專利名稱：滲流-應(yīng)力耦合作用下巖石材料滲透系數(shù)的測量裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在復(fù)雜應(yīng)力條件下檢測巖石材料滲透性的裝置和方法，特別是指 一種在滲流-應(yīng)力耦合作用下測量巖石材料的滲透系數(shù)的可視化裝置及方法，適用于重大 水電、橋梁、道路工程之材料水-力耦合及石油地下儲存、核肥料處理氣-力耦合作用下滲 透系數(shù)的研究和測量。
背景技術(shù)：
巖石材料的滲透性是指在流體或氣體作用下，巖石的孔隙和裂隙滲透的能力，滲 透系數(shù)的物理意義是巖石材料對某種特定流體的滲透能力。巖石在其漫長的形成過程中， 內(nèi)部富含各種缺陷，包括微裂紋、孔隙以及節(jié)理裂隙等宏觀非連續(xù)面，他們的存在為地下水 或氣體滲透提供了儲存和運移的場所。滲透作用通常以應(yīng)力的形式作用于巖石材料中，與 圍壓和軸壓一起影響巖石的應(yīng)力場分布，與此同時，應(yīng)力場的改變又會導(dǎo)致材料裂隙發(fā)生 進(jìn)一步變形，改變其滲透性能進(jìn)而影響滲透系數(shù)，因此，滲流場隨著材料的滲透系數(shù)變化而 重新分布，這種相互影響即稱為滲流-應(yīng)力耦合。據(jù)統(tǒng)計，90 %以上的土木工程邊坡破壞與地下水滲透有關(guān)，60 %的礦井事故與地 下水作用有關(guān)，30%-40%的水電工程大壩失穩(wěn)是由滲透作用引起的，此外，地下水抽放、油 氣開采、水庫誘發(fā)地震、地表沉降、地下核廢料存儲都涉及到滲流-應(yīng)力耦合問題，均需要 對滲流_應(yīng)力耦合作用下巖石材料的滲透系數(shù)進(jìn)行研究。隨著我國國民經(jīng)濟的飛速發(fā)展， 國家正逐步實施水電、石油、天然氣等戰(zhàn)略能源儲備，以完善國家戰(zhàn)略能源儲備體系，實現(xiàn) 高碳經(jīng)濟型向低碳經(jīng)濟型能源的轉(zhuǎn)變，從而更加主動地掌握國際能源政策。重大地下工程及土木工程的大量興建，導(dǎo)致滲流_應(yīng)力耦合作用下巖石材料在動 態(tài)平衡體系中的變形、損傷破壞及穩(wěn)定性成為工程學(xué)科的熱點問題，但解決這些問題的關(guān) 鍵在于得到耦合作用下滲透系數(shù)的變化過程和規(guī)律，建立出能夠反映應(yīng)力應(yīng)變及滲透系數(shù) 演化規(guī)律的滲流_應(yīng)力耦合數(shù)學(xué)模型，從微細(xì)觀角度對工程的滲透破壞機理和長期穩(wěn)定性 進(jìn)行研究，對于工程安全開發(fā)，減少災(zāi)害具有重要的現(xiàn)實意義。在參閱國內(nèi)外資料的基礎(chǔ)上，可知原有的滲透系數(shù)測試技術(shù)存在無法考慮不同應(yīng) 力路徑、溫度不能控制、測試裝置密封性不好、數(shù)據(jù)處理完全手工化等缺陷，因此，本發(fā)明 人將復(fù)雜應(yīng)力條件下巖石材料的滲透性檢測技術(shù)與電子可視化技術(shù)相結(jié)合，發(fā)明一種滲 流_應(yīng)力耦合作用下巖石材料滲透系數(shù)的電子可視化數(shù)據(jù)自動采集處理裝置與方法，其可 采用數(shù)據(jù)與曲線同時輸出，提高數(shù)據(jù)處理的效率與準(zhǔn)確度，使其更加直觀化，此項技術(shù)在國 內(nèi)外尚屬首次。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的，在于提供一種滲流_應(yīng)力耦合作用下巖石材料滲透系數(shù)的測 量裝置及方法，其可測量巖石材料在不同應(yīng)力加載路徑下滲透系數(shù)隨時間、應(yīng)力的變化過
4程，操作簡單，結(jié)果可靠，并可直觀顯示結(jié)果。本發(fā)明的次要目的，在于提供一種滲流_應(yīng)力耦合作用下巖石材料滲透系數(shù)的測 量裝置及方法，其可實現(xiàn)巖石材料在不同溫度下滲透系數(shù)的測定，彌補了現(xiàn)存裝置溫度無 法控制的不足，避免因溫度因素造成數(shù)據(jù)結(jié)果的誤差，提高測量準(zhǔn)確性。為了達(dá)成上述目的，本發(fā)明的解決方案是一種滲流-應(yīng)力耦合作用下巖石材料滲透系數(shù)的測量裝置，包括三軸壓力室平衡 系統(tǒng)、滲透系數(shù)采集系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)；三軸壓力室平衡系統(tǒng)包括軸壓泵系統(tǒng)、圍壓泵系統(tǒng)、試樣裝置系統(tǒng)、滲流控制系統(tǒng) 和液體排出系統(tǒng)，其中，軸壓泵系統(tǒng)、圍壓泵系統(tǒng)分別與試樣裝置系統(tǒng)相連，用于通過不同 應(yīng)力路徑對試樣在軸向、側(cè)向進(jìn)行加載；滲流控制系統(tǒng)和液體排出系統(tǒng)分別連接試樣裝置 系統(tǒng)的兩端，所述的滲流控制系統(tǒng)控制試樣的滲透壓力，所述的液體排出系統(tǒng)用于使試樣 中滲透出來的流體進(jìn)入滲透系數(shù)采集系統(tǒng)；滲透系數(shù)采集系統(tǒng)包括電子稱重裝置、固定裝置和帶塞燒瓶，其中，帶塞燒瓶的入 口連接液體排出系統(tǒng)的出口，且該帶塞燒瓶借助固定裝置固定于電子稱重裝置上，實現(xiàn)對 巖石材料試樣滲透流體質(zhì)量的測定；數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)包括電子數(shù)據(jù)傳感器、數(shù)據(jù)交換口、數(shù)據(jù)處理裝置、電子顯示器 和存儲器，其中，電子數(shù)據(jù)傳感器與電子稱重裝置連接，且所述的電子數(shù)據(jù)傳感器還通過數(shù) 據(jù)交換口連接數(shù)據(jù)處理裝置，從而每隔一定時間將測得的巖石材料滲透流體的質(zhì)量送入數(shù) 據(jù)處理裝置，根據(jù)測量數(shù)據(jù)計算得出滲透流量和滲透系數(shù)，并繪制得出滲透系數(shù)和時間的 關(guān)系曲線，同時制作質(zhì)量、滲透流量、滲透系數(shù)的數(shù)據(jù)表格；所述的數(shù)據(jù)處理裝置分別連接 電子顯示器、存儲器，一方面將繪制得到的關(guān)系曲線和數(shù)據(jù)表格送入電子顯示器進(jìn)行顯示， 另一方面將前述質(zhì)量、滲透流量和滲透系數(shù)送入存儲器進(jìn)行存儲。上述試樣裝置系統(tǒng)包括一圓柱狀的硅膠套裝置和兩個具有滲透孔的圓形剛體墊 塊，且兩個剛體墊塊的直徑與硅膠套裝置的直徑相同，并分別軸向設(shè)于硅膠套裝置的內(nèi)部。上述試樣裝置系統(tǒng)沿軸向豎直放置，滲流控制系統(tǒng)連接試樣裝置系統(tǒng)內(nèi)位于下端 的剛體墊塊，而液體排出系統(tǒng)連接試樣裝置系統(tǒng)內(nèi)位于上端的剛體墊塊。上述三軸壓力室平衡系統(tǒng)還包括溫度控制系統(tǒng)，所述的溫度控制系統(tǒng)設(shè)于試樣裝 置系統(tǒng)附近，控制試樣所處環(huán)境的溫度。上述電子稱重裝置連接有可即時顯示其稱量質(zhì)量的顯示器。一種利用前述滲流-應(yīng)力耦合作用下巖石材料滲透系數(shù)的測量裝置進(jìn)行測量的 方法，包括如下步驟(1)將圓柱形飽和試樣側(cè)向置于試樣裝置系統(tǒng)內(nèi)，并依次對圍壓泵系統(tǒng)、滲流控制 系統(tǒng)、軸壓泵系統(tǒng)的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置；(2)將液體排出系統(tǒng)和帶塞燒瓶連接，利用固定裝置將帶塞燒瓶固定于電子稱重 裝置上，并將其顯示器此刻的質(zhì)量歸零；(3)通過電子數(shù)據(jù)傳感器、數(shù)據(jù)交換口實現(xiàn)電子稱重裝置與數(shù)據(jù)處理裝置、電子顯 示器的連接，實現(xiàn)數(shù)據(jù)自動采集處理功能(3a)向數(shù)據(jù)處理裝置手動輸入試樣長度L、試樣直徑D、液體密度P、滲透壓力P 和時間間隔ΔΤ，在試驗過程中數(shù)據(jù)處理裝置采集帶塞燒瓶的初始質(zhì)量Hitl及每隔時間間隔Δ T時的質(zhì)量Hi1，根據(jù)公式(1)Ami =IV1-Iiii (1)得到此時滲透液體的質(zhì)量Arv再根據(jù)公式⑵、(3)，得到滲透流量Qtl和滲透系數(shù) Κ。，并由此進(jìn)行循環(huán)工作；
(2)
(3)式中m-燒瓶內(nèi)通過試樣滲出的液體質(zhì)量，單位g，Q-單位時間內(nèi)通過試樣滲出的液體量，單位m3/s，ρ -液體的密度，單位g/cm3，Δ T-數(shù)據(jù)采集的液體滲透時間，滲透系數(shù)較小，為方便計時，單位h，L-試樣的長度，單位mm，D-圓柱形試樣材料滲透截面的直徑，單位mm，P-試樣兩端的滲透壓力差，單位MPa，K0-單位時間內(nèi)試樣的滲透系數(shù)，單位m/s ；(3b)將計算得到的每個滲透系數(shù)Kn及其所對應(yīng)的時間T標(biāo)注在同一坐標(biāo)系下，并 繪制成曲線輸出，同時將質(zhì)量m、滲透流量Q、滲透系數(shù)Ktl的每組對應(yīng)數(shù)值以表格的形式輸
出ο采用上述方案后，本發(fā)明具有以下特點(1)可實現(xiàn)不同應(yīng)力加載路徑條件下的滲透性測試；(2)將試樣中滲透流體的質(zhì)量置于密閉的帶塞燒瓶中進(jìn)行稱量，減少了揮發(fā)；同 時采用數(shù)據(jù)自動采集、計算，自動化程度較高，從而避免人工主觀處理數(shù)據(jù)所帶來的試驗誤 差；(3)設(shè)置電子顯示器，可直觀顯示計算所得的滲透系數(shù)等參數(shù)，便于測試人員查 看；(4)試驗原理建立于達(dá)西定律之上，解決了滲流-應(yīng)力耦合作用下巖石材料滲透 系數(shù)測試及數(shù)據(jù)處理問題；(5)設(shè)置溫度控制系統(tǒng)，可方便調(diào)節(jié)試樣所處環(huán)境的溫度，從而提高測量結(jié)果的準(zhǔn) 確性，同時實現(xiàn)在不同溫度下試樣滲透系數(shù)的測定。


圖1是本發(fā)明測量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明測量裝置中試樣裝置系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本發(fā)明測量裝置中滲透系數(shù)采集系統(tǒng)的俯視圖；圖4是本發(fā)明一個實施例的滲透系數(shù)變化曲線圖。
具體實施例方式以下將結(jié)合附圖及具體實施例對本發(fā)明的結(jié)構(gòu)及原理進(jìn)行詳細(xì)說明。
首先參考圖1所示，本發(fā)明提供一種滲流-應(yīng)力耦合作用下巖石材料滲透系數(shù)的 測量裝置，包括三軸壓力室平衡系統(tǒng)1、滲透系數(shù)采集系統(tǒng)2和數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)3，下面將 分別介紹。三軸壓力室平衡系統(tǒng)1包括軸壓泵系統(tǒng)11、圍壓泵系統(tǒng)12、試樣裝置系統(tǒng)13、滲流 控制系統(tǒng)14、液體排出系統(tǒng)15和溫度控制系統(tǒng)16，其中，軸壓泵系統(tǒng)11與圍壓泵系統(tǒng)12 分別與試樣裝置系統(tǒng)13連接，用于實現(xiàn)在不同應(yīng)力路徑下對巖石材料試樣的軸向、側(cè)向進(jìn) 行加載；且軸壓泵系統(tǒng)11采用剛性壓力機，最大可達(dá)lOOMpa，而圍壓泵系統(tǒng)12采用液體油 裝置進(jìn)行均布加壓，施加范圍為0 50Mpa。試樣裝置系統(tǒng)13包括一圓柱狀的硅膠套裝置131和兩個具有滲透孔的圓形剛體 墊塊132，其中，為了適應(yīng)普通試樣的尺寸，本實施例中將硅膠套裝置131設(shè)計為直徑50mm、 長度150mm，該硅膠套裝置131具有不透水、不透氣的特性，以確保試樣4僅于軸向滲透；兩 個剛體墊塊132的尺寸均為直徑50mm、長度3mm，用于設(shè)置在硅膠套裝置131的兩端，其上 設(shè)置的滲透孔可用于供試樣4滲透的流體通過，進(jìn)行采集，可同時配合圖2所示。滲流控制系統(tǒng)14和液體排出系統(tǒng)15分別連接試樣裝置系統(tǒng)13兩端的剛體墊塊 132，具體來說，試樣裝置系統(tǒng)13為沿軸向豎直放置，兩個剛體墊塊132分別位于硅膠套裝 置131的上端和下端，滲流控制系統(tǒng)14連接試樣裝置系統(tǒng)13下端的剛體墊塊132，用于控 制試樣4的滲透壓力以及流體通過試樣4的流量，使流體能夠滲透試樣4，提高測量結(jié)果的 準(zhǔn)確性；此處滲流控制系統(tǒng)14通過流體施加的滲透壓最大可達(dá)30MPa，可使得滲透出來的 流體順利進(jìn)入后續(xù)的液體排出系統(tǒng)15。液體排出系統(tǒng)15與滲流控制系統(tǒng)14位置相對，連接試樣裝置系統(tǒng)13上端的剛體 墊塊132，所述的液體排出系統(tǒng)15為細(xì)管狀的剛體結(jié)構(gòu)，其內(nèi)圓直徑為2. 5mm，外圓直徑為 5mm，一端與剛體墊塊132連接，另一端可直接與空氣接觸。溫度控制系統(tǒng)16設(shè)于試樣裝置系統(tǒng)13附近位置，可將試驗時巖石材料試樣4所 處環(huán)境的溫度控制在10°c 100°C之間的任意溫度，以實現(xiàn)在不同溫度下滲流-應(yīng)力耦合 作用對巖石材料滲透系數(shù)的影響的研究。滲透系數(shù)采集系統(tǒng)2包括電子稱重裝置21、固定裝置22和帶塞燒瓶23，其中，帶 塞燒瓶23的入口連接液體排出系統(tǒng)15的出口，也即與空氣接觸的一端，所述的帶塞燒瓶23 包括燒瓶231和瓶塞232，所述燒瓶231的直徑為50mm，長度為80mm，而瓶塞232的直徑為 25mm,長度為5mm，用于固定在燒瓶231的瓶口，實現(xiàn)密封結(jié)構(gòu)，防止流體的揮發(fā)，提高測量 結(jié)果的準(zhǔn)確性。電子稱重裝置21具有圓形的托盤，配合圖3所示，該托盤的直徑與燒瓶231的直 徑相同，并在該托盤的四周分布有長度為12mm的固定鋼片211 ；電子稱重裝置21的整體直 徑為75mm，長度為100mm，最大量程選為lOOOg，精確度可保留2位小數(shù)，所述的電子稱重裝 置21還連接有顯示器，用于即時顯示所稱量的物體質(zhì)量。固定裝置22用于將帶塞燒瓶23固定在電子稱重裝置21上，并在頂端設(shè)有固定螺 栓221，以進(jìn)一步保持滲透系數(shù)采集系統(tǒng)2的密封性，實現(xiàn)對試樣滲透流體質(zhì)量的測定精確 性。數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)3包括電子數(shù)據(jù)傳感器31、數(shù)據(jù)交換口 32、數(shù)據(jù)處理裝置33、電 子顯示器34和存儲器35，其中，電子數(shù)據(jù)傳感器31與電子稱重裝置21連接，用于采集試器31的另一端通過數(shù)據(jù)交換口 32連接數(shù)據(jù)處理裝 置33，每隔一定的時間，便將采集到的質(zhì)量數(shù)據(jù)送入數(shù)據(jù)處理裝置33，由數(shù)據(jù)處理裝置33 根據(jù)預(yù)先編輯的程序進(jìn)行計算處理，得出滲透流量和滲透系數(shù)，并繪制得出滲透系數(shù)和時 間的關(guān)系曲線，制作包含質(zhì)量、滲透流量、滲透系數(shù)的表格；所述的數(shù)據(jù)處理裝置33的輸出 端分別連接電子顯示器34和存儲器35，一方面將前述關(guān)系曲線送入電子顯示器34進(jìn)行顯 示，另一方面送入存儲器35保存，便于測試人員事后調(diào)閱查看。根據(jù)前述的測量裝置，本發(fā)明還提供一種滲流-應(yīng)力耦合作用下巖石材料滲透系 數(shù)的測量方法，包括如下步驟(1)將尺寸為直徑50mm、長度IOOmm的圓柱形飽和試樣4側(cè)向置于密封不透水、不 透氣的圓形狀硅膠套131裝置內(nèi)，并在該試樣4的底部和頂部分別設(shè)置一個存在滲透孔的 圓形剛體墊塊132。并依次對圍壓泵系統(tǒng)12、滲流控制系統(tǒng)14、軸壓泵系統(tǒng)11和溫度控制 系統(tǒng)16的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置；(2)將液體排出系統(tǒng)15和帶塞燒瓶23連接，利用固定裝置22將帶塞燒瓶23固定 于電子稱重裝置21上，并將其顯示器此刻的質(zhì)量歸零；(3)通過電子數(shù)據(jù)傳感器31、數(shù)據(jù)交換口 32實現(xiàn)電子稱重裝置21與數(shù)據(jù)處理裝 置33、電子顯示器34的連接，實現(xiàn)數(shù)據(jù)電子可視化自動采集處理功能；具體的計算處理過 程為(3a)向數(shù)據(jù)處理裝置33手動輸入試樣長度L、試樣直徑D、液體密度P、滲透壓力 P和時間間隔△ T等物理參數(shù)，在試驗過程中數(shù)據(jù)處理裝置33會接收到帶塞燒瓶23的初始 質(zhì)量mQ及每隔時間間隔ΔΤ時的質(zhì)量叫，根據(jù)公式(1)Ami=IHw-Iiii (1)得到此時滲透液體的質(zhì)量Arv再根據(jù)公式⑵、(3)，得到滲透流量Qtl和滲透系數(shù)
K。，并由此進(jìn)行循環(huán)工作。 IO-9Ami(2)KiJ92^l…
‘ nPD1(3)式中m_燒瓶內(nèi)通過試樣滲出的液體質(zhì)量，單位g，Q-單位時間內(nèi)通過試樣滲出的液體量，單位m3/s，ρ -液體的密度，單位g/cm3，Δ T-數(shù)據(jù)采集的液體滲透時間，滲透系數(shù)較小，為方便計時，單位h，L-試樣的長度，單位mm，D-圓柱形試樣材料滲透截面的直徑，單位mm，P-試樣兩端的滲透壓力差，單位MPa，K0-單位時間內(nèi)試樣的滲透系數(shù)，單位m/s ；(3b)將計算得到的每個滲透系數(shù)Kn及其所對應(yīng)的時間T標(biāo)注在同一坐標(biāo)系下，并 繪制成曲線輸出，同時將質(zhì)量m、滲透流量Q、滲透系數(shù)Ktl的每組對應(yīng)數(shù)值以表格的形式輸
出ο以上方案實現(xiàn)了滲流-應(yīng)力耦合作用下巖石材料滲透系數(shù)的測量，測量成本低且
8試驗精度高，具有廣泛的應(yīng)用前景。下面通過一實例進(jìn)行進(jìn)一步說明選取水-力耦合作用下巖石材料的滲透系數(shù)變化進(jìn)行研究，試樣重M = 443. 89g， 直徑為D = 50. OOmm,長度L = 102. 09mm,液體密度為1. 00g/cm3,圍壓為1. OOMPa,滲透壓 力P = 0. 25MPa，初始軸壓為1. OOMPa，對其進(jìn)行分級加載，每隔72小時增加0. 75MPa，直至 試樣破壞。其中，軸壓穩(wěn)定階段ΔΤ = 8h，加載至軸壓穩(wěn)定階段ΔΤ = 0. 25h，得到巖土材 料水_力耦合作用下巖石材料的滲透系數(shù)隨時間的變化曲線如圖4所示。以上實施例僅為說明本發(fā)明的技術(shù)思想，不能以此限定本發(fā)明的保護范圍，凡是 按照本發(fā)明提出的技術(shù)思想，在技術(shù)方案基礎(chǔ)上所做的任何改動，均落入本發(fā)明保護范圍 之內(nèi)。
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權(quán)利要求
一種滲流 應(yīng)力耦合作用下巖石材料滲透系數(shù)的測量裝置，其特征在于包括三軸壓力室平衡系統(tǒng)、滲透系數(shù)采集系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)；三軸壓力室平衡系統(tǒng)包括軸壓泵系統(tǒng)、圍壓泵系統(tǒng)、試樣裝置系統(tǒng)、滲流控制系統(tǒng)和液體排出系統(tǒng)，其中，軸壓泵系統(tǒng)、圍壓泵系統(tǒng)分別與試樣裝置系統(tǒng)相連，用于通過不同應(yīng)力路徑對試樣在軸向、側(cè)向進(jìn)行加載；滲流控制系統(tǒng)和液體排出系統(tǒng)分別連接試樣裝置系統(tǒng)的兩端，所述的滲流控制系統(tǒng)控制試樣的滲透壓力，所述的液體排出系統(tǒng)用于使試樣中滲透出來的流體進(jìn)入滲透系數(shù)采集系統(tǒng)；滲透系數(shù)采集系統(tǒng)包括電子稱重裝置、固定裝置和帶塞燒瓶，其中，帶塞燒瓶的入口連接液體排出系統(tǒng)的出口，且該帶塞燒瓶借助固定裝置固定于電子稱重裝置上，實現(xiàn)對巖石材料試樣滲透流體質(zhì)量的測定；數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)包括電子數(shù)據(jù)傳感器、數(shù)據(jù)交換口、數(shù)據(jù)處理裝置、電子顯示器和存儲器，其中，電子數(shù)據(jù)傳感器與電子稱重裝置連接，且所述的電子數(shù)據(jù)傳感器還通過數(shù)據(jù)交換口連接數(shù)據(jù)處理裝置，從而每隔一定時間將測得的巖石材料滲透流體的質(zhì)量送入數(shù)據(jù)處理裝置，根據(jù)測量數(shù)據(jù)計算得出滲透流量和滲透系數(shù)，并繪制得出滲透系數(shù)和時間的關(guān)系曲線，同時制作質(zhì)量、滲透流量、滲透系數(shù)的數(shù)據(jù)表格；所述的數(shù)據(jù)處理裝置分別連接電子顯示器、存儲器，一方面將繪制得到的關(guān)系曲線和數(shù)據(jù)表格送入電子顯示器進(jìn)行顯示，另一方面將前述質(zhì)量、滲透流量和滲透系數(shù)送入存儲器進(jìn)行存儲。
2.如權(quán)利要求1所述的滲流-應(yīng)力耦合作用下巖石材料滲透系數(shù)的測量裝置，其特征 在于所述試樣裝置系統(tǒng)包括一圓柱狀的硅膠套裝置和兩個具有滲透孔的圓形剛體墊塊， 且兩個剛體墊塊的直徑與硅膠套裝置的直徑相同，并分別軸向設(shè)于硅膠套裝置的內(nèi)部。
3.如權(quán)利要求2所述的滲流-應(yīng)力耦合作用下巖石材料滲透系數(shù)的測量裝置，其特征 在于所述試樣裝置系統(tǒng)沿軸向豎直放置，滲流控制系統(tǒng)連接試樣裝置系統(tǒng)內(nèi)位于下端的 剛體墊塊，而液體排出系統(tǒng)連接試樣裝置系統(tǒng)內(nèi)位于上端的剛體墊塊。
4.如權(quán)利要求1所述的滲流-應(yīng)力耦合作用下巖石材料滲透系數(shù)的測量裝置，其特征 在于所述三軸壓力室平衡系統(tǒng)還包括溫度控制系統(tǒng)，所述的溫度控制系統(tǒng)設(shè)于試樣裝置 系統(tǒng)附近，控制試樣所處環(huán)境的溫度。
5.如權(quán)利要求1所述的滲流_應(yīng)力耦合作用下巖石材料滲透系數(shù)的測量裝置，其特征 在于所述電子稱重裝置連接有可即時顯示其稱量質(zhì)量的顯示器。
6.一種利用如權(quán)利要求1所述的滲流-應(yīng)力耦合作用下巖石材料滲透系數(shù)的測量裝置 進(jìn)行測量的方法，其特征在于包括如下步驟(1)將圓柱形飽和試樣側(cè)向置于試樣裝置系統(tǒng)內(nèi)，并依次對圍壓泵系統(tǒng)、滲流控制系 統(tǒng)、軸壓泵系統(tǒng)的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置；(2)將液體排出系統(tǒng)和帶塞燒瓶連接，利用固定裝置將帶塞燒瓶固定于電子稱重裝置 上，并將其顯示器此刻的質(zhì)量歸零；(3)通過電子數(shù)據(jù)傳感器、數(shù)據(jù)交換口實現(xiàn)電子稱重裝置與數(shù)據(jù)處理裝置、電子顯示器 的連接，實現(xiàn)數(shù)據(jù)自動采集處理功能(3a)向數(shù)據(jù)處理裝置手動輸入試樣長度L、試樣直徑D、液體密度P、滲透壓力P和時 間間隔ΔΤ，在試驗過程中數(shù)據(jù)處理裝置采集帶塞燒瓶的初始質(zhì)量Hitl及每隔時間間隔ΔΤ 時的質(zhì)量Hi1，根據(jù)公式(1)Ami = IV1-Iiii(1)得到此時滲透液體的質(zhì)量△ IV再根據(jù)公式(2)、(3)，得到滲透流量Qtl和滲透系數(shù)Ktl， 并由此進(jìn)行循環(huán)工作； (2)_ (3)式中m-燒瓶內(nèi)通過試樣滲出的液體質(zhì)量，單位g，Q-單位時間內(nèi)通過試樣滲出的液體量，單位m3/s，P “液體的密度，單位g/cm3，Δ T-數(shù)據(jù)采集的液體滲透時間，單位h，L-試樣的長度，單位mm，D-圓柱形試樣材料滲透截面的直徑，單位mm，P-試樣兩端的滲透壓力差，單位MPa，K0-單位時間內(nèi)試樣的滲透系數(shù)，單位m/s ；(3b)將計算得到的每個滲透系數(shù)Kn及其所對應(yīng)的時間T標(biāo)注在同一坐標(biāo)系下，并繪制 成曲線輸出，同時將質(zhì)量m、滲透流量Q、滲透系數(shù)Ktl的每組對應(yīng)數(shù)值以表格的形式輸出。全文摘要
本發(fā)明公開一種滲流-應(yīng)力耦合作用下巖石材料滲透系數(shù)的測量裝置，包括三軸壓力室平衡系統(tǒng)、滲透系數(shù)采集系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)；其中三軸壓力室平衡系統(tǒng)通過不同應(yīng)力路徑對試樣在軸向、側(cè)向進(jìn)行加載；滲透系數(shù)采集系統(tǒng)連接三軸壓力室平衡系統(tǒng)，實現(xiàn)對巖石材料試樣滲透流體質(zhì)量的測定；數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)定時采集巖石材料滲透流體的質(zhì)量，計算滲透流量和滲透系數(shù)，并繪制得出滲透系數(shù)和時間的關(guān)系曲線，同時制作質(zhì)量、滲透流量、滲透系數(shù)的數(shù)據(jù)表格，進(jìn)行存儲及顯示。此種測量裝置可測量巖石材料在不同應(yīng)力加載路徑下滲透系數(shù)隨時間、應(yīng)力的變化過程，操作簡單，結(jié)果可靠，并可直觀顯示結(jié)果。本發(fā)明還公開一種利用前述測量裝置進(jìn)行測量的方法。
文檔編號G01N5/00GK101915724SQ20101025977
公開日2010年12月15日 申請日期2010年8月20日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月20日
發(fā)明者張玉, 徐衛(wèi)亞, 王偉, 王如賓, 顧錦建 申請人:河海大學(xué)