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专利名称：一种岩石渗透特性快速试验装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种岩石渗透特性的试验装置，用于快速测试岩石的渗透性能参数。
背景技术：
岩土类材料渗透特性测试分为现场测试和实验室试验两大类。尽管岩样与岩体的渗透特性存在显著差异，岩样渗透性的实验室试验仍是目前测试岩体渗透特性的主要方法。现在通行的岩样渗透性实验室试验方法和已有专利技术均着眼于单块岩样渗透特性的测试，不能同时测试多块岩样的渗透特性，完成岩土工程所需的渗透试验周期较长。在目前岩样渗透特性的测试中，渗透液体的注入一般采用增压器。由于增压器的冲程限制，渗透时间较短，有时渗透试验结束时压差仍未达到稳定值。

发明内容
本发明的目的是提供一种岩石渗透特性快速试验装置，以同时对多块岩样进行渗透性测试。本发明的岩石渗透特性快速试验装置是由一个轴向加载机构、安装在所述轴向加载机构上的至少一个渗透仪、以及连接在渗透仪上的渗透回路和围压回路构成。所述渗透仪由缸筒、活塞、底板、压头、透水板和岩样组成，缸筒上端设有活塞，底板固定连接在缸筒的底端，两端分别固定有透水板和压头的岩样与缸筒内壁之间保持一定的环形间隙放置在缸筒内，所述岩样的内径与缸筒的内径同轴，位于岩样两端的两个压头分别与活塞和底板面接触，底板上设有通向压头的渗透液管和通向缸筒内环形间隙的围压液管，出水管设在活塞上，与接触活塞的压头连通，所述渗透液管连接渗透回路，围压液管与围压回路连接。进一步地，在底板上设有与所述压头匹配的凹槽，压头放置在所述凹槽内。同时， 在活塞与缸筒的接触面、底板与缸筒的接触面、压头与活塞和底板的接触面上均设有橡胶材质的0型密封圈。所述轴向加载机构由支架、螺杆、千分表和带有止推轴承的垫块组成，在支架下部设有用于放置渗透仪的凸台，螺杆位于凸台的正上方，活动连接在支架上，在螺杆下端活动连接有垫块，千分表连接在垫块上。优选地，所述垫块与螺杆的下端采用球面接触，以保证渗透仪受力均勻。所述的渗透回路包括顺次连接在每个渗透仪的渗透液管上的截止阀、压力传感器、流量传感器、分流阀以及并联在分流阀上的低压渗透回路和高压渗透回路，所述的低压渗透回路由柱塞泵、溢流阀、压力表和过滤器连接构成，用于高渗透性岩样的渗透，利用柱塞泵对渗透仪中的岩样提供渗透压力(差)，溢流阀用于保持压力的稳定，过滤器用于保持渗透液体清洁，压力表用于观测渗透压力(差)。所述的高压渗透回路由手摇泵和稳压器连接组成，用于低渗透性岩样的渗透，利用手摇泵对渗透仪中的岩样提供渗透压力(差)，稳压器用于保持渗透压力。
进一步地，在低压渗透回路和高压渗透回路与分流阀的连接处分别设有单向阀， 用于将低压渗透回路和高压渗透回路隔离。所述的围压回路由第二柱塞泵、第二溢流阀和第二压力表连接组成，所述的第二溢流阀用来保持围压的恒定。本发明中，多个渗透仪共用同一个低压渗透回路和高压渗透回路，同时共用同一个围压回路，围压回路和渗透回路同时向多个渗透仪提供压力，可以同时测试多个岩样的渗透性质。测试时，将透水板、压头和岩样用热缩塑料套和电工胶带封裹，与底板、活塞、缸筒同轴安装在渗透仪中，活塞相对于缸筒移动使岩样承受轴向压力和变形。在岩样与缸筒之间有环形间隙，在此间隙内注入液体，由围压回路对岩样施加围压。渗透回路中柱塞泵和/ 或手摇泵产生的高压液体通过分流阀输送到各渗透仪下端，渗透仪上端与大气相通，在岩样上下两端施加产生渗透压差。轴向加载机构可以安装多个渗透仪，由螺杆分别对渗透仪施加轴向载荷。本发明的岩石渗透特性快速试验装置可以整体安装在车载控制台上，在用户指定的地点进行岩样渗透性测试。本发明岩石渗透特性快速试验装置的有益效果包括
1)同时对多块岩样进行渗透试验，减少试验时间，并且降低试验费用；
2)由柱塞泵或手摇泵连续提供渗透液体，渗透压差总能达到稳定值；
3)本装置结构简单、操作方便、成本低廉，可以车载到指定地点进行试验；
4)轴向加载机构的垫块中设置了止推轴承，可以防止千分表支架转动，螺杆与垫块采用球面接触，可以保证螺杆转动过程中渗透仪活塞与垫块的密切接触。


图1是本发明实施例所述岩石渗透特性快速试验装置的结构示意图。图2是图1中渗透仪的结构示意图。图3是图2的俯视图。图4是图1中轴向加载机构的结构示意图。图5图4的俯视图。图中1-渗透仪，2-轴向加载机构，3-第二柱塞泵，4-截止阀，5-流量传感器， 6-压力传感器，7-分流阀，8-单向阀，9-稳压器，10-压力表，11-手摇泵，12-溢流阀，13-过滤器，14-柱塞泵，15-第二溢流阀，16-第二压力表，20-出水管，21-活塞，22-压头，23-缸筒，24-透水板，25-岩样，26-环形间隙，27-0型密封圈，28-底板，29-渗透液管，30-围压液管，31-支架，32-螺杆，33-垫块，34-千分表，35-凸台。
具体实施例方式下面结合附图对本发明的实施例作进一步的描述。岩石渗透特性快速试验装置的结构如图1所示，主要由渗透仪1、轴向加载机构2、 渗透回路、围压回路四大部分构成，整个装置被安装在一个车载控制台上。渗透仪1的结构如图2，由缸筒23、活塞21、底板28、透水板M和压头22组成。岩样25两端依次与透水板对、压头22共轴线叠放在一起，用热缩塑料筒、电工胶带包裹。包裹后的岩样25放入缸筒23内底板观上的凹槽内，活塞21被压入缸筒23内，在岩样25与缸筒23之间形成环形间隙26。在底板观、活塞21与缸筒23、压头22之间用0型密封圈 27密封。如图3所示，在底板观上设有渗透液管四和围压液管30，活塞21上设有出水管 20。轴向加载机构2的结构如图4、图5，由支架31、螺杆32、千分表34和带有止推轴承的垫块33组成，所述支架31上均布设有6个支杆，每个支杆上活动链接有一个螺杆32， 螺杆32下端球面连接有垫块33，垫块33下连接千分表34，在支杆下方的支架底座上设有用于放置渗透仪1的凸台35，该轴向加载机构2可以同时放置6个渗透仪。渗透回路由柱塞泵14、手摇泵11、溢流阀12、单向阀8、分流阀7、压力传感器6、流量传感器5、截止阀4、稳压器9、过滤器13和压力表10连接组成，柱塞泵14和手摇泵11分别用于高渗透性和低渗透性岩样的渗透。柱塞泵14输出的液体经过过滤器13、单向阀8、 分流阀7、压力传感器6、流量传感器5、截止阀4向渗透仪1提供低压力和大流量液体；手摇泵11经过单向阀8、分流阀7、压力传感器6、流量传感器5、截止阀4向渗透仪1提供高压力和小流量液体。在过滤器13和单向阀8之间设置溢流阀12，避免岩样渗透性过低引起柱塞泵14过载。围压回路由第二柱塞泵3、第二溢流阀15和第二压力表16连接组成，第二溢流阀15用来保持围压的恒定。渗透回路和围压回路同时向多个渗透仪提供压力，同时测试多个岩样的渗透性质。岩石渗透特性快速试验装置的工作过程是将岩样、透水板、压头用热缩塑料套和电工胶带密封，在压头的沟槽中放入0性密封圈。在活塞的沟槽中放入0性密封圈后，将活塞插入缸筒，把包装好的岩样放入缸筒中，调整活塞与缸筒的相对位置，使下面的压头与缸筒的下表面平齐，并调整岩样与缸筒之间的环形间隙，使岩样的外径与缸筒的内径同轴。 在底板的沟槽中放入0性密封圈后，将缸筒与底板用螺栓、螺母、平垫圈和弹簧垫圈连接起来。在底板上安装上渗透液管和围压液管。将渗透仪放在支架的凸台上，垫块放在渗透仪上，转动螺杆，使垫块的下表面与渗透仪的上表面接触，并将千分表读数调零。垫块设有止推轴承，故只需用手轻轻扶持千分表，即可保护千分表顶针。继续转动螺杆，当千分表读数为预先设定值时停止转动。将多个渗透仪按照如上步骤安装后，分别与围压回路和渗透回路连接。打开截止阀，启动围压回路的第二柱塞泵对岩样施加围压。当第二溢流阀有液体流出并且围压保持稳定后，启动渗透回路的柱塞泵，对岩样提供渗透压差。观察渗透仪中有无液体流出，如果没有液体流出，用手摇泵对岩样继续加压。渗透回路设有过滤器，可以保证渗透液体杂质粒径很小而不影响岩样的渗透性。渗透回路设有稳压器，防止渗透压差的大幅振荡。渗透回路设有分流阀，保证柱塞泵和手摇泵输送到各个渗透仪的流量近似相等。围压回路和渗透回路都设有截止阀，如果一次测试的岩样数量少于加载机构能够安装的渗透仪数量时，可以关闭相应的截止阀。渗透回路上压力传感器和流量传感器的信号经过模/数转换器和信号放大器连接到计算机，并记录渗透压差和流量，根据采集的渗透压差和流量样本，通过线性回归得到岩样的渗透特性，包括渗透率、非Darcy流 b因子和加速度系数。 转动螺杆，使千分表读数分别达到下一个预定值，重复如上步骤，可以测试出各种变形状态下岩样的渗透特性。
权利要求
1.一种岩石渗透特性快速试验装置，其特征是由一个轴向加载机构、安装在所述轴向加载机构上的至少一个渗透仪、以及连接在渗透仪上的渗透回路和围压回路构成；所述渗透仪由缸筒、活塞、底板、压头、透水板和岩样组成，缸筒上端设有活塞，底板固定连接在缸筒的底端，两端分别固定有透水板和压头的岩样与缸筒内壁之间保持一定的环形间隙放置在缸筒内，所述岩样的内径与缸筒的内径同轴，位于岩样两端的两个压头分别与活塞和底板面接触，底板上设有通向压头的渗透液管和通向缸筒内环形间隙的围压液管，出水管设在活塞上，与接触活塞的压头连通，所述渗透液管连接渗透回路，围压液管与围压回路连接；所述轴向加载机构由支架、螺杆、千分表和带有止推轴承的垫块组成，在支架下部设有用于放置渗透仪的凸台，螺杆位于凸台的正上方，活动连接在支架上，在螺杆下端活动连接有垫块，千分表连接在垫块上。
2.根据权利要求1所述的岩石渗透特性快速试验装置，其特征是所述的渗透回路包括顺次连接在渗透液管上的截止阀、压力传感器、流量传感器、分流阀以及并联在分流阀上的低压渗透回路和高压渗透回路，所述的低压渗透回路由柱塞泵、溢流阀、压力表和过滤器连接构成，所述的高压渗透回路由手摇泵和稳压器连接组成。
3.根据权利要求2所述的岩石渗透特性快速试验装置，其特征是在低压渗透回路和高压渗透回路与分流阀的连接处分别设有单向阀。
4.根据权利要求2所述的岩石渗透特性快速试验装置，其特征是渗透仪共用同一个低压渗透回路和高压渗透回路。
5.根据权利要求1所述的岩石渗透特性快速试验装置，其特征是所述的围压回路由第二柱塞泵、第二溢流阀和第二压力表连接组成。
6.根据权利要求5所述的岩石渗透特性快速试验装置，其特征是渗透仪共用同一个围压回路。
7.根据权利要求1所述的岩石渗透特性快速试验装置，其特征是在底板上设有与所述压头匹配的凹槽，压头放置在所述凹槽内。
8.根据权利要求1所述的岩石渗透特性快速试验装置，其特征是所述的垫块与螺杆下端球面接触。
9.根据权利要求1所述的岩石渗透特性快速试验装置，其特征是在活塞与缸筒的接触面、底板与缸筒的接触面、压头与活塞和底板的接触面上均设有0型密封圈。
全文摘要
本发明涉及一种岩石渗透特性快速试验装置，由一个轴向加载机构、安装在所述轴向加载机构上的至少一个渗透仪、以及连接在渗透仪上的渗透回路和围压回路构成。其中，渗透仪由缸筒、活塞、底板、压头、透水板和岩样组成，由支架、螺杆、千分表和带有止推轴承的垫块组成。装置由第二柱塞泵向渗透仪提供围压，由柱塞泵和/或手摇泵向渗透仪提供渗透压差。本发明的试验装置可以同时对多块岩样进行渗透试验，减少试验时间，并且降低试验费用。装置操作简单、性能可靠，可以车载到指定地点进行试验，具有广泛的实用性。
文档编号G01N15/08GK102410976SQ201110219759
公开日2012年4月11日 申请日期2011年8月3日 优先权日2011年8月3日
发明者修成智, 四旭飞, 张文平, 王东飞, 王继, 范屹东 申请人:山西潞安环保能源开发股份有限公司