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原文传递一种用于测试粗糙裂隙渗流特性的试验装置及方法

专利名称：	一种用于测试粗糙裂隙渗流特性的试验装置及方法
摘要：	一种用于测试粗糙裂隙渗流特性的试验装置及方法，装置包括夹持机构、法向加载机构及水力加载系统；夹持机构用于密封试样；法向加载机构用于向试样施加法向压力；水力加载系统用于向试样施加水力压力。方法为：拼合试样并密封粗糙裂隙；试样放入密封胶囊中并使裂隙与胶囊进出水口直线对齐；垫块放入胶囊与试样贴合，胶封垫块与胶囊间缝隙，围压密封腔加压，试样实现多重密封；将密封有试样的夹持机构送入法向加载机构内；将水力加载系统接入胶囊进出水口；气缸施加法向压力，水泵施加水力压力，使试样上半部上下浮动，测量浮动量和裂隙张开度；记录和存储实验数据，用于研究不同粗糙度和张开度的裂隙试样在法向压力和水力压力作用下的渗流特性。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	辽宁;21
申请人：	东北大学
发明人：	于庆磊;徐曾和;朱万成;杨天鸿;王帅;刘溪鸽;徐涛;李连崇;魏晨慧;刘洪磊
专利状态：	有效
申请日期：	2019-04-01T00:00:00+0800
发布日期：	2019-06-28T00:00:00+0800
申请号：	CN201910256057.0
公开号：	CN109946212A
代理机构：	沈阳东大知识产权代理有限公司
代理人：	梁焱
分类号：	G01N15/08(2006.01);G;G01;G01N;G01N15
申请人地址：	110819 辽宁省沈阳市和平区文化路3号巷11号
主权项：	1.一种用于测试粗糙裂隙渗流特性的试验装置，其特征在于：包括夹持机构、法向加载机构及水力加载系统；所述夹持机构内用于放置试验用的裂隙试样，夹持机构位于法向加载机构内，法向加载机构用于向夹持机构中的裂隙试样施加法向压力；所述水力加载系统用于向夹持机构中的裂隙试样施加水力压力。 2.根据权利要求1所述的一种用于测试粗糙裂隙渗流特性的试验装置，其特征在于：所述夹持机构包括试样密封胶囊、刚性支撑筒、支撑筒下封盖、支撑筒上封盖及法向传力垫块；所述试样密封胶囊内用于放置裂隙试样，试样密封胶囊顶部为开口结构，所述法向传力垫块竖直密封插装在试样密封胶囊的顶部开口，述法向传力垫块下表面与裂隙试样上表面紧密贴合；所述刚性支撑筒套装在试样密封胶囊外侧，刚性支撑筒底部由支撑筒下封盖进行封堵，刚性支撑筒顶部由支撑筒上封盖进行封堵，且试样密封胶囊的上下两端分别由于支撑筒下封盖和支撑筒上封盖进行固定，在试样密封胶囊与刚性支撑筒之间的环形间隙构成围压密封腔；在所述试样密封胶囊的侧壁上开设有胶囊进水口和胶囊出水口，胶囊进水口与胶囊出水口位于同一高度且正对设置。 3.根据权利要求2所述的一种用于测试粗糙裂隙渗流特性的试验装置，其特征在于：所述法向加载机构包括法向加载气缸、加载框架、高压气瓶、法向加载调节阀及法向加载放空阀；所述加载框架包括下承重底座、上承载板、螺柱及压紧螺母；在所述下承重底座上竖直均布有四根螺柱，所述上承载板安装在四根螺柱上部，在上承载板上方的四根螺柱上均安装有一个压紧螺母；所述法向加载气缸竖直固装在上承载板上表面，法向加载气缸的活塞杆朝下设置，法向加载气缸的活塞杆端部与夹持机构的法向传力垫块上表面顶靠接触配合；所述高压气瓶的出气口与法向加载调节阀进气端相连，法向加载调节阀出气端一路与法向加载气缸的进气口相连，法向加载调节阀出气端另一路与法向加载放空阀进气端相连，法向加载放空阀出气端与大气连通；在所述上承载板下表面与法向传力垫块上表面之间安装有法向位移传感器，法向位移传感器的数据输出端通过A/D转换器与计算机相连，通过计算机实时采集法向位移数据。 4.根据权利要求2所述的一种用于测试粗糙裂隙渗流特性的试验装置，其特征在于：所述水力加载系统包括水泵、水箱、溢流阀、过滤器、入口流量计、入口截止阀、入口放空阀、差压传感器、出口截止阀、计量天平、手动节流阀及入口压力传感器；所述水泵的抽水口通过过滤器与水箱相连，水泵的排水口与手动节流阀进水端相连，手动节流阀出水端一路通过溢流阀与水箱相连，手动节流阀出水端另一路通过入口流量计与入口截止阀进水端相连，入口截止阀出水端与试样密封胶囊的胶囊进水口相连；所述出口截止阀进水端与试样密封胶囊的胶囊出水口相连，出口截止阀出水端与计量天平相连；所述差压传感器连接在试样密封胶囊的胶囊进水口与胶囊出水口之间；所述入口放空阀设置在差压传感器与试样密封胶囊的胶囊进水口之间的管路上；所述入口压力传感器设置在溢流阀与手动节流阀之间的管路上；所述入口流量计、差压传感器、计量天平及入口压力传感器的数据输出端通过A/D转换器与计算机相连，通过计算机实时采集数据。 5.根据权利要求2所述的一种用于测试粗糙裂隙渗流特性的试验装置，其特征在于：所述裂隙试样的形状采用长方体或圆柱形，所述试样密封胶囊及法向传力垫块按照裂隙试样的实际形状进行匹配选取。 6.根据权利要求1所述的一种用于测试粗糙裂隙渗流特性的试验装置，其特征在于：所述裂隙试样采用3D打印方式制作、采用天然岩体进行制作或采用人造岩石进行制作。 7.一种用于测试粗糙裂隙渗流特性的试验方法，采用了权利要求1所述的用于测试粗糙裂隙渗流特性的试验装置，其特征在于包括如下步骤：步骤一：先将制作好的裂隙试样的上半部分和下半部分拼合到一起，使上下两部分之间接缝形成粗糙裂隙通道，再利用密封胶或密封膜对粗糙裂隙通道的侧向进行密封；步骤二：将拼合好的裂隙试样放入试样密封胶囊中，通过试样密封胶囊对裂隙试样的侧面和底面进行夹紧密封，同时保证裂隙试样的粗糙裂隙通道与胶囊进水口和胶囊出水口处于同一条直线上；步骤三：将法向传力垫块竖直插入试样密封胶囊的顶部开口，直至法向传力垫块下表面与裂隙试样上表面紧密贴合，再利用密封胶或密封膜对法向传力垫块与试样密封胶囊顶部开口之间的缝隙进行密封；同时向围压密封腔中注入水压或气压，保证胶囊进水口和胶囊出水口的两侧部位以及裂隙试样粗糙裂隙通道的侧向部位产生正压力，进而使裂隙试样实现多重密封；步骤四：将密封有裂隙试样的夹持机构送入法向加载机构的加载框架内，使法向传力垫块位于法向加载气缸正下方；步骤五：将胶囊进水口与水力加载系统的入口截止阀连接到一起，将胶囊出水口与水力加载系统的出口截止阀连接到一起；同时将入口流量计、差压传感器、计量天平及入口压力传感器进行调零，使其处于初始量状态；步骤六：启动法向加载气缸，使法向加载气缸的活塞杆向下伸出，直到活塞杆端部顶靠接触在法向传力垫块上表面，再将法向位移传感器进行调零，使其处于初始量状态；步骤七：重新启动法向加载气缸，通过法向加载气缸的活塞杆对法向传力垫块及裂隙试样施加法向压力；同时启动水力加载系统的水泵，通过水泵向裂隙试样的粗糙裂隙通道施加水力压力，在水力压力作用下会使裂隙试样的上半部分产生上下浮动，而裂隙试样上半部分的浮动量通过法向位移传感器进行测量，进而获得裂隙试样粗糙裂隙通道的张开度大小和张开度的变化情况；步骤八：将实验数据进行记录和存储，用于研究不同粗糙度和不同张开度的裂隙试样在法向压力和水力压力作用下的渗流特性。
所属类别：	发明专利