一种流向可调式不规则岩样高压渗透装置及测试方法制造方法及图纸

发明专利技术公开了一种流向可调式不规则岩样高压渗透装置及测试方法，在筒体内设有两个封堵机构I、两个封堵机构II，在每个封堵机构I的两侧分别设有分隔板，在每个封堵机构II的两侧分别设有阻水板，阻水板一端与分隔板连接，阻水板另一端与筒体内部连接，在位于同一侧的两个阻水板之间设有注水管。本发明专利技术联合柔性膜无定型紧密贴合属性与自由气体便捷充、放优势，实现不规则边界高压封堵及透水条件可逆转换，通过转换岩样的放置方位，依次将六个端面交替设为出、入渗面，实现不同渗流路径下的岩样测试；通过气态围压均匀施加，达到应力状态的精准调控，客观获取地质构造体导水差异性分析及水力参数空间变异性表征结果。

A High Pressure Permeation Device for Irregular Rock Samples with Adjustable Flow Direction and Its Testing Method

【技术实现步骤摘要】
一种流向可调式不规则岩样高压渗透装置及测试方法
本专利技术涉及岩质边坡、山岭隧道等工程岩体内部关键导水构造渗流规律测评表征，具体涉及一种定量测取不规则岩样内交切裂隙网络渗透参数进而综合表征导水构造水文地质属性的室内高压渗流装置。本专利技术为室内测评区域岩体地下水流动特性提供一种有效手段，同时也是对不同渗流路径下的地质构造体导水性差异分析的有益探索，给裂隙岩体水力参数空间变异性解析提供一种全新的研究思路。本专利技术普遍适用于不规则裂隙岩渗流规律测评，尤其适用于高放射性废物地质处置、浅层地下空间开发、深层地热能开采等环境与能源工程领域关键导水控水地质构造体水文地质属性表征，为区域地下水流动性评估提供可靠指标。
技术介绍
岩体是力学、水力学性质异常复杂的非均匀、各向异性介质，岩体内的地下水常赋存于裂隙并沿错落交织的裂隙网络运移流通，可见裂隙网络的渗流特性往往决定地下水的流动特征，进一步影响溶质运移及污染物扩散，甚至引发岩质边坡滑溃及地下硐室垮塌。地面污染物随下渗水迁移扩散，会造成大面积地下水体污染，地表水入渗至高放射性废物处置库会沟通核废料与地下水体间的水力联系，将造成区域地下水环境核污染。可见，高放射性废物地质处置、地热能开发、石油开采等重大环境及能源工程的安全性均与区域地下水流动密切相关。因此，关键导水地质体地下水流动规律表征，区域岩体地下水流动特征考察具有重要的理论研究意义与工程应用价值。天然岩体经构造运动及风化、卸荷等地质作用往复改造后常发育尺寸不一、产状各异、分属不同组别的裂隙，裂隙在岩体内交织构成错落交切的裂隙网络。断层、褶皱等地质构造体内包含丰富的裂隙网络，通常对区域地下水流动特征起导控作用。然而，性质不同的地质构造体对地下水流的导控作用不一，比如尺度、形态和连通条件不同的断裂，其中流体赋存状态及运移形式差异显著；新断裂可能因未“愈合”而导水；裂隙密度相似的断裂构造导水特征可能差异显著；某些富水优势断裂可能控制地下水流形态；经不同渗流路径流通的地下水可能表现出截然不同的运移方式。因此，关键地质构造体水文地质属性及渗流规律定量表征，不同渗流路径下地质构造体导水性差异性分析，对岩质边坡崩滑防治、地下硐室稳定性评估及高放射性污染物扩散预测至关重要。
技术实现思路
本专利技术旨在提供一种渗流方向自由调控的不规则裂隙岩室内高压渗透装置及测试方法，在施加围压的条件下对包含丰富地质构造信息的大体积不规则岩样进行多方向渗流测试以定量获取交切裂隙网络渗透参数，解析不同渗流路径下地质构造体导水性差异，综合表征地质构造体水文地质属性，为区域地下水流动性评估提供可靠指标。本专利技术通过下述技术方案实现：本技术方案包括上端开放的筒体以及与筒体开放端相匹配的密封盖板，在所述筒体内设有两个沿筒体轴线对称分布的封堵机构I，在筒体内部上下两端分别设有封堵机构II，且在每个所述封堵机构I的两侧分别设有下端部与筒体底部连接的分隔板，密封风琴罩的一端与分隔板侧壁连接，密封风琴罩的另一端与封堵机构I侧壁连接，且在每个所述封堵机构I的两侧还分别设有与分隔板相垂直的阻水板，阻水板一端与分隔板侧壁连接，阻水板另一端与筒体内部连接，且在位于同一侧的两个阻水板之间设有注水管，注水管的端部贯穿筒体内壁后向外延伸；使用时，将块状的岩样置于筒体内，通过调整两个封堵机构I以及两个封堵机构II的位置来实现对岩样四个侧壁的封堵，且岩样正对注水管的两个侧壁呈开放状态。现有技术中，因实验室渗流测试环节对岩样非透水边界的密封要求极为苛刻，故现有室内渗流测试仪器要么只具备圆柱型规则样品测试功能(便于密封且技术成熟可靠)，要么虽具不规则样品测试功能(固化胶体密封非透水边界，永久高效阻水)但局限于定向流动测试范畴(胶体密封不可逆，出、入渗方向即渗流方向不可变更)，无法满足不同渗流路径下导水性差异分析的要求，难以客观获取关键地质构造体水力参数的空间变异特征。因此针对取自现场包含丰富地质构造信息的大体积不规则岩样，如何有效实现不规则边界的可逆密封，如何自由转换大尺寸边界的密封状态(密封或透水)，如何精准调控渗流环境的应力条件，是摆在科研人员面前亟待攻破的难题；针对上述情况，申请人设计出一种用于不规则原状裂隙岩的渗透试验装置，能够对岩样的多个端面进行有效的封堵，且封堵过程可逆，即能够实现对岩样的六个端面先后进行渗透，在选定岩样的两个测试端面后，将荧光素钠投至入渗流体，基于其荧光示踪效果观察侧壁是否出现荧光水流进而实现侧壁渗漏直观判断与结果可靠度客观评估目的；具体使用时，筒体以及与筒体匹配的密封盖板能够形成一个用于岩样注水加压的密闭空间，将岩样放入筒体内后，筒体内的两个封堵机构I、两个封堵机构II的位置可调且能够对应岩样的四个非透水面，且两个分隔板与封堵机构I的两个侧壁之间通过密封风琴罩来实现密闭，而位于注水管两侧的两个阻水板则为水提供单独的流道，水能够由一个测试端面渗透至另一个测试端面，且只需翻转调整岩样自身的位置，即能实现对岩样测试端面的更替，最终确保渗透试验所获取的试验数据精确而全面。所述封堵机构I包括内部设有空腔的壳体，在壳体的一个侧壁上设有开口，所述封堵机构II包括内部设有空腔的箱体，在箱体的一个侧壁上设有通孔，且在壳体与箱体内部均设有覆膜组件，所述覆膜组件包括正旋轴、驱动气缸、两个纵向传送带、以及两个横向传送带，阻水膜缠绕在所述正旋轴外圆周壁上，纵向传送带与横向传送带相互垂直，每个纵向传送带以及每个横向传送带上均固定有滑块，且在滑块上固定有夹头；在驱动气缸的输出端上还设有矩形边框，正旋轴转动设置在壳体内壁的顶部，且两个纵向传送带位于开口或通孔的两侧，阻水膜的活动端在纵向传送带上的夹头的夹持下逐步将开口或通孔封闭，且在阻水膜的活动端移动至横向传送带所对应的水平位置时，纵向传送带上的夹头解除对阻水膜的夹持，横向传送带上的夹头对阻水膜进行夹持并带动阻水膜朝远离开口或通孔的方向移动，启动驱动气缸，驱动气缸的输出端带动矩形边框对阻水膜进行挤压，以实现开口或通孔的密封；在所述壳体正对开口的侧壁上设置有连接管，连接管贯穿壳体内壁后向外延伸，且在连接管的延伸端上安装有电磁阀，在所述筒体的外圆周壁上安装有与之内部连通的套管II，进气管I活动贯穿套管II后与电磁阀连接；在位于筒体内部上方的箱体侧壁上设置有连通管，连通管贯穿箱体内壁后向外延伸，且在连通管的延伸端上也安装有电磁阀，在所述筒体的上端面上安装有与之内部连通的套管I，进气管II活动贯穿套管I后与电磁阀连接；在位于筒体内部下方的箱体内壁上设置有直管，直管贯穿箱体内壁后向外延伸，且在直管延伸端的端面上连接有软管，软管贯穿筒体的外壁后向外延伸；在所述壳体内还设有两个水平放置的推动气缸，且每个推动气缸的输出端均安装有与纵向传送带垂直的顶板，顶板的长度与所述开口的宽度相同，且两个顶板之间的间距值与所述开口的长度相同。进一步地，在封堵机构I以及封堵机构II对岩样进行封堵时，主要依靠阻水膜涂覆在岩样的非透水面上，然后通过向壳体或是箱体内同步加气压，以确保阻水膜与非透水面完全贴合，以达到非透水面防渗的目的；需要指出的是，封堵机构I以及封堵机构II的结构大致相同，如壳体与箱体的尺寸相同，开口与通孔的尺寸相对应，具体操作时，在封堵机构I以及封堵机构II中均本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种流向可调式不规则岩样高压渗透装置，包括上端开放的筒体(8)以及与筒体(8)开放端相匹配的密封盖板(1)，其特征在于：在所述筒体(8)内设有两个沿筒体(8)轴线对称分布的封堵机构I(7)，在筒体(8)内部上下两端分别设有封堵机构II(4)，且在每个所述封堵机构I(7)的两侧分别设有下端部与筒体(8)底部连接的分隔板(6)，密封风琴罩(17)的一端与分隔板(6)侧壁连接，密封风琴罩(17)的另一端与封堵机构I(7)侧壁连接，且在每个所述封堵机构I(7)的两侧还分别设有与分隔板(6)相垂直的阻水板(18)，阻水板(18)一端与分隔板(6)侧壁连接，阻水板(18)另一端与筒体(8)内部连接，且在位于同一侧的两个阻水板(18)之间设有注水管(19)，注水管(19)的端部贯穿筒体(8)内壁后向外延伸；使用时，将不规则块状岩样置于筒体(8)内，通过调整两个封堵机构I(7)和两个封堵机构II(4)的位置来实现对岩样四个侧壁的封堵，且岩样正对注水管(19)的两个侧壁呈开放状态。

【技术特征摘要】
1.一种流向可调式不规则岩样高压渗透装置，包括上端开放的筒体(8)以及与筒体(8)开放端相匹配的密封盖板(1)，其特征在于：在所述筒体(8)内设有两个沿筒体(8)轴线对称分布的封堵机构I(7)，在筒体(8)内部上下两端分别设有封堵机构II(4)，且在每个所述封堵机构I(7)的两侧分别设有下端部与筒体(8)底部连接的分隔板(6)，密封风琴罩(17)的一端与分隔板(6)侧壁连接，密封风琴罩(17)的另一端与封堵机构I(7)侧壁连接，且在每个所述封堵机构I(7)的两侧还分别设有与分隔板(6)相垂直的阻水板(18)，阻水板(18)一端与分隔板(6)侧壁连接，阻水板(18)另一端与筒体(8)内部连接，且在位于同一侧的两个阻水板(18)之间设有注水管(19)，注水管(19)的端部贯穿筒体(8)内壁后向外延伸；使用时，将不规则块状岩样置于筒体(8)内，通过调整两个封堵机构I(7)和两个封堵机构II(4)的位置来实现对岩样四个侧壁的封堵，且岩样正对注水管(19)的两个侧壁呈开放状态。2.根据权利要求1所述的一种流向可调式不规则岩样高压渗透装置，其特征在于：所述封堵机构I(7)包括内部设有空腔的壳体，在壳体的一个侧壁上设有开口(710)，所述封堵机构II(4)包括内部设有空腔的箱体，在箱体的一个侧壁上设有通孔，且在壳体与箱体内部均设有覆膜组件，所述覆膜组件包括正旋轴(701)、驱动气缸(711)、两个纵向传送带(705)、以及两个横向传送带(713)，阻水膜(703)缠绕在所述正旋轴(701)外圆周壁上，纵向传送带(705)与横向传送带(713)相互垂直，每个纵向传送带(705)上均固定有滑块(708)，每个横向传送带(713)上均固定有滑块(714)，且在滑块(708)上固定有夹头(709)，在滑块(714)上固定有夹头(715)；驱动气缸(711)的输出端设有矩形边框(704)，正旋轴(701)转动设置在壳体内壁的顶部，且两个纵向传送带(705)位于开口(710)或通孔的两侧，阻水膜(703)的活动端在纵向传送带(705)上夹头(709)的夹持下逐步将开口(710)或通孔封闭，且当阻水膜(703)的活动端移至横向传送带(713)所对应的水平位置时，纵向传送带(705)上的夹头(709)解除对阻水膜(703)的夹持，横向传送带(713)上的夹头(715)对阻水膜(703)进行夹持并带动阻水膜(703)朝远离开口或通孔的方向移动，启动驱动气缸(711)，驱动气缸(711)的输出端带动矩形边框(704)对阻水膜(703)施加挤压，以实现开口(710)或通孔的密封；在所述壳体正对开口(710)的侧壁上设置有连接管(16)，连接管(16)贯穿壳体内壁后向外延伸，且在连接管(16)的延伸端上安装有电磁阀(3)，在所述筒体(8)的外圆周壁上安装有与之内部连通的套管II(9)，进气管I(15)活动贯穿套管II(9)后与电磁阀(3)连接；在位于筒体(8)内部上方的箱体侧壁上设置有连通管(20)，连通管(20)贯穿箱体内壁后向外延伸，且在连通管(20)的延伸端上也安装有电磁阀(3)，在所述筒体(8)的上端面上安装有与之内部连通的套管I(2)，进气管II活动贯穿套管I(2)后与电磁阀(3)连接；在位于筒体(8)内部下方的箱体内壁上设置有直管(21)，直管(21)贯穿箱体内壁后向外延伸，且在直管(21)延伸端的端面上连接有软管(22)，软管(22)贯穿筒体(8)的外壁后向外延伸；在所述壳体内还设有两个水平放置的推动气缸(702)，且每个推动气缸(702)的输出端均安装有与纵向传送带(705)垂直的顶板(706)，顶板(706)的长度与所述开口(710)的宽度相同，且两个顶板(706)的间距与所述开口(710)的长度相同。3.根据权利要求2所述的一种流向可调式不规则岩样高压渗透装置，其特征在于：所述壳体内部的驱动气缸(711)输出端上设有压紧架I(707)，所述压紧架I(707)为四个L型板(24)拼接构成的矩形框架，在每个L型板(24)一端端面上安装有伸缩气缸(26)，另一端端面上固定有连杆(27)，且在相邻的两个L型板(24)中，一个L型板(24)上的伸缩气缸(26)输出端与另一个L型板(24)上的连杆(27)连接，在任意一个L型板(24)的侧壁上均安装有支撑杆(28)，支撑杆(28)与驱动气缸(711)的输出端连接；在位于所述箱体...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭亮，张军伟，廖明伟，王保权，李婧铷，刘太鹏，
申请(专利权)人：西南石油大学，
类型：发明
国别省市：四川,51