[发明专利]一种大尺寸岩石裂隙渗透试验系统及其测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种渗透试验系统及其测量方法，具体涉及一种大尺寸岩石裂隙渗透试验系统及其测量方法，属于裂隙岩体水力学试验技术领域。

背景技术

裂隙的渗透性存在尺寸效应，并且随裂隙尺寸的增加而增大。小尺寸裂隙渗透试验往往低估裂隙实际的渗透性，但由于小尺寸渗透试验成本低、简单易操作，因此常被用来研究裂隙的渗透性，这在一定程度上降低了研究成果的可靠性和应用价值，从小尺寸到大尺寸过程中渗透性的变化，并不是简单将渗透系数线性放大的问题，其中涉及的影响因素众多，控制机理尚未明了，是一个复杂的变化过程。

然而受各种客观条件限制，特别是受制样技术以及现有试验设备的限制，裂隙渗透试验研究的试样尺寸相对单一，且尺寸较小（直径不超过30cm），截至目前，还未见有关系列尺度岩石裂隙渗透试验的报道。

因此，为解决上述技术问题，确有必要提供一种创新的大尺寸岩石裂隙渗透试验系统及其测量方法，以克服现有技术中的所述缺陷。

发明内容

为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种大尺寸岩石裂隙渗透试验系统，以观察裂隙渗透性随其尺寸变化的演变过程，分析渗透系数尺寸效应规律，探索尺寸效应的控制机理。

本发明的另一目的在于提供一种大尺寸岩石裂隙渗透试验系统的测量方法。

为实现上述第一目的，本发明采取的技术方案为：一种大尺寸岩石裂隙渗透试验系统，其包括自循环供水箱、恒压水箱、进水口端帽、出水口端帽、水平岩石裂隙、毕托管测压管以及定水头集水系统；其中，所述自循环供水箱和恒压水箱之间通过一供水管和一回水管连接；所述进水口端帽连接至恒压水箱上；所述水平岩石裂隙的两端分别抵接有所述进水口端帽和出水口端帽；所述毕托管测压管分别布置于进水口端帽、出水口端帽上；所述定水头集水系统和出水口端帽连接。

本发明的大尺寸岩石裂隙渗透试验系统进一步设置为：所述自循环供水箱上设有流量控制阀。

本发明的大尺寸岩石裂隙渗透试验系统进一步设置为：所述恒压水箱内设有稳水孔板，稳水孔板上设有稳水孔，所述恒压水箱的顶部设有溢流板。

本发明的大尺寸岩石裂隙渗透试验系统进一步设置为：所述水平岩石裂隙和进水口端帽、出水口端帽的接缝处用硅橡胶止水。

本发明的大尺寸岩石裂隙渗透试验系统还设置为：所述进水口端帽、出水口端帽的平面尺寸为120cm×120cm。

为实现上述第二目的，本发明采取的技术方案为：一种大尺寸岩石裂隙渗透系数的测量方法，其包括如下步骤：

1），将进水口端帽、出水口端帽安装在水平岩石裂隙的两端；

2），对水平岩石裂隙注水，以排除裂隙内气体；

3），施加渗透水压，通过毕托管测压管测量岩石裂隙进口水压力（                                                ）和出口水压力（）；

4），通过定水头集水系统测量岩石裂隙过流量（）；

5），根据立方定律，岩石裂隙的渗透系数可通过以下公式计算：

式中：为岩石裂隙的渗透系数；为重力加速度。

本发明的大尺寸岩石裂隙渗透系数的测量方法进一步为：所述为裂隙开度为；其中，为水流运动粘滞系数；、 分别为岩石裂隙的宽度和长度。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：本发明结构简单，操作方便，可实现开展系列尺寸（10cm×10cm～100 cm×100cm）岩石裂隙渗透试验研究，分析岩石裂隙渗透性随裂隙尺寸变化的规律，试验精度较高。

附图说明

图1是本发明的大尺寸岩石裂隙渗透试验系统的示意图。

具体实施方式

请参阅说明书附图1所示，本发明为一种大尺寸岩石裂隙渗透试验系统，其由自循环供水箱1、恒压水箱4、进水口端帽8、出水口端帽10、水平岩石裂隙9、毕托管测压管11以及定水头集水系统12等几部分组成。

其中，所述自循环供水箱1和恒压水箱4之间通过一供水管3和一回水管7连接。所述自循环供水箱1上设有流量控制阀2。所述自循环供水箱1用于提供水源，水流由供水管3进入恒压水箱4，溢出的水流通过回水管7流回自循环供水箱1，形成一个回路。

所述恒压水箱4为水平岩石裂隙9提供恒定水流，其内设有稳水孔板5，于稳水孔板5上设有稳水孔51，以保持水流稳定。所述恒压水箱4的顶部设有溢流板6，用于调节水位。

所述进水口端帽8连接至恒压水箱4上，并由恒压水箱4供水。