[发明专利]岩体渗透系数原位测量装置及其采集控制系统

说明书

技术领域

本发明涉及岩体渗透系数原位测量装置及其采集控制系统，适用于地下工程、水利水电工程、隧道工程以及石油工程等领域中岩体渗透系数的原位测量。

背景技术

由于岩体具有不均匀、不连续和各向异性的特征，因此，合理确定岩体渗透系数在岩石力学与地下工程领域中一直是一项困难但十分重要的工作。

目前，确定岩体渗流系数的常见方法主要包括野外测量法、室内试验法以及现场原位试验法。其中，野外测量法简单易行，但由于岩体中的裂隙并非无限延伸，也不是均匀光滑不含填充物，露头量测或根据钻孔资料量测很难取得准确的裂隙参数，因此，该方法过于粗糙，代表性差；室内试验法只能采用小尺度的岩石试块，其试验结果往往与工程尺度上岩体的渗流特性相差甚远；现场原位试验法有压水试验、注水试验、抽水试验等，与上述两种方法相比，现场原位试验法较能准确地反映岩体的真实渗透特性。

压水试验是在钻孔内进行岩体原位渗透的试验，是现场原位试验法中最常用的一种方式。通常的做法是：试验人员手动控制高压水泵以一定的压力向钻孔试验段内注水，同时人工观测水表测量的流量值，据此计算岩体的渗透系数。然而，人工控制压水试验存在以下一些问题：

（1）压水试验中，人工控制高压水泵难以按要求的压力稳定送水；

（2）测量累计水量的水表精度较低，而且只有和计时器联合使用才能计算出流量值，在试验过程中难以快速计算流量值，且精度较低。

由此可见，采用现场人工压水试验进行岩体渗透系数测定，技术难度大、精度低、费用高、耗时多、实施困难。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是采用现场人工压水试验进行岩体渗透系数测定技术难度大、精度低、费用高、耗时多、实施困难的问题。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是提供一种岩体渗透系数原位测量装置的采集控制系统，包括：

进水管和出水管，二者之间通过连接管路连接，所述连接管路上设有第一压力传感器、第二压力传感器、电磁阀和流量传感器，所述第一压力传感器和第二压力传感器分别设置在所述电磁阀的上游侧和下游侧；

进水管和出水管，二者之间通过连接管路连接，所述连接管路上设有第一压力传感器、第二压力传感器、电磁阀和流量传感器，所述第一压力传感器和第二压力传感器分别设置在所述电磁阀的上游侧和下游侧；

中央控制单元，其上设有所述流量传感器和所述第一、第二压力传感器的参数、注水目标压力Pd、高压水泵预定压力Pu、注水时间以及采集时间间隔，所述中央控制单元根据所述第一压力传感器实时采集到的第一压力数据控制所述高压水泵启动或停止，根据所述第二压力传感器实时采集到的第二压力数据控制所述电磁阀开合，并实时记录所述流量传感器采集到的流量数据以及所述第一压力数据和所述第二压力数据；

I/O接口模块，通过所述I/O接口模块将所述中央控制单元下达的指令转化为模拟信号，下达给所述电磁阀和所述高压水泵，同时根据采集间隔采集所述第一、第二压力数据以及所述流量数据，并将这些数据返回给所述中央控制单元。

上述采集控制系统中，还包括外置计算机和控制线路接口，试验人员使用所述外置计算机通过所述控制线路接口连接所述中央控制单元，更新所述流量传感器和所述第一、第二压力传感器的参数、注水目标压力、注水时间以及采集间隔，并根据所述第一压力传感器实时采集到的第一压力数据控制所述高压水泵启动或停止，根据所述第二压力传感器实时采集到的第二压力数据控制所述电磁阀的开合，并实时记录所述流量传感器采集到的流量数据以及所述第一压力数据和所述第二压力数据。

上述采集控制系统中，当所述第一压力数据高于Pu时并闭所述高压水泵，当所述第一压力数据低于0.9Pu时启动所述高压水泵；当所述第二压力数据高于目标压力Pd时关闭所述电磁阀，当所述第二压力数据低于0.9Pd时开启所述电磁阀。

上述采集控制系统中，所述连接管路上间隔地设有第一三通和第二三通，第一三通的入口连接所述进水管，出口连接所述电磁阀的进水口，支路接口连接所述第一压力传感器；第二三通的入口连接所述电磁阀的出水口，出口连接所述流量传感器的进水口，支路接口连接所述第二压力传感器；所述流量传感器的出水口连接所述出水管。

本发明还提供了一种岩体渗透系数原位测量装置，包括高压水泵、密封钻孔的注水封孔栓塞、稳压水罐以及上述的采集控制系统，所述稳压水罐的进水口连接到高压水泵的出水口，所述控制系统的进水管通过第一管路连接到所述稳压水罐的出水口，所述控制系统的出水管通过第二管路连接到所述注水封孔栓塞上的进水口。