以及第二開關(guān)閥，所述第一輸氣 管路與所述第二輸氣管路相互連通，所述第一開關(guān)閥設(shè)置于所述第一輸氣管路與所述第二 輸氣管路相連接的一端，所述第二開關(guān)閥設(shè)置于所述第二輸氣管路遠離所述第二輸氣管路 與所述第一輸氣管路相連接的一端，所述第二輸氣管路通過所述第二開關(guān)閥與三軸壓力室 的第一通氣口相連，所述三軸壓力室內(nèi)設(shè)置有用于進行氣體滲透試驗的巖土體試樣，所述 第一通氣口連通所述巖土體試樣。
[0006] 優(yōu)選地，上述氣體傳輸控制系統(tǒng)中，還包括第三輸氣管路以及依次設(shè)置于所述第 三輸氣管路的第三開關(guān)閥、第二緩沖儲氣瓶、第二壓力計以及第四開關(guān)閥，所述第三輸氣管 路在所述第一開關(guān)閥遠離所述總儲氣瓶的一側(cè)與所述第一輸氣管路相互連通，所述第四開 關(guān)閥設(shè)置于所述第三輸氣管路遠離所述第一輸氣管路的一端，所述第二輸氣管路還包括第 五開關(guān)閥，所述第五開關(guān)閥設(shè)置于所述第一緩沖儲氣瓶與所述第一輸氣管路之間，所述第 三輸氣管路用于通過所述第四開關(guān)閥與三軸壓力室的第二通氣口相連，用于氣體滲透試驗 的巖土體試樣設(shè)置于所述第一通氣口與所述第二通氣口之間。第三輸氣管路與第二輸氣管 路可以一同作用，以用于需要兩條輸氣管路進行測試的巖土體的氣體滲透試驗。并且，在第 二輸氣管路設(shè)置第五開關(guān)閥以及第三輸氣管路的第三開關(guān)閥分別作用，可以使第三輸氣管 路與第二輸氣管路分別充氣、分別工作，并且也可以應(yīng)用于只需要與第一輸氣管路形成輸 氣通路的一條輸氣管路進行的巖土體的氣體滲透試驗。
[0007]優(yōu)選地，上述氣體傳輸控制系統(tǒng)中，所述第二輸氣管路還包括第六開關(guān)閥，所述第 六開關(guān)閥設(shè)置于所述第一緩沖儲氣瓶與所述第一壓力計之間;所述第三輸氣管路還包括第 七開關(guān)閥，所述第七開關(guān)閥設(shè)置于所述第二緩沖儲氣瓶與所述第二壓力計之間。第六開關(guān) 閥可以使第一緩沖儲氣瓶與第六開關(guān)閥遠離該第一緩沖儲氣瓶一側(cè)的第二輸氣管路相互 斷開。在第六開關(guān)閥遠離第一緩沖儲氣瓶一側(cè)的第二輸氣管路內(nèi)充滿氣體后關(guān)閉第六開關(guān) 閥后，只使用第六開關(guān)閥遠離第一緩沖儲氣瓶一側(cè)的第二輸氣管路進行相關(guān)試驗，由于輸 氣管路直徑較小，相比于用第一緩沖儲氣瓶進行試驗，壓力變化所需時間更短，可以大大縮 短測試時間。同樣的，第七開關(guān)閥可以使第二緩沖儲氣瓶與第七開關(guān)閥遠離該第二緩沖儲 氣瓶一側(cè)的第三輸氣管路相互斷開。
[0008] 優(yōu)選地，上述氣體傳輸控制系統(tǒng)中，所述第三輸氣管路連接于所述第一輸氣管路 與所述第二輸氣管路的連接處，所述第一輸氣管路、所述第二輸氣管路以及所述第三輸氣 管路通過管接頭相連通。使第一輸氣管路中的氣體可以從同一個地方分別進入第二輸氣管 路和第三輸氣管路。
[0009] 優(yōu)選地，上述氣體傳輸控制系統(tǒng)中，所述第一壓力計以及所述第二壓力計與計算 機相連，所述計算機用于采集并存儲所述第一壓力計以及所述第二壓力計的數(shù)據(jù)。使計算 機可以實時存儲并分析第一壓力計以及第二壓力計的數(shù)據(jù)。
[001 0]優(yōu)選地，上述氣體傳輸控制系統(tǒng)中，還包括過濾器，所述過濾器設(shè)置于所述第一輸 氣管路，位于所述第一輸氣管路的所述總儲氣瓶和所述調(diào)壓閥之間。過濾器可以將總儲氣 瓶的經(jīng)過該過濾器進入管路的氣體進行過濾，以免在總儲氣瓶內(nèi)的氣體存在雜質(zhì)的情況下 堵塞管路。
[0011] 優(yōu)選地，上述氣體傳輸控制系統(tǒng)中，還包括卸荷閥，所述卸荷閥設(shè)置于所述第一輸 氣管路。當(dāng)?shù)谝惠敋夤苈穬?nèi)的氣壓超過設(shè)定的閾值的時候，卸荷閥可以使氣體自動泄漏出 去，以實現(xiàn)對管路的保護。
[0012] 優(yōu)選地，上述氣體傳輸控制系統(tǒng)中，還包括第八開關(guān)閥，所述第八開關(guān)閥設(shè)置于所 述第一輸氣管路，所述第八開關(guān)閥與所述總儲氣瓶相鄰。第八開關(guān)閥用于控制在第八開關(guān) 閥遠離總儲氣瓶一側(cè)的管路與第八開關(guān)閥之間的氣體通斷，以選擇在第八開關(guān)閥遠離總儲 氣瓶一側(cè)的管路是否連通總儲氣瓶中的氣體。
[0013] 優(yōu)選地，上述氣體傳輸控制系統(tǒng)中，還包括第三壓力計，所述第三壓力計設(shè)置于所 述第一輸氣管路。用于監(jiān)控第一輸氣管路中的氣壓。
[0014] 優(yōu)選地，上述氣體傳輸控制系統(tǒng)中，所述第一緩沖儲氣瓶以及所述第二緩沖儲氣 瓶為鋼制儲氣瓶。鋼制的緩沖儲氣瓶強度較大，在充入較多的氣體的情況下也不會損壞。
[0015] 本實用新型實現(xiàn)的有益效果:本實施例提供的氣體傳輸控制系統(tǒng)，利用總儲氣瓶 提供氣體，調(diào)壓閥控制從總儲氣瓶輸入管路的氣體壓力，并且，在第二輸氣管路設(shè)置第一緩 沖儲氣瓶，在總儲氣瓶給緩沖儲氣瓶充入一定量的氣體后，第一開關(guān)閥關(guān)閉，只使用緩沖儲 氣瓶內(nèi)的氣體進行巖土體的氣體滲透試驗。由于緩沖鋼瓶體積可以根據(jù)需要設(shè)置，可以將 鋼瓶體積設(shè)置得較小，鋼瓶內(nèi)壓力變化容易測試。并且鋼瓶體積已知，根據(jù)鋼瓶體積以及鋼 瓶內(nèi)氣壓變化以及在一定時間段內(nèi)的鋼瓶中的平均氣體壓力以及時間長度便可以求得單 位時間氣體通過被測巖樣截面積的氣體流量，進而求得滲透率，不需要使用流量計，測試結(jié) 果精確。
【附圖說明】

[0016] 為了更清楚的說明本實用新型實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例 或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單的介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅 是本實用新型的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提 下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0017] 圖1示出了本實用新型第一實施例提供的氣體傳輸控制系統(tǒng)的一種結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018] 圖2示出了本實用新型第一實施例提供的氣體傳輸控制系統(tǒng)的使用場景示意圖；
[0019] 圖3示出了本實用新型第二實施例提供的氣體傳輸控制系統(tǒng)的一種結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020] 圖4示出了本實用新型第二實施例提供的氣體傳輸控制系統(tǒng)的一種使用場景示意 圖；
[0021] 圖5示出了本實用新型第二實施例提供的氣體傳輸控制系統(tǒng)的另一種結(jié)構(gòu)的使用 場景不意圖。
[0022] 其中，附圖標(biāo)記匯總?cè)缦拢?br>[0023]第一輸氣管路110,第二輸氣管路120,第三輸氣管路130,總儲氣瓶111，調(diào)壓閥 112,第一開關(guān)閥113,卸荷閥114,過濾器115,第八開關(guān)閥116,第三壓力計117,第一緩沖儲 氣瓶121，第一壓力計122,第二開關(guān)閥123,第五開關(guān)閥124,第六開關(guān)閥127,三軸壓力室 140,三軸壓力室140的第一通氣口 141，三軸壓力室140的第二通氣口 142,三軸壓力室140的 第三通氣口 143,巖土體試樣144,第三開關(guān)閥131，第二緩沖儲氣瓶132,第二壓力計133,第 四開關(guān)閥134，第七開關(guān)閥135。
【具體實施方式】
[0024] 現(xiàn)有的應(yīng)用于巖土體的氣體滲透試驗的氣體傳輸控制系統(tǒng)直接使用氣體流量計 測試氣體流量，現(xiàn)有的氣體流量計很難測試出低于l〇_ 2V的滲透率，導(dǎo)致試驗結(jié)果不精確。
[0025] 鑒于上述情況，研究者經(jīng)過長期的研究和大量的實踐，提供了一種氣體傳輸控制 系統(tǒng)以改善現(xiàn)有問題。本氣體傳輸控制系統(tǒng)利用體積已知的緩沖儲氣瓶直接給巖土體試樣 提供氣體，以通過鋼瓶體積以及氣壓變化等條件計算氣體流量而不需使用氣體流量計。
[0026] 下面將結(jié)合本實用新型實施例中附圖，對本實用新型實施例中的技術(shù)方案進行清 楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本實用新型一部分實施例，而不是全部的實 施例。以下對在附圖中提供的本實用新型的實施例的詳細描述并非旨在限制要求保護的本 實用新型的范圍，而是僅僅表示本實用新型的選定實施例?；诒緦嵱眯滦偷膶嵤├?，本領(lǐng) 域技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動的前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本實用新型 保護的范圍。
[0027] 第一實施例
[0028]圖1示出了本實用新型第一實施例提供的氣體傳輸控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)應(yīng)用于巖土 體的氣體滲透試驗。請參見圖1，該系統(tǒng)包括第一輸氣管路110、第二輸氣管路120。并且包括 依次設(shè)置于該第一輸氣管路110的總儲氣瓶111、調(diào)壓閥112以及第一開關(guān)閥113,以及依次 設(shè)置于該第二輸氣管路120的第一緩沖儲氣瓶121、第一壓力計122以及第二開關(guān)閥123。在 本實施例中，總儲氣瓶111內(nèi)為進行巖土體的氣體滲透試驗的所需使用的氣體，調(diào)壓閥112 可以控制調(diào)壓閥112的進口和出口的壓力，即在本實施例中，調(diào)壓閥112可以調(diào)節(jié)從總儲氣 瓶111經(jīng)調(diào)壓閥112進入第一輸氣管路110內(nèi)的氣體壓力，第一開關(guān)閥113可以用于控制第一 開關(guān)閥113遠離總儲氣瓶111 一側(cè)的所有管路內(nèi)的氣體通斷。
[0029]具體的，在本實施例中，第一輸氣管路110與第二輸氣管路120相互連通。其中，設(shè) 置于第一輸氣管路110的第一開關(guān)閥113設(shè)置于該第一輸氣管路110與第二輸氣管路120相 連接的一端，第一開關(guān)閥113可以用于控制從第一輸氣管路110進入第二輸氣管路120的氣 體的通斷。同時，第二開關(guān)閥123設(shè)置于第二輸氣管路120遠離第二輸氣管路120與第一輸氣 管路110相連接的一端。當(dāng)該氣體傳輸控制系統(tǒng)連接三軸壓力室140時，如圖2所示，第二輸 氣管路120通過第二開關(guān)閥123與三軸壓力室140的第一通氣口 141相連。
[0030] 進一步的，在本實施例中，還可以包括過濾器115,該過濾器115設(shè)置于第一輸氣管 路110,并且位于第一輸氣管路110的總儲氣瓶111和調(diào)壓閥112之間。過濾器115用于將總儲 氣瓶111中通過該過濾器115的氣體進行過濾，以免在總儲氣瓶111內(nèi)的氣體存在雜質(zhì)的情 況下堵塞管路，實現(xiàn)對管路的保護。
[0031 ]進一步的，在本實施例提供的氣體傳輸控制系統(tǒng)中，還可以包括卸荷閥114，該卸 荷閥114設(shè)置于第一輸氣管路110,可以設(shè)置于調(diào)壓閥112與第一開關(guān)閥113之間。當(dāng)?shù)谝惠?氣管路110內(nèi)經(jīng)調(diào)壓閥112調(diào)壓后的氣壓仍超過設(shè)定的閾值的時候，卸荷閥114可以使氣體 自動泄漏出去，以實現(xiàn)對管路的保護。當(dāng)然，卸荷閥114在第一輸氣管路110的具體設(shè)置位置 在本實用新型實施例中并不作為限制。
[0032]在本實施例提供中，該氣體傳輸控制系統(tǒng)可用于使用穩(wěn)態(tài)法測試巖土體氣體滲透 率以及測試巖土體滲透系數(shù)。并且，在本實施例中，該系統(tǒng)進行的穩(wěn)態(tài)法測試可以測試滲透 率高于10-19m 2的巖土體試樣144。
[0033]具體的，如圖2所示，通過第二開關(guān)閥123連接于三軸壓力室140的第一通氣口 141， 遠離三軸壓力室140的底端的第二通氣口 142與大氣相連，同時，通過該三軸壓力室140的第 三通氣口 143向壓力室提供圍壓。并且，在三軸壓力室140內(nèi)設(shè)置用于進行氣體滲透試驗的 巖土體試樣144,第一通氣口 141、巖土體試樣144以及第三通氣口 143相連通。在本實施例 中，巖土體試樣表示用于相關(guān)氣體滲透試驗的巖石或者土體試樣。
[0034]具體測試時，順時針轉(zhuǎn)動調(diào)壓閥112,給第一緩沖儲氣瓶121-定的氣壓，同時，使 第一開關(guān)閥113處于打開狀態(tài)，第二開關(guān)閥123處于關(guān)閉狀態(tài)，總儲氣瓶111內(nèi)的氣體通過第 一輸氣管路110進入第二輸氣管路120,進入第一緩沖儲氣瓶121，向該第一緩沖儲氣瓶121 充入氣體。
[0035] 在第一緩沖儲氣瓶121內(nèi)被充入一定量的氣體后，關(guān)閉第一開關(guān)閥113,以停止對 第一緩沖儲氣瓶121充入氣體，同時打開第二開關(guān)閥123,以使用第一緩沖儲氣瓶121內(nèi)的氣 體通過第二開關(guān)閥123向三軸壓力室140內(nèi)輸入氣體。如圖2所示，第一壓力計122檢測第一 輸氣管路110內(nèi)的氣體壓力，其顯示的壓力讀數(shù)隨著時間發(fā)生變化，對第一壓力計122的讀 數(shù)進行記錄。具體的，分別記錄時間點tl第一壓力計122的讀數(shù)P1以及時間點t2第一壓力計 122的讀數(shù)P2，11到t2的時間長度為Δ t。
[0036] 根據(jù)達西定律計算巖土體試樣144的滲透率，公式為
其 中，1^表示巖土體試樣144滲透率，μ為使用的氣體的粘滯度系數(shù)，A是三軸壓力室140內(nèi)巖土 體試樣144的橫截面積，L是三軸壓力室140內(nèi)巖土體試樣144的長度，μ、Α以及L為已知參數(shù)。 是在時間過程tl到t2鋼瓶中平均氣體壓力，其中，Pm_=Pl- ΔΡ/2, ΔΡ是時間長度，At 的氣壓改變值，即ΔΡ = Ρ1-Ρ2，Ρο為大氣壓。
[0037]在本實施例中，Qv是單位時間氣體通過截面積為Α的巖土體試樣144的氣體流量，
-，其中，Vr為第一緩沖儲氣瓶121的體積。于是，在選取的時間點11與12分 別讀取第一壓力計122讀書后，便可以計算得到巖土體試樣144的滲透率。
[0038]進一步的，由于滲透系
其中，P為氣體的密度，g為重力加速 度，可以根據(jù)求得的滲透率求得滲透系數(shù)。
[0039]綜上所述，利用本實施例提供的氣體傳輸控制系統(tǒng)測試三軸壓力室140內(nèi)巖土體 試樣144的滲透率以及滲透系數(shù)，不需要使用氣體流量計，直接根據(jù)時間長度At對應(yīng)的氣 壓變化以及第一緩沖儲氣瓶121的體積大小便可計算得到，測量精度高。且不依賴于氣體流 量計，且在圍壓變化的情況下不影響測試。
[0040] 并且，在測試材料滲透率又非常低，而又只能用穩(wěn)態(tài)法進行測量的情況下，測試時 間可能需要用從幾天到數(shù)周。根據(jù)公另
可以了解，在Qv和-定的情況 下，可以通過選擇不同體積Vr的第一緩沖儲氣瓶121以縮短試驗時間，因為第一緩沖儲氣瓶 121體積越小，壓力變化△ P所需時間就越短，這樣試驗耗時也就越短。
[0041] 另外，本實施例提供的氣體傳輸控制系統(tǒng)還可以用于氣體突破試驗。具體的，具體 連接方式如圖2所示，第二輸氣管路120通過第二開關(guān)閥123與三軸壓力室140的第一通氣口 141連通，通過該三軸壓力室140的第三通氣口 143向壓力室提供圍壓，在三軸壓力室140內(nèi) 設(shè)置用于進行氣體滲透試驗的巖土體試樣144,第一通氣口 141、巖土體試樣144以及第三通 氣口 143相連通，并且在第二通氣口 142監(jiān)測是否有氣體溢出。試驗過程中，通過氣體傳輸系 統(tǒng)對三軸壓力室140進行供氣，使供氣壓力大小呈梯度增加，在每個壓力值階段，等待一段 時間，該時間長度并不固定，可能是幾個小時到幾十個小時不等，然后檢測第二通氣口 142 有無氣體溢出，若無氣體溢出，繼續(xù)增加壓力，直到三軸壓力室140上端檢測到溢出的氣體 為止。
[0042] 并且，在本實施例中，進行突破試驗時可以在第二通氣口 142連接壓力計以監(jiān)測第 二通氣口 142是否有氣體溢出，并且，可以使該設(shè)置于第二通氣口 142的壓力計與計算機相 連，以記錄該壓力計檢測到的壓力以及在檢測到氣體溢出時的時間。
[0043] 第二實施例
[0044] 圖3示出了本實用新型第二實施例提供的氣體傳輸控制系統(tǒng)，相比于第一實施例， 還包括第三輸氣管路130以及依次設(shè)置于該第三輸氣管路130的第三開關(guān)閥131、第二緩沖 儲氣瓶132、第二壓力計133以及第四開關(guān)閥134。
[0045] 具體的，第三輸氣管路130在第一開關(guān)閥113遠離總儲氣瓶111的一側(cè)與第一輸氣 管路110相互連通，在本實施例中，該第三輸氣管路130可以連接于第一輸氣管路110與第二 輸氣管路120的連接處，使第一輸氣管路110、所述第二輸氣管路120以及所述第三輸氣管路 130通過管接頭相連通，以使第一輸氣管路110中的氣體可以從同一個地方分別進入第二輸 氣管路120和第三輸氣管路130。
[0046]同時，將第三開關(guān)閥131設(shè)置于第二緩沖儲氣瓶132與第一輸氣管路110之間，使使 用者可以選擇是否允許第一輸氣管路110內(nèi)的氣體進入第三輸氣管路130。另外，第四開關(guān) 閥134設(shè)置于第三輸氣管路130遠離第一輸氣管路110的一端，在做巖土體的氣體滲透試驗 時，第三輸氣管路130可以通過第四開關(guān)閥134與三軸壓力室140的第二通氣口 142相連，此 時，用于氣體滲透試驗的巖土體試樣144設(shè)置于第一通氣口 141與第二通氣口 142之間。 [0047]進一步的，在本實施例中，為實現(xiàn)第二輸氣管路120與第三輸氣管路130可以分開 控制，在第二輸氣管路120設(shè)置第五開關(guān)閥124,該第五開關(guān)閥124設(shè)置于第一緩沖儲氣瓶 121與第一輸氣管路110之間，可以選擇控制第一輸氣管路110內(nèi)的氣體是否進入第二輸氣 管路120。
[0048]本實施例提供的氣體傳輸控制系統(tǒng)可以用于使用瞬態(tài)法測試巖土體的氣體滲透 率以及巖土體的滲透系數(shù)，如圖4所示。
[0049] 請參見圖4,具體測試時，將第二輸氣管路120通過第二開關(guān)閥123與三軸壓力室 140的第一通氣口 141相連，同時，使第三輸氣管路130通過第四開關(guān)閥134與三軸壓力室140 的第二通氣口 142相連，同時在壓力室內(nèi)設(shè)置用于進行氣體滲透試驗的巖土體試樣144,第 一通氣口 141、巖土體試樣144以及第二通氣口 142相連通，同樣的，通過該三軸壓力室140的 第三通氣口 143提供圍壓。
[0050] 再順時針轉(zhuǎn)動調(diào)壓閥112，使總儲氣瓶111內(nèi)的氣體通過第一輸氣管路110進入第 二輸氣管路120以及第三輸氣管路130,此時需保持第二開關(guān)閥123以及第四開關(guān)閥134關(guān) 閉，其余開關(guān)閥打開，以使氣體分別進入第一緩沖儲氣瓶121以及第二緩沖儲氣瓶132,并且 在相應(yīng)的緩沖儲氣瓶內(nèi)存儲。
[0051 ]在第一緩沖儲氣瓶121與第二緩沖儲氣瓶132內(nèi)得到相等的氣壓P時，關(guān)閉第三開 關(guān)閥131以及第五開關(guān)閥124,打開第二開關(guān)閥123以及第四開關(guān)閥134,使第一緩沖儲氣瓶 121以及第二緩沖儲氣瓶132內(nèi)的氣體均進入三軸壓力室。然后等到該氣體傳輸控制系統(tǒng)與 三軸壓力室140所構(gòu)成的系統(tǒng)處于穩(wěn)定狀態(tài)，即第一輸氣管路110與第二輸氣管路120處于 壓力相等，表現(xiàn)為第一壓力計122與第二壓力計133讀數(shù)相等后，再過一段時間，具體的，該 一段時間可以是半個小時到一個小時中的某一個時長，打開第三開關(guān)閥131，關(guān)閉第二開關(guān) 閥123、第四開關(guān)閥134以及第五開關(guān)閥124。
[0052] 接著，再旋轉(zhuǎn)調(diào)壓閥112,使第二緩沖儲氣瓶132內(nèi)的氣體壓力可以達到Ρ+ΔΡ1>2， 然后再關(guān)閉第三開關(guān)閥131，并且打開第二開關(guān)閥123以及第四開關(guān)閥134,使三軸壓力室 140的第一通氣口 141與第二通氣口 142之間形成壓力差Δ Ρ1>2,在打開第二開關(guān)閥123以及 第四開關(guān)閥134時的第二緩沖儲氣瓶與第一緩沖儲氣瓶之間初始壓力差表示為ΔΡ^-w。 并且，由于第一通氣口 141、巖土體試樣144以及第二通氣口 142之間連通，隨著時間的變化， 第一通氣口 141與第二通氣口 142之間的壓力差會發(fā)生變化，在本實施例中，不同時間點的 壓力差表示為A P1>2(t)。對不同時間點第一通氣口 141與第二通氣口 142之間的壓力差Δ Pi,2(t)進行記錄，具體的，在不同的時間點，可以通過第一壓力計122以及第二壓力計133的 讀數(shù)得到該壓力差A(yù)P 1>2(t)。
[0053] 于是，可以根據(jù)達西定律計算相應(yīng)的巖土體試樣144的滲透率。具體的，根據(jù)得到 的第一通氣口 141與第二通氣口 142之間的多個壓力差Δ P1>2以及對應(yīng)的時間點，可以擬合 出曲線AP1;2(t)=A P1;2-ini exp(-cPft)，其中，Pf是記錄的最后一個時間點時巖土體試樣 144內(nèi)的氣體壓力，且P^Pi+UPu-11^ 1)/(￥1+￥2)，￥1和￥2分別是第二緩沖儲氣瓶132以及 第一緩沖儲氣瓶121的體積，Pi為第一緩沖儲氣瓶121在記錄壓力差的第一個時間點時對應(yīng) 的壓力，即擬合曲線的第一個時間點。于是根據(jù)該擬合，可以得到-cP f的值進而可 以計算出c的值。又由于(^(W^hKl/Vi+l/VdA為氣體的粘滯度系數(shù)，可以得到相應(yīng) 的巖土體試樣144的滲透率k g。
[0054]與第一實施例相同的，根據(jù)滲透率，可以得到相應(yīng)的巖土體試樣144的滲透系數(shù)。 [0055]由上可以看出，該氣體傳輸控制系統(tǒng)可以配合三軸壓力室140,使用瞬態(tài)法測試巖 土體氣體滲透率以及滲透系數(shù)。
[0056]并且，本實用新型實施例提供的氣體傳輸控制系統(tǒng)，可以只使用第一輸氣管路110 與第二輸氣管路120配合或者第一輸氣管路110與第三輸氣管路130配合，以使用穩(wěn)態(tài)法測 試測試巖土體的氣體滲透率以及滲透系數(shù)，或者對相應(yīng)的巖土體試樣144進行氣體突破試 驗。
[0057]在本實施例中，第三輸氣管路130與第二輸氣管路120可以一同作用，以用于使用 瞬態(tài)法測試巖土體的氣體滲透率。并且，在第二輸氣管路120設(shè)置第五開關(guān)閥124以及第三 輸氣管路130的第三開關(guān)閥131分別作用，可以使第三輸氣管路130與第二輸氣管路120分別 充氣、分別工作，并且也可以應(yīng)用于只需要與第一輸氣管路110形成輸氣通路的一條輸氣管 路進行的巖土體的氣體滲透試驗。
[0058] 進一步的，如圖5所示，本實施例提供的氣體傳輸控制系統(tǒng)中，第二輸氣管路120還 可以包括第六開關(guān)閥127,該第六開關(guān)閥127設(shè)置于第一緩沖儲氣瓶121與第一壓力計122之 間。并且，第三輸氣管路130還包括第七開關(guān)閥135，該第七開關(guān)閥135設(shè)置于第二緩沖儲氣 瓶132與第二壓力計133之間。第六開關(guān)閥127可以使第一緩沖儲氣瓶121與第六開關(guān)閥127 遠離該第一緩沖儲氣瓶121-側(cè)的第二輸氣管路120相互斷開。當(dāng)使用本實用新型實施例提 供的氣體傳輸控制系統(tǒng)的第一輸氣管路11 〇與第二輸氣管路12 0相配合，利用穩(wěn)態(tài)法測試低 滲透率的巖土體試樣144的時候，還可以直接關(guān)閉第六開關(guān)閥127,只利用第六開關(guān)閥127遠 離第一緩沖儲氣瓶121-側(cè)的輸氣管路而不用緩沖儲氣瓶來進行測試，這時候只需知道第 六開關(guān)閥127遠離第一緩沖儲氣瓶121-側(cè)的輸氣管路的體積便可計算出滲透率，大大縮短 測試時間。
[0059] 同樣的，也可以在第七開關(guān)閥135的協(xié)助下，使用第七開關(guān)閥135遠離第二緩沖儲 氣瓶132-側(cè)的第三輸氣管路連接三軸壓力室140的第一通氣口 131進行測試。
[0060] 進一步的，如圖5所示，在本實用新型實施例提供的氣體傳輸控制系統(tǒng)中，還可以 包括第八開關(guān)閥116,該第八開關(guān)閥116設(shè)置于第一輸氣管路110,與所述總儲氣瓶111相鄰。 第八開關(guān)閥116可以用于控制在第八開關(guān)閥116遠離總儲氣瓶111 一側(cè)的管路與在第八開關(guān) 閥116的另一側(cè)的管路之間的氣體通斷，以選擇在第八開關(guān)閥116遠離總儲氣瓶111 一側(cè)的 管路是否連通總儲氣瓶111中的氣體。
[0061] 進一步的，請參見圖5,本實施例提供的氣體傳輸控制系統(tǒng)中，還可以包括第三壓 力計117,所述第三壓力計117設(shè)置于所述第一輸氣管路110。用于監(jiān)控第一輸氣管路110中 的氣壓。
[0062]進一步的，本實施例提供的氣體傳輸控制系統(tǒng)中，第一緩沖儲氣瓶以及第二緩沖 儲氣瓶可以為鋼制儲氣瓶。鋼制的緩沖儲氣瓶強度較大，在充入較多的氣體的情況下也不 會損壞。
[0063]進一步的，在本實施例提供的氣體傳輸控制系統(tǒng)中，第一壓力計122以及第二壓力 計133可以與計算機相連，該計算機可以用于采集并存儲第一壓力計122以及第二壓力計 133的數(shù)據(jù)，以實現(xiàn)實時存儲并分析第一壓力計122以及第二壓力計133的數(shù)據(jù)。
[0064] 并且，本實施例提供的氣體傳輸控制系統(tǒng)，可以制作成便攜式，即將第一緩沖儲氣 瓶121、第二緩沖儲氣瓶132以及所有的輸氣管路的尺寸小型化，將其集合成一個裝置，并在 該裝置的底部安裝滾輪，以自由移動，運輸?shù)綔y試橋墩、水壩等現(xiàn)場進行實地測試，方便實 用。
[0065] 本實施例提供的氣體傳輸控制系統(tǒng)，利用總儲氣瓶111提供氣體，調(diào)壓閥112控制 從總儲氣瓶111輸入管路的氣體壓力，并且，在第二輸氣管路120設(shè)置第一緩沖儲氣瓶121， 在第三輸氣管路130設(shè)置第二緩沖儲氣瓶132,在第一輸氣管路110以及第二輸氣管路120的 共同作用下利用瞬態(tài)法測試三軸壓力室140內(nèi)巖土體試樣144的滲透率以及滲透系數(shù)，測試 精度高。
[0066] 為使本實用新型實施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，上面結(jié)合本實用新型 實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術(shù)方案進行了清楚、完整地描述，顯然，所描 述的實施例是本實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例。通常在此處附圖中描述和 示出的本實用新型實施例的組件可以以各種不同的配置來布置和設(shè)計。
[0067] 因此，以上對在附圖中提供的本實用新型的實施例的詳細描述并非旨在限制要求 保護的本實用新型的范圍，而是僅僅表示本實用新型的選定實施例。基于本實用新型中的 實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都 屬于本實用新型保護的范圍。
[0068] 應(yīng)注意到:相似的標(biāo)號和字母在下面的附圖中表示類似項，因此，一旦某一項在一 個附圖中被定義，則在隨后的附圖中不需要對其進行進一步定義和解釋。
[0069] 在本實用新型的描述中，需要說明的是，術(shù)語"中心"、"上"、"下"、"左"、"右"、"豎 直"、"水平"、"內(nèi)"、"外"等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，或者 是該實用新型產(chǎn)品使用時慣常擺放的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本實用新型和簡 化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和 操作，因此不能理解為對本實用新型的限制。此外，術(shù)語"第一"、"第二"、"第三"等僅用于區(qū) 分描述，而不能理解為指示或暗示相對重要性。
[0070] 在本實用新型的描述中，還需要說明的是，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語"設(shè) 置"、"安裝"、"相連"、"連接"應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接， 或一體地連接;可以是機械連接，也可以是電連接;可以是直接相連，也可以通過中間媒介 間接相連，可以是兩個元件內(nèi)部的連通。對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以具體情況理 解上述術(shù)語在本實用新型中的具體含義。
【主權(quán)項】
1. 一種氣體傳輸控制系統(tǒng)，應(yīng)用于巖土體的氣體滲透試驗，其特征在于，包括:第一輸 氣管路，第二輸氣管路，依次設(shè)置于所述第一輸氣管路的總儲氣瓶、調(diào)壓閥以及第一開關(guān) 閥，以及依次設(shè)置于所述第二輸氣管路的第一緩沖儲氣瓶、第一壓力計以及第二開關(guān)閥，所 述第一輸氣管路與所述第二輸氣管路相互連通，所述第一開關(guān)閥設(shè)置于所述第一輸氣管路 與所述第二輸氣管路相連接的一端，所述第二開關(guān)閥設(shè)置于所述第二輸氣管路遠離所述第 二輸氣管路與所述第一輸氣管路相連接的一端，所述第二輸氣管路通過所述第二開關(guān)閥與 三軸壓力室的第一通氣口相連，所述三軸壓力室內(nèi)設(shè)置有用于進行氣體滲透試驗的巖土體 試樣，所述第一通氣口連通所述巖土體試樣。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣體傳輸控制系統(tǒng)，其特征在于，還包括第三輸氣管路以及依 次設(shè)置于所述第三輸氣管路的第三開關(guān)閥、第二緩沖儲氣瓶、第二壓力計以及第四開關(guān)閥， 所述第三輸氣管路在所述第一開關(guān)閥遠離所述總儲氣瓶的一側(cè)與所述第一輸氣管路相互 連通，所述第四開關(guān)閥設(shè)置于所述第三輸氣管路遠離所述第一輸氣管路的一端，所述第二 輸氣管路還包括第五開關(guān)閥，所述第五開關(guān)閥設(shè)置于所述第一緩沖儲氣瓶與所述第一輸氣 管路之間，所述第三輸氣管路用于通過所述第四開關(guān)閥與三軸壓力室的第二通氣口相連， 用于氣體滲透試驗的巖土體試樣設(shè)置于所述第一通氣口與所述第二通氣口之間。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的氣體傳輸控制系統(tǒng)，其特征在于，所述第二輸氣管路還包括第 六開關(guān)閥，所述第六開關(guān)閥設(shè)置于所述第一緩沖儲氣瓶與所述第一壓力計之間； 所述第三輸氣管路還包括第七開關(guān)閥，所述第七開關(guān)閥設(shè)置于所述第二緩沖儲氣瓶與 所述第二壓力計之間。4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的氣體傳輸控制系統(tǒng)，其特征在于，所述第三輸氣管路連接于所 述第一輸氣管路與所述第二輸氣管路的連接處，所述第一輸氣管路、所述第二輸氣管路以 及所述第三輸氣管路通過管接頭相連通。5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的氣體傳輸控制系統(tǒng)，其特征在于，所述第一壓力計以及所述第 二壓力計與計算機相連，所述計算機用于采集并存儲所述第一壓力計以及所述第二壓力計 的數(shù)據(jù)。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣體傳輸控制系統(tǒng)，其特征在于，還包括過濾器，所述過濾器 設(shè)置于所述第一輸氣管路，位于所述第一輸氣管路的所述總儲氣瓶和所述調(diào)壓閥之間。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣體傳輸控制系統(tǒng)，其特征在于，還包括卸荷閥，所述卸荷閥 設(shè)置于所述第一輸氣管路。8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣體傳輸控制系統(tǒng)，其特征在于，還包括第八開關(guān)閥，所述第 八開關(guān)閥設(shè)置于所述第一輸氣管路，所述第八開關(guān)閥與所述總儲氣瓶相鄰。9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣體傳輸控制系統(tǒng)，其特征在于，還包括第三壓力計，所述第 三壓力計設(shè)置于所述第一輸氣管路。10. 根據(jù)權(quán)利要求1至8任一項所述的氣體傳輸控制系統(tǒng)，其特征在于，所述第一緩沖儲 氣瓶以及所述第二緩沖儲氣瓶為鋼制儲氣瓶。
【專利摘要】本實用新型公開了氣體傳輸控制系統(tǒng)。氣體傳輸控制系統(tǒng)，應(yīng)用于巖土體的氣體滲透試驗，包括第一輸氣管路，第二輸氣管路，依次設(shè)置于第一輸氣管路的總儲氣瓶、調(diào)壓閥以及第一開關(guān)閥，以及依次設(shè)置于第二輸氣管路的第一緩沖儲氣瓶、第一壓力計以及第二開關(guān)閥，第一輸氣管路與第二輸氣管路相互連通，第一開關(guān)閥設(shè)置于第一輸氣管路與所述第二輸氣管路相連接的一端，所述第二開關(guān)閥設(shè)置于所述第二輸氣管路遠離所述第二輸氣管路與所述第一輸氣管路相連接的一端，所述第二輸氣管路通過所述第二開關(guān)閥與三軸壓力室的第一通氣口相連，所述三軸壓力室內(nèi)設(shè)置有用于進行氣體滲透試驗的巖土體試樣，所述第一通氣口連通所述巖土體試樣。
【IPC分類】F17C7/00, F17D1/02, F17D3/01, F17C13/04
【公開號】CN205383434
【申請?zhí)枴緾N201620157648
【發(fā)明人】劉江峰, 浦海, 張桂民
【申請人】中國礦業(yè)大學(xué)
【公開日】2016年7月13日
【申請日】2016年3月1日