專利名稱：一種巖石滲透特性快速試驗裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種巖石滲透特性的試驗裝置，用于快速測試巖石的滲透性能參數(shù)。
背景技術(shù)：
巖土類材料滲透特性測試分為現(xiàn)場測試和實驗室試驗兩大類。盡管巖樣與巖體的滲透特性存在顯著差異，巖樣滲透性的實驗室試驗仍是目前測試巖體滲透特性的主要方法。現(xiàn)在通行的巖樣滲透性實驗室試驗方法和已有專利技術(shù)均著眼于單塊巖樣滲透特性的測試，不能同時測試多塊巖樣的滲透特性，完成巖土工程所需的滲透試驗周期較長。在目前巖樣滲透特性的測試中，滲透液體的注入一般采用增壓器。由于增壓器的沖程限制，滲透時間較短，有時滲透試驗結(jié)束時壓差仍未達到穩(wěn)定值。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種巖石滲透特性快速試驗裝置，以同時對多塊巖樣進行滲透性測試。本發(fā)明的巖石滲透特性快速試驗裝置是由一個軸向加載機構(gòu)、安裝在所述軸向加載機構(gòu)上的至少一個滲透儀、以及連接在滲透儀上的滲透回路和圍壓回路構(gòu)成。所述滲透儀由缸筒、活塞、底板、壓頭、透水板和巖樣組成，缸筒上端設(shè)有活塞，底板固定連接在缸筒的底端，兩端分別固定有透水板和壓頭的巖樣與缸筒內(nèi)壁之間保持一定的環(huán)形間隙放置在缸筒內(nèi)，所述巖樣的內(nèi)徑與缸筒的內(nèi)徑同軸，位于巖樣兩端的兩個壓頭分別與活塞和底板面接觸，底板上設(shè)有通向壓頭的滲透液管和通向缸筒內(nèi)環(huán)形間隙的圍壓液管，出水管設(shè)在活塞上，與接觸活塞的壓頭連通，所述滲透液管連接滲透回路，圍壓液管與圍壓回路連接。進一步地，在底板上設(shè)有與所述壓頭匹配的凹槽，壓頭放置在所述凹槽內(nèi)。同時， 在活塞與缸筒的接觸面、底板與缸筒的接觸面、壓頭與活塞和底板的接觸面上均設(shè)有橡膠材質(zhì)的0型密封圈。所述軸向加載機構(gòu)由支架、螺桿、千分表和帶有止推軸承的墊塊組成，在支架下部設(shè)有用于放置滲透儀的凸臺，螺桿位于凸臺的正上方，活動連接在支架上，在螺桿下端活動連接有墊塊，千分表連接在墊塊上。優(yōu)選地，所述墊塊與螺桿的下端采用球面接觸，以保證滲透儀受力均勻。所述的滲透回路包括順次連接在每個滲透儀的滲透液管上的截止閥、壓力傳感器、流量傳感器、分流閥以及并聯(lián)在分流閥上的低壓滲透回路和高壓滲透回路，所述的低壓滲透回路由柱塞泵、溢流閥、壓力表和過濾器連接構(gòu)成，用于高滲透性巖樣的滲透，利用柱塞泵對滲透儀中的巖樣提供滲透壓力(差)，溢流閥用于保持壓力的穩(wěn)定，過濾器用于保持滲透液體清潔，壓力表用于觀測滲透壓力(差)。所述的高壓滲透回路由手搖泵和穩(wěn)壓器連接組成，用于低滲透性巖樣的滲透，利用手搖泵對滲透儀中的巖樣提供滲透壓力(差)，穩(wěn)壓器用于保持滲透壓力。
進一步地，在低壓滲透回路和高壓滲透回路與分流閥的連接處分別設(shè)有單向閥， 用于將低壓滲透回路和高壓滲透回路隔離。所述的圍壓回路由第二柱塞泵、第二溢流閥和第二壓力表連接組成，所述的第二溢流閥用來保持圍壓的恒定。本發(fā)明中，多個滲透儀共用同一個低壓滲透回路和高壓滲透回路，同時共用同一個圍壓回路，圍壓回路和滲透回路同時向多個滲透儀提供壓力，可以同時測試多個巖樣的滲透性質(zhì)。測試時，將透水板、壓頭和巖樣用熱縮塑料套和電工膠帶封裹，與底板、活塞、缸筒同軸安裝在滲透儀中，活塞相對于缸筒移動使巖樣承受軸向壓力和變形。在巖樣與缸筒之間有環(huán)形間隙，在此間隙內(nèi)注入液體，由圍壓回路對巖樣施加圍壓。滲透回路中柱塞泵和/ 或手搖泵產(chǎn)生的高壓液體通過分流閥輸送到各滲透儀下端，滲透儀上端與大氣相通，在巖樣上下兩端施加產(chǎn)生滲透壓差。軸向加載機構(gòu)可以安裝多個滲透儀，由螺桿分別對滲透儀施加軸向載荷。本發(fā)明的巖石滲透特性快速試驗裝置可以整體安裝在車載控制臺上，在用戶指定的地點進行巖樣滲透性測試。本發(fā)明巖石滲透特性快速試驗裝置的有益效果包括
1)同時對多塊巖樣進行滲透試驗，減少試驗時間，并且降低試驗費用；
2)由柱塞泵或手搖泵連續(xù)提供滲透液體，滲透壓差總能達到穩(wěn)定值；
3)本裝置結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、成本低廉，可以車載到指定地點進行試驗；
4)軸向加載機構(gòu)的墊塊中設(shè)置了止推軸承，可以防止千分表支架轉(zhuǎn)動，螺桿與墊塊采用球面接觸，可以保證螺桿轉(zhuǎn)動過程中滲透儀活塞與墊塊的密切接觸。


圖1是本發(fā)明實施例所述巖石滲透特性快速試驗裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是圖1中滲透儀的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是圖2的俯視圖。圖4是圖1中軸向加載機構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖5圖4的俯視圖。圖中1-滲透儀，2-軸向加載機構(gòu)，3-第二柱塞泵，4-截止閥，5-流量傳感器， 6-壓力傳感器，7-分流閥，8-單向閥，9-穩(wěn)壓器，10-壓力表，11-手搖泵，12-溢流閥，13-過濾器，14-柱塞泵，15-第二溢流閥，16-第二壓力表，20-出水管，21-活塞，22-壓頭，23-缸筒，24-透水板，25-巖樣，26-環(huán)形間隙，27-0型密封圈，28-底板，29-滲透液管，30-圍壓液管，31-支架，32-螺桿，33-墊塊，34-千分表，35-凸臺。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施例作進一步的描述。巖石滲透特性快速試驗裝置的結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要由滲透儀1、軸向加載機構(gòu)2、 滲透回路、圍壓回路四大部分構(gòu)成，整個裝置被安裝在一個車載控制臺上。滲透儀1的結(jié)構(gòu)如圖2，由缸筒23、活塞21、底板28、透水板M和壓頭22組成。巖樣25兩端依次與透水板對、壓頭22共軸線疊放在一起，用熱縮塑料筒、電工膠帶包裹。包裹后的巖樣25放入缸筒23內(nèi)底板觀上的凹槽內(nèi)，活塞21被壓入缸筒23內(nèi)，在巖樣25與缸筒23之間形成環(huán)形間隙26。在底板觀、活塞21與缸筒23、壓頭22之間用0型密封圈 27密封。如圖3所示，在底板觀上設(shè)有滲透液管四和圍壓液管30，活塞21上設(shè)有出水管 20。軸向加載機構(gòu)2的結(jié)構(gòu)如圖4、圖5，由支架31、螺桿32、千分表34和帶有止推軸承的墊塊33組成，所述支架31上均布設(shè)有6個支桿，每個支桿上活動鏈接有一個螺桿32， 螺桿32下端球面連接有墊塊33，墊塊33下連接千分表34，在支桿下方的支架底座上設(shè)有用于放置滲透儀1的凸臺35，該軸向加載機構(gòu)2可以同時放置6個滲透儀。滲透回路由柱塞泵14、手搖泵11、溢流閥12、單向閥8、分流閥7、壓力傳感器6、流量傳感器5、截止閥4、穩(wěn)壓器9、過濾器13和壓力表10連接組成，柱塞泵14和手搖泵11分別用于高滲透性和低滲透性巖樣的滲透。柱塞泵14輸出的液體經(jīng)過過濾器13、單向閥8、 分流閥7、壓力傳感器6、流量傳感器5、截止閥4向滲透儀1提供低壓力和大流量液體；手搖泵11經(jīng)過單向閥8、分流閥7、壓力傳感器6、流量傳感器5、截止閥4向滲透儀1提供高壓力和小流量液體。在過濾器13和單向閥8之間設(shè)置溢流閥12，避免巖樣滲透性過低引起柱塞泵14過載。圍壓回路由第二柱塞泵3、第二溢流閥15和第二壓力表16連接組成，第二溢流閥15用來保持圍壓的恒定。滲透回路和圍壓回路同時向多個滲透儀提供壓力，同時測試多個巖樣的滲透性質(zhì)。巖石滲透特性快速試驗裝置的工作過程是將巖樣、透水板、壓頭用熱縮塑料套和電工膠帶密封，在壓頭的溝槽中放入0性密封圈。在活塞的溝槽中放入0性密封圈后，將活塞插入缸筒，把包裝好的巖樣放入缸筒中，調(diào)整活塞與缸筒的相對位置，使下面的壓頭與缸筒的下表面平齊，并調(diào)整巖樣與缸筒之間的環(huán)形間隙，使巖樣的外徑與缸筒的內(nèi)徑同軸。 在底板的溝槽中放入0性密封圈后，將缸筒與底板用螺栓、螺母、平墊圈和彈簧墊圈連接起來。在底板上安裝上滲透液管和圍壓液管。將滲透儀放在支架的凸臺上，墊塊放在滲透儀上，轉(zhuǎn)動螺桿，使墊塊的下表面與滲透儀的上表面接觸，并將千分表讀數(shù)調(diào)零。墊塊設(shè)有止推軸承，故只需用手輕輕扶持千分表，即可保護千分表頂針。繼續(xù)轉(zhuǎn)動螺桿，當千分表讀數(shù)為預(yù)先設(shè)定值時停止轉(zhuǎn)動。將多個滲透儀按照如上步驟安裝后，分別與圍壓回路和滲透回路連接。打開截止閥，啟動圍壓回路的第二柱塞泵對巖樣施加圍壓。當?shù)诙缌鏖y有液體流出并且圍壓保持穩(wěn)定后，啟動滲透回路的柱塞泵，對巖樣提供滲透壓差。觀察滲透儀中有無液體流出，如果沒有液體流出，用手搖泵對巖樣繼續(xù)加壓。滲透回路設(shè)有過濾器，可以保證滲透液體雜質(zhì)粒徑很小而不影響巖樣的滲透性。滲透回路設(shè)有穩(wěn)壓器，防止?jié)B透壓差的大幅振蕩。滲透回路設(shè)有分流閥，保證柱塞泵和手搖泵輸送到各個滲透儀的流量近似相等。圍壓回路和滲透回路都設(shè)有截止閥，如果一次測試的巖樣數(shù)量少于加載機構(gòu)能夠安裝的滲透儀數(shù)量時，可以關(guān)閉相應(yīng)的截止閥。滲透回路上壓力傳感器和流量傳感器的信號經(jīng)過模/數(shù)轉(zhuǎn)換器和信號放大器連接到計算機，并記錄滲透壓差和流量，根據(jù)采集的滲透壓差和流量樣本，通過線性回歸得到巖樣的滲透特性，包括滲透率、非Darcy流 b因子和加速度系數(shù)。 轉(zhuǎn)動螺桿，使千分表讀數(shù)分別達到下一個預(yù)定值，重復(fù)如上步驟，可以測試出各種變形狀態(tài)下巖樣的滲透特性。
權(quán)利要求
1.一種巖石滲透特性快速試驗裝置，其特征是由一個軸向加載機構(gòu)、安裝在所述軸向加載機構(gòu)上的至少一個滲透儀、以及連接在滲透儀上的滲透回路和圍壓回路構(gòu)成；所述滲透儀由缸筒、活塞、底板、壓頭、透水板和巖樣組成，缸筒上端設(shè)有活塞，底板固定連接在缸筒的底端，兩端分別固定有透水板和壓頭的巖樣與缸筒內(nèi)壁之間保持一定的環(huán)形間隙放置在缸筒內(nèi)，所述巖樣的內(nèi)徑與缸筒的內(nèi)徑同軸，位于巖樣兩端的兩個壓頭分別與活塞和底板面接觸，底板上設(shè)有通向壓頭的滲透液管和通向缸筒內(nèi)環(huán)形間隙的圍壓液管，出水管設(shè)在活塞上，與接觸活塞的壓頭連通，所述滲透液管連接滲透回路，圍壓液管與圍壓回路連接；所述軸向加載機構(gòu)由支架、螺桿、千分表和帶有止推軸承的墊塊組成，在支架下部設(shè)有用于放置滲透儀的凸臺，螺桿位于凸臺的正上方，活動連接在支架上，在螺桿下端活動連接有墊塊，千分表連接在墊塊上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的巖石滲透特性快速試驗裝置，其特征是所述的滲透回路包括順次連接在滲透液管上的截止閥、壓力傳感器、流量傳感器、分流閥以及并聯(lián)在分流閥上的低壓滲透回路和高壓滲透回路，所述的低壓滲透回路由柱塞泵、溢流閥、壓力表和過濾器連接構(gòu)成，所述的高壓滲透回路由手搖泵和穩(wěn)壓器連接組成。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的巖石滲透特性快速試驗裝置，其特征是在低壓滲透回路和高壓滲透回路與分流閥的連接處分別設(shè)有單向閥。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的巖石滲透特性快速試驗裝置，其特征是滲透儀共用同一個低壓滲透回路和高壓滲透回路。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的巖石滲透特性快速試驗裝置，其特征是所述的圍壓回路由第二柱塞泵、第二溢流閥和第二壓力表連接組成。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的巖石滲透特性快速試驗裝置，其特征是滲透儀共用同一個圍壓回路。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的巖石滲透特性快速試驗裝置，其特征是在底板上設(shè)有與所述壓頭匹配的凹槽，壓頭放置在所述凹槽內(nèi)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的巖石滲透特性快速試驗裝置，其特征是所述的墊塊與螺桿下端球面接觸。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的巖石滲透特性快速試驗裝置，其特征是在活塞與缸筒的接觸面、底板與缸筒的接觸面、壓頭與活塞和底板的接觸面上均設(shè)有0型密封圈。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種巖石滲透特性快速試驗裝置，由一個軸向加載機構(gòu)、安裝在所述軸向加載機構(gòu)上的至少一個滲透儀、以及連接在滲透儀上的滲透回路和圍壓回路構(gòu)成。其中，滲透儀由缸筒、活塞、底板、壓頭、透水板和巖樣組成，由支架、螺桿、千分表和帶有止推軸承的墊塊組成。裝置由第二柱塞泵向滲透儀提供圍壓，由柱塞泵和/或手搖泵向滲透儀提供滲透壓差。本發(fā)明的試驗裝置可以同時對多塊巖樣進行滲透試驗，減少試驗時間，并且降低試驗費用。裝置操作簡單、性能可靠，可以車載到指定地點進行試驗，具有廣泛的實用性。
文檔編號G01N15/08GK102410976SQ201110219759
公開日2012年4月11日 申請日期2011年8月3日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月3日
發(fā)明者修成智, 四旭飛, 張文平, 王東飛, 王繼, 范屹東 申請人:山西潞安環(huán)保能源開發(fā)股份有限公司