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原文传递低应力条件下的软岩渗流简易试验系统及其使用方法

专利名称：	低应力条件下的软岩渗流简易试验系统及其使用方法
摘要：	本发明公开了一种低应力条件下的软岩渗流简易试验系统及其使用方法，该系统包括渗流发生装置、围压加载系统、轴压加载系统、供水系统、应力监测系统和渗流量测量系统；围压加载系统连接渗流发生装置的围压作用端，轴压加载系统连接渗流发生装置的轴压作用端；供水系统连接渗流发生装置的水分流入端；应力监测系统连接渗流发生装置的围压作用端和轴压作用端；渗流量测量系统连接渗流发生装置的水分流出端。使用时，先将原岩制作成圆柱形软岩试样并安装渗流发生装置，通过围压加载系统和轴压加载系统向渗流发生装置的圆柱形软岩试样施加围压和轴压，最后再进行渗流控制、测量渗流量、检测应力。围压和轴压分开加载，可精确的控制围压与轴压比。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	湖南;43
申请人：	长沙理工大学
发明人：	邱祥;蒋煌斌;罗震宇;胡红波;谭世民;林天朝;王卫锋
专利状态：	有效
申请日期：	2019-07-22T00:00:00+0800
发布日期：	2019-09-20T00:00:00+0800
申请号：	CN201910661776.0
公开号：	CN110261281A
代理机构：	西安知诚思迈知识产权代理事务所(普通合伙)
代理人：	麦春明
分类号：	G01N15/08(2006.01);G;G01;G01N;G01N15
申请人地址：	410114 湖南省长沙市天心区万家丽南路2段960号
主权项：	1.低应力条件下的软岩渗流简易试验系统，其特征在于，包括由至少一个渗流发生装置(2)构成的渗流发生机构、围压加载系统(3)、轴压加载系统(4)、供水系统(5)、应力监测系统和渗流量测量系统；所述围压加载系统(3)与渗流发生装置(2)的围压作用端连接，所述轴压加载系统(4)与渗流发生装置(2)的轴压作用端连接；所述供水系统(5)与渗流发生装置(2)的水分流入端连接；所述应力监测系统分别与渗流发生装置(2)的围压作用端以及其轴压作用端连接；所述渗流量测量系统与渗流发生装置(2)的水分流出端连接。 2.根据权利要求1所述的低应力条件下的软岩渗流简易试验系统，其特征在于，所述渗流发生装置(2)由圆形不透水钢板(21)、两个圆形透水钢板(22)、圆柱形软岩试样(24)和透水石(25)组成；圆形不透水钢板(21)的下表面与一个圆形透水钢板(22)的上表面相贴合，该圆形透水钢板(22)的下表面与圆柱形软岩试样(24)的上表面贴合，圆柱形软岩试样(24)的下表面与另一个圆形透水钢板(22)的上表面贴合，该另一个圆形透水钢板(22)的下表面与透水石(25)的上表面贴合；所述圆形不透水钢板(21)的中心位置设有第一透水圆孔(212)和套接在第一透水圆孔(212)外的轴压加载环(211)。 3.根据权利要求2所述的低应力条件下的软岩渗流简易试验系统，其特征在于，所述围压加载系统(3)与渗流发生装置(2)的数量相等，且两者一一对应连接；每个围压加载系统(3)由n层依次套接于与其对应的渗流发生装置(2)的圆柱形软岩试样(24)外侧壁的弹性橡胶圈(26)组成，且第一层的弹性橡胶圈(26)通过防水胶(23)固定套接在圆柱形软岩试样(24)外侧壁上；所述弹性橡胶圈(26)的厚度为0.3～0.5mm，且其内径与圆柱形软岩试样(24)的直径大小一致。 4.根据权利要求2所述的低应力条件下的软岩渗流简易试验系统，其特征在于，所述供水系统(5)由供水箱(51)、蠕动泵(52)、pH调节器(53)、温度控制器(54)、进水管(55)、出水管(56)、压力表(57)和阀门(58)组成；蠕动泵(52)的进水口通过进水管(55)与供水箱(51)相连，其出水口通过出水管(56)依次连接pH调节器(53)、温度控制器(54)、压力表(57)、各渗流发生装置(2)的圆形不透水钢板(21)上的第一透水圆孔(212)、阀门(58)、供水箱(51)，形成循环回路。 5.根据权利要求4所述的低应力条件下的软岩渗流简易试验系统，其特征在于，所述轴压加载系统(4)由竖直支杆(41)、倾斜力杆(42)、加载砝码吊盘(43)，阻力砝码(44)和至少一个竖直力杆(45)组成；竖直支杆(41)位于渗流发生机构的一侧；倾斜力杆(42)一端固定有加载砝码吊盘(43)，另一端固定有阻力砝码(44)，且倾斜力杆(42)固定阻力砝码(44)的一端与竖直支杆(41)的上部转动连接，阻力砝码(44)位于竖直支杆(41)的外侧；竖直力杆(45)的数量与渗流发生装置(2)的数量相等，且两者一一对应连接；所有竖直力杆(45)均位于竖直支杆(41)和加载砝码吊盘(43)之间，每个竖直力杆(45)顶部与倾斜力杆(42)转动连接，每个竖直力杆(45)底部和与其对应的渗流发生装置(2)的圆形不透水钢板(21)上的轴压加载环(211)固定连接；所述每个竖直力杆(45)下端部设有横向贯穿其的竖直空心槽(451)，竖直空心槽(451)的高度与出水管(56)的高度一致，其宽度与出水管(56)的外径一致，出水管(56)与圆形不透水钢板(21)上的第一透水圆孔(212)连接的部分位于竖直空心槽(451)中。 6.根据权利要求2所述的低应力条件下的软岩渗流简易试验系统，其特征在于，所述应力应变监测系统与围压加载系统(3)以及轴压加载系统(4)的数量相等，且其与围压加载系统(3)以及轴压加载系统(4)一一对应连接；所述应力应变监测系统由侧向应力应变片(61)、轴向应力应变片(62)、信号线(63)和路桥机(64)组成；侧向应力应变片(61)贴于与其对应的渗流发生装置(2)的圆柱形软岩试样(24)的外侧壁上，且侧向应力应变片(61)的中心位于该圆柱形软岩试样(24)的1/2高度处；轴向应力应变片(62)贴于该圆柱形软岩试样(24)的下表面，且轴向应力应变片(62)位于该圆柱形软岩试样(24)的底部中心位置；路桥机(64)的输入端通过信号线(63)分别与侧向应力应变片(61)以及轴向应力应变片(62)的信号输出端连接，所有路桥机(64)的输出端通过信号线(63)与计算机(65)相连接；所述渗流量测量系统与渗流发生装置(2)的数量相等，且两者一一对应连接；所述渗流量测量系统由水分牵引线(71)和集水器(72)组成，水分牵引线(71)的一端和集水器(72)底部接触，其另一端和与其对应的渗流发生装置(2)的透水石(25)连接。 7.根据权利要求2～6所述的低应力条件下的软岩渗流简易试验系统，其特征在于，还包括有工作台(1)，工作台(1)由从上到下设置的第一层台面(11)和第二层台面(12)组成；所述第一层台面(11)上设有与渗流发生装置(2)的数量相等的圆形孔洞(13)；所述渗流发生装置(2)的透水石(25)的下表面与第一层台面(11)相贴合，且每个透水石(25)的圆心和与其对应的圆形孔洞(13)的圆心对齐；所述水分牵引线(71)一端与位于第二层台面(12)上的集水器(72)底部接触，其另一端经第一层台面(11)上的圆形孔洞(13)与透水石(25)的中心连接；所述竖直支杆(41)的下部固定于第一层台面(11)上；所述第二层台面(12)上还设有电子天平(73)。 8.如权利要求7所述的低应力条件下的软岩渗流简易试验系统的使用方法，其特征在于，具体步骤如下： S1：制备软岩试样：将原岩经钻孔取芯、岩石切割、端面打磨工序，加工成所需的圆柱形软岩试样(24)； S2：安装渗流发生装置(2)：在圆柱形软岩试样(24)的上下表面按顺序放置圆形不透水钢板(21)、圆形透水钢板(22)和透水石(25)； S3：加载围压：在圆柱形软岩试样(24)外侧壁均匀涂刷一层防水胶(23)后再套上第一层的弹性橡胶圈(26)，并通过在第一层的弹性橡胶圈(26)外围套加不同层数的弹性橡胶圈(26)，以达到试验设计所需的围压； S4：加载轴压：将每个竖直力杆(45)的下端和与其对应的渗流发生装置(2)的圆形不透水钢板(21)上的轴压加载环(211)固定，然后再将加载设计重量的加载砝码(46)放入加载砝码吊盘(43)中，以达到试验设计所需的轴压； S5：渗流控制：打开蠕动泵(52)，通过pH调节器(53)和温度控制器(54)控制渗流水的pH值和温度，并控制渗流的压力； S6：测量渗流量并检测应力：每隔一段时间，用电子天平(73)对集水器(72)进行称量并记录其质量，打开计算机(65)，通过路桥机(64)采集侧向应力应变片(61)和轴向应力应变片(62)的应变信号，实时监测圆柱形软岩试样(24)的应力变化。 9.根据权利要求8所述的低应力条件下的软岩渗流简易试验系统的使用方法，其特征在于，所述步骤S5通过蠕动泵(52)出水口的流速以及阀门(58)的关闭和开启来控制渗流的压力。 10.根据权利要求8或9所述的低应力条件下的软岩渗流简易试验系统的使用方法，其特征在于，所述步骤S3加载的围压大小为： σm＝Emεr；其中，σm为环向应力即围压；Em为弹性橡胶圈(26)的弹性模量；εr为环向应变，其为套接在圆柱形软岩试样(24)外侧壁上的弹性橡胶圈(26)的层数与其厚度的乘积占软岩试样(24)直径的百分比。
所属类别：	发明专利