[发明专利]一种确定裂隙岩体渗透系数张量的振荡试验系统

说明书

技术领域

本发明涉及水文地质领域的振荡试验系统，特别是涉及一种确定裂隙岩体渗透系数张量的振荡试验系统及其试验方法。

背景技术

许多工程建设和学科领域的科学研究都涉及到岩体的渗透性，例如，水利、土木工程建设、石油开采与地下储存、核废料处理、环境污染等都与岩体的渗透性有关。尤其是非均质各向异性裂隙岩体的渗透性是大坝坝基、边坡、隧洞等工程设计、施工、运行中必须掌握的重要参数。同时，研究工程结构、地基和地下水的相互作用，以及应力场、温度场、渗流场和化学场的耦合作用，也都必须定量确定岩体的渗透性。

但是，迄今为止，国内外测定岩体渗透性参数主要方法有抽水试验法、压水试验法、注水试验法和水位恢复法等。确定各向异性裂隙岩体渗透系数张量的试验方法主要有交叉孔试验法和三段压水试验法。其中，基于井流传导方程的抽水试验法虽然理论完善，但对水文地质条件要求苛刻、费事费时、试验成本高；而在诸如石油开采、核废料处理以及地震地下水观测中，所涉及的含水层几乎都是埋深大、渗透性微弱，做抽水试验非常困难。其余一些方法要么理论上不完善、精度差，要么费事费时、成本高，试验实际应用困难，均无法取代抽水试验。因此有必要探求一种既理论严密，又应用快速方便、经济、可靠的确定各向异性裂隙岩体渗透性参数的现场测试方法。

当钻孔揭露一条或多条裂隙时，裂隙对钻孔中水位振荡的影响与裂隙的几何特征（产状、迹长、隙宽等）有关，现有的振荡试验系统无法处理这种情况。

发明内容

发明目的：本发明的目的是为了解决现有技术中的问题，提供一种能够快速、准确得到各向异性裂隙岩体渗透系数张量的振荡试验系统。

技术方案：为了实现以上目的，本发明提供了一种确定裂隙岩体渗透系数张量的振荡试验系统，包括：井下钻孔图像识别定向系统、电缆计数绞车系统、试验激发系统、传感器系统和PDA数据采集系统；

所述井下钻孔图像识别定向系统、电缆计数绞车系统、试验激发系统、传感器系统分别与PDA数据采集系统对应相接；所述电缆计数绞车系统和井下钻孔图像识别定向系统获得的数据传输给PDA数据采集系统后，PDA数据采集系统控制试验激发系统工作，并将传感器系统测量到的外部环境数据进行采集和存储。

本发明利用确定裂隙岩体渗透系数张量的振荡试验系统，在获取钻孔中裂隙几何特征信息的基础上，激发钻孔中水头以致产生振荡变化，实时记录水头随时间的变化规律，根据裂隙介质水动力学和振荡试验原理，现场计算得到裂隙岩体的渗透系数张量，快速、准确的得到各向异性裂隙岩体渗透系数张量。

本发明中所述井下钻孔图像识别定向系统的作用为：在钻孔中发现裂隙并能确定裂隙的方位，并将裂隙的方位数据传送至PDA数据采集系统中。所述井下钻孔图像识别定向系统包括：带云台的摄像头、电子指南针、图像识别定向系统数据处理传输模块；所述带云台的摄像头和电子指南针分别与图像识别定向系统数据处理传输模块对应相接；图像识别定向系统数据处理传输模块与PDA数据采集系统对应相接。

本发明中所述电缆计数绞车系统的作用是确定钻孔中井下钻孔图像识别定向系统中的摄像头的位置，同时为计算裂隙产状提供裂隙的位置深度数据；所述电缆计数绞车系统包括：数据传输接口、底座、低速电机、支架、光敏三极管、发光二极管、透光孔、电缆、压线盘、光电码盘；所述电缆计数绞车系统中低速电机和支架固定于底座上，光电码盘与低速电机转子连接，光敏三极管和发光二极管固定在支架上，电缆上端与PDA数据采集系统相连，然后穿过压线盘和光电码盘之间，由低速电机带动电缆往下运动，电缆下端与井下钻孔图像识别定向系统相连；在光电码盘上面有八个透光孔，在光电码盘的左侧的固定支架有发光二极管，发光二极管始终处于通电发光状态，在光电码盘的右侧的固定支架上面有光敏三极管，发光二极管和光敏三极管在同一个轴心上面，光敏三极管与数据传输接口相连；当光电码盘随着低速电机旋转时，发光二极管发出的光亮会随着八个透光孔顺序把光信号辐射在光敏三极管上面，光敏三极管中具有光敏特性的PN极受到光辐射时，形成光电流，由此产生的光电流由基极进入发射极，从而在集电极回路中得到一个放大了相当于β倍的信号电流。放大了的信号电流通过数据传输接口接到PDA采集系统的数据输入接口，PDA数据采集系统根据光电码盘每转一圈就可得到八个脉冲，根据总脉冲数、光电码盘的直径和电缆线直径计算得到深度数据。