本實(shí)用新型涉及一種不規(guī)則巖樣室內(nèi)滲流加壓供水設(shè)備，是一種用于大尺寸、不規(guī)則原狀裂隙巖室內(nèi)高壓滲流的加壓供水設(shè)備，適宜解決利用現(xiàn)有巖石滲流儀進(jìn)行不規(guī)則巖樣測試時(shí)難以實(shí)現(xiàn)恒壓差控的技術(shù)難題。尤其適用于包含縱橫交切裂隙且地質(zhì)信息豐富的非常規(guī)巖樣及滲流水流呈現(xiàn)紊流狀態(tài)的大尺寸原狀裂隙巖滲流測試過程中加壓供水所需。

背景技術(shù)：

裂隙巖體是十分復(fù)雜的非均勻各向異性介質(zhì)，是經(jīng)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)、風(fēng)化作用、溶蝕及卸荷作用往復(fù)改造后形成的地質(zhì)體。裂隙巖體滲流性與其宏觀力學(xué)特性一樣常受節(jié)理、裂隙分布狀況的影響和控制。天然巖體經(jīng)構(gòu)造、風(fēng)化、卸荷等地質(zhì)作用后常發(fā)育尺寸多樣、錯(cuò)落交切的裂隙，導(dǎo)致巖體非連續(xù)滲流計(jì)算中需定量考察裂隙系統(tǒng)的影響作用。

野外采集包含多組交叉裂隙的大尺寸、不規(guī)則原狀巖樣放入滲流壓力室開展室內(nèi)高壓滲流測試是巖體裂隙系統(tǒng)滲流特征考察普遍采用的一種試驗(yàn)手段。然而現(xiàn)有不規(guī)則巖樣滲流儀無法滿足等應(yīng)力控制測試需求，滲流方式上存在恒壓差控此類難以突破的技術(shù)難關(guān)，尚難實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓條件下多組交叉裂隙紊流狀態(tài)特征參數(shù)室內(nèi)獲取。采用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)與MCS單片機(jī)控制技術(shù)集成反壓調(diào)控和體變測量功能，為不規(guī)則巖樣壓力室提供恒壓差控式滲流條件，可有效解決交叉裂隙紊態(tài)水流下水力特性客觀考察難題并順利實(shí)現(xiàn)大尺寸、不規(guī)則原狀裂隙巖高壓測試目標(biāo)。本實(shí)用新型充分發(fā)揮設(shè)備在反壓調(diào)控和體變測量方面的集成優(yōu)勢，以高精度、穩(wěn)操控方式對(duì)試樣施加穩(wěn)定反壓的同時(shí)記錄滲流水流體變值，實(shí)時(shí)對(duì)應(yīng)的穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)顯著提升測試結(jié)果可信性及分析結(jié)論可靠度，有助于室內(nèi)條件下實(shí)現(xiàn)地質(zhì)工作者最為關(guān)心、地質(zhì)信息豐富的多組交叉裂隙滲流屬性考察及裂隙系統(tǒng)滲流特征研究。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是：針對(duì)現(xiàn)有不規(guī)則巖樣滲流儀無法滿足等應(yīng)力控制測試需求，滲流方式上存在恒壓差控此類難以突破的技術(shù)難關(guān)，尚難實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓條件下多組交叉裂隙紊流狀態(tài)特征參數(shù)室內(nèi)獲取。

本實(shí)用新型提供一種集反壓調(diào)控和體變測量于一體的不規(guī)則巖樣壓力室加壓供水設(shè)備，為包含多組交叉裂隙的不規(guī)則巖樣水力特征室內(nèi)考察提供恒壓差控式滲流條件。

本實(shí)用新型采取的技術(shù)方案是：

一種不規(guī)則巖樣室內(nèi)滲流加壓供水設(shè)備，包括殼體、減速器、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、主線路板變壓器、主控制板、活塞缸、壓力傳感器、水位指示針、推進(jìn)絲桿和導(dǎo)向桿；減速器、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、主線路板變壓器、主控制板、活塞缸、壓力傳感器、推進(jìn)絲桿和導(dǎo)向桿均置于殼體內(nèi)部；水位指示針設(shè)置于殼體正面外壁；

殼體背面外壁設(shè)置進(jìn)水管端口和出水管端口；

活塞缸內(nèi)置注水壓力調(diào)節(jié)室，活塞位于注水壓力調(diào)節(jié)室內(nèi)，活塞軸通過減速器連接推進(jìn)絲桿；注水壓力調(diào)節(jié)室上部設(shè)置排氣閥和三通閥，三通閥進(jìn)口通過導(dǎo)管與殼體背面外壁的進(jìn)水管端口連接，出口通過導(dǎo)管與殼體背面外壁的出水管端口連接；

推進(jìn)絲桿通過導(dǎo)向桿連接水位指示針；

壓力傳感器輸入端口連接注水壓力調(diào)節(jié)室用于實(shí)時(shí)感應(yīng)活塞缸內(nèi)部水壓值，輸出端口則與主控制板相連；

步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器與蝸輪蝸桿減速器連接用于驅(qū)動(dòng)活塞缸內(nèi)作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)的活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)，主控制板與步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器連接調(diào)控所設(shè)水壓值，驅(qū)動(dòng)器利用內(nèi)置于殼體的電源對(duì)其供電；

殼體正面外壁設(shè)有操作面板，操作面板上設(shè)有與主控制板相連的體積顯示窗、壓力顯示窗、電源指示燈、啟動(dòng)指示燈、出液指示燈、進(jìn)液指示燈、啟停按鈕、出液停止按鈕、進(jìn)液停止按鈕、恒壓設(shè)定按鈕、恒流量設(shè)定按鈕、壓力清零按鈕、體變清零按鈕和復(fù)位按鈕。

采用本實(shí)用新型技術(shù)方案進(jìn)行不規(guī)則巖樣室內(nèi)滲流測試時(shí)，殼體背面外壁進(jìn)水管端口經(jīng)三通閥、導(dǎo)管與滲流壓力室出水端相連；殼體背面外壁出水管端口經(jīng)三通閥、導(dǎo)管與滲流壓力室進(jìn)水端相連；測試時(shí)，水流在一定壓力驅(qū)使下流經(jīng)巖樣內(nèi)開口較小的裂隙時(shí)因粗糙起伏表面阻力影響而承受反作用力，根據(jù)測試目的調(diào)控該反作用力并記錄相應(yīng)滲流水流體變值而獲取裂隙導(dǎo)水參數(shù)。本實(shí)用新型設(shè)備創(chuàng)新優(yōu)勢在于利用反壓控制流經(jīng)巖樣裂隙的水壓值，避免直接加壓造成水頭損失導(dǎo)致滲流壓力值并非施加壓力值的現(xiàn)象出現(xiàn)，有助量測客觀數(shù)據(jù)進(jìn)而捕獲裂隙真實(shí)水力屬性。

本實(shí)用新型技術(shù)方案中的主控制板、壓力傳感器均為現(xiàn)有技術(shù)中的常規(guī)產(chǎn)品。

本實(shí)用新型的改進(jìn)，不規(guī)則巖樣室內(nèi)滲流加壓供水設(shè)備還包括滿水位限位開關(guān)和空水位限位開關(guān)；滿水位限位開關(guān)和空水位限位開關(guān)均設(shè)置在殼體內(nèi)分別用于限定推進(jìn)絲桿的最大行程和最小行程。本技術(shù)方案中的滿水位限位開關(guān)和空水位限位開關(guān)有效地保證了此設(shè)備的安全操作性能；同時(shí)滿水位限位開關(guān)和空水位限位開關(guān)均為現(xiàn)有技術(shù)中的常規(guī)限位開關(guān)。

本實(shí)用新型的改進(jìn)，減速器為蝸輪蝸桿減速器。此技術(shù)方案中設(shè)置的減速器有效地提高了輸出轉(zhuǎn)矩；同時(shí)蝸輪蝸桿減速器為現(xiàn)有技術(shù)中的常規(guī)產(chǎn)品。

本實(shí)用新型的改進(jìn)，驅(qū)動(dòng)器通過變壓器連接活塞缸驅(qū)動(dòng)缸內(nèi)活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)。本技術(shù)方案中變壓器的設(shè)置使得驅(qū)動(dòng)器獲得一個(gè)穩(wěn)定的電壓；同時(shí)變壓器為現(xiàn)有技術(shù)中的常規(guī)產(chǎn)品。

本實(shí)用新型的改進(jìn)，殼體側(cè)壁上設(shè)置排風(fēng)板。

本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比：

1、體積小、功能全。本實(shí)用新型聯(lián)合步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)和MCS單片機(jī)控制技術(shù)順利實(shí)現(xiàn)反壓調(diào)控和體變測量集成功效，以高精度、穩(wěn)操控方式對(duì)試樣施加穩(wěn)定反壓的同時(shí)記錄滲流水流體變值，實(shí)時(shí)對(duì)應(yīng)的穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)顯著提升測試結(jié)果可信性及分析結(jié)論可靠度。

2、恒壓差控穩(wěn)、實(shí)時(shí)測量精。本實(shí)用新型利用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的蝸輪蝸桿減速器實(shí)現(xiàn)不規(guī)則巖樣恒壓差控滲流，經(jīng)高靈敏度壓力傳感器實(shí)時(shí)反饋及主線路板變壓器輔助修正達(dá)穩(wěn)定調(diào)控、精確測量目標(biāo)。

3、水量供給足、壓力維持穩(wěn)、適用范圍廣。本實(shí)用新型采用活塞缸內(nèi)置注水壓力調(diào)節(jié)室的方式提供高壓滲流水流，大容量活塞缸與高靈敏調(diào)節(jié)室的有機(jī)結(jié)合為穩(wěn)壓水流的持續(xù)供給提供了充足保障，能滿足大尺寸巖樣測試時(shí)其較長滲流路徑的水量需求，有效拓寬設(shè)備適用對(duì)象與應(yīng)用范圍。

4、避免水壓損失、數(shù)據(jù)客觀真實(shí)。本實(shí)用新型通過反壓控制流經(jīng)巖樣交叉裂隙的水壓值，避免直接加壓造成水頭損失導(dǎo)致滲流壓力值并非施加壓力值的現(xiàn)象出現(xiàn)，所獲數(shù)據(jù)客觀、計(jì)算結(jié)果真實(shí)。

附圖說明

圖1是本實(shí)用新型的外觀立體圖。

圖2是本實(shí)用新型的內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡圖。

圖3是本實(shí)用新型的主視圖。

圖4是本實(shí)用新型進(jìn)行滲流試驗(yàn)的布置圖。

其中，1、殼體，2、控制器，3、活塞缸，5、水位指示針，6、導(dǎo)向桿，7、驅(qū)動(dòng)器，8、注水壓力室，9、減速器，10、操作面板，11、電源，12、變壓器，13、滲流壓力室，14、不規(guī)則巖樣室內(nèi)滲流加壓供水設(shè)備，15、儲(chǔ)水容器，16、體積顯示窗，17、壓力顯示窗，18、啟動(dòng)指示燈，19、出液指示燈，20、進(jìn)液指示燈，21、出液停止按鈕，22、進(jìn)液停止按鈕，23、恒壓設(shè)定按鈕，24、恒流量設(shè)定按鈕，25、壓力清零按鈕，26、體變清零按鈕，27、復(fù)位按鈕，28、啟停按鈕，29、1MPa按鈕。

具體實(shí)施方式

為使本實(shí)用新型的內(nèi)容更加明顯易懂，以下結(jié)合附圖1-4和具體實(shí)施方式做進(jìn)一步的描述。

本實(shí)用新型的不規(guī)則巖樣室內(nèi)滲流加壓供水設(shè)備包括殼體1、控制器2、活塞缸3、壓力傳感器、水位指示針5、推進(jìn)絲桿6、導(dǎo)向桿和驅(qū)動(dòng)器7；控制器、活塞缸、壓力傳感器、推進(jìn)絲桿和驅(qū)動(dòng)器均位于殼體內(nèi)；水位指示針設(shè)置在殼體側(cè)壁上；殼體側(cè)壁上設(shè)置排風(fēng)板，殼體背板上設(shè)置進(jìn)水管端口和出水管端口；活塞缸內(nèi)設(shè)置注水壓力室8，活塞缸的活塞軸一端位于注水壓力室內(nèi)、另一端通過減速器9連接推進(jìn)絲桿，此減速器為蝸輪蝸桿減速器；注水壓力室的上部設(shè)置排氣閥且注水壓力室上設(shè)置三通閥，三通閥的進(jìn)口通過導(dǎo)管連接殼體背板上的進(jìn)水管端口，三通閥的出口通過導(dǎo)管連接殼體背板上的出水管端口；推進(jìn)絲桿6通過導(dǎo)向桿連接水位指示針；壓力傳感器的輸入連接活塞缸內(nèi)的注水壓力室用于實(shí)時(shí)的反應(yīng)注水壓力室的，輸出連接控制器；驅(qū)動(dòng)器連接減速器間接驅(qū)動(dòng)活塞缸內(nèi)活塞軸動(dòng)作且驅(qū)動(dòng)器連接控制器，

驅(qū)動(dòng)器通過設(shè)置在殼體內(nèi)的電源11和變壓器12對(duì)其進(jìn)行供電；殼體面板上設(shè)置操作面板10，操作面板上設(shè)置有與控制器相連的體積顯示窗、壓力顯示窗、電源指示燈、啟動(dòng)指示燈、出液指示燈、進(jìn)液指示燈、出液停止按鈕、進(jìn)液停止按鈕、恒壓設(shè)定按鈕、恒流量設(shè)定按鈕、壓力清零按鈕、體變清零按鈕和復(fù)位按鈕。

如圖4所示，將滲流壓力室13的入滲端通過進(jìn)液管連接不規(guī)則巖樣室內(nèi)滲流加壓供水設(shè)備14，出滲端通過出液管連接儲(chǔ)水容器15，不規(guī)則巖樣室內(nèi)滲流加壓供水設(shè)備14通過導(dǎo)管連接儲(chǔ)水容器15后實(shí)現(xiàn)水流循環(huán)利用。待各部件連接完畢，啟動(dòng)不規(guī)則巖樣室內(nèi)滲流加壓供水設(shè)備，水流在預(yù)設(shè)壓力下沿巖樣內(nèi)連通裂隙網(wǎng)絡(luò)持續(xù)滲流并飽和樣品，調(diào)節(jié)不規(guī)則巖樣室內(nèi)滲流加壓供水設(shè)備的控制面板設(shè)定滲流壓力值，達(dá)穩(wěn)流狀態(tài)后記錄壓力、流量等數(shù)據(jù)，進(jìn)一步改變滲流壓力值，獲取一組對(duì)應(yīng)不同滲流壓力的穩(wěn)態(tài)測試數(shù)據(jù)。對(duì)滲流壓力室2重復(fù)上述連接設(shè)備、啟動(dòng)設(shè)備、改變壓力值、記錄穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)等操作最終分別獲取樣品1、2多組高壓穩(wěn)態(tài)滲流測試數(shù)據(jù)。對(duì)所獲數(shù)據(jù)展開計(jì)算分析，得到剪切與張拉兩種性質(zhì)裂隙的定量導(dǎo)水特征結(jié)果，經(jīng)對(duì)比判識(shí)可得局部構(gòu)造應(yīng)力場作用下的控水裂隙組，有助于地質(zhì)災(zāi)害防治和環(huán)境污染治理措施的有效針對(duì)實(shí)施。

本實(shí)施例中操作面板上設(shè)置的體積顯示窗16，顯示的是注水壓力室8內(nèi)水的體積變化測量值，顯示單位：ml。壓力顯示窗17，顯示的是反壓力測量值與發(fā)壓力設(shè)定值交替顯示，顯示單位：MPa。啟動(dòng)指示燈18，啟動(dòng)指示燈燈亮表示活塞缸中活塞作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)對(duì)反壓力的設(shè)定值進(jìn)行控制；燈滅則表示活塞停止運(yùn)動(dòng)。出液指示燈19，出液指示燈燈亮表示活塞缸中活塞以4mm/min速率上升；燈滅則停止。進(jìn)液指示燈20，進(jìn)液指示燈燈亮表示活塞缸中活塞以4mm/min速率后退；燈滅則停止。出液停止按鈕21，出液停止按鈕在啟動(dòng)、進(jìn)液燈亮、標(biāo)志處于左限位或處于設(shè)定狀態(tài)時(shí)按鍵失靈。反之出液燈亮?xí)r，按下則出液燈滅；出液燈滅時(shí)，按下則亮。進(jìn)液停止按鈕22，進(jìn)液停止按鈕在啟動(dòng)、出液燈亮、標(biāo)志處于右限位或處于設(shè)定狀態(tài)時(shí)按鍵失靈。反之進(jìn)液燈亮?xí)r，按下則進(jìn)液燈滅；進(jìn)液燈滅時(shí)，按下則亮。恒壓設(shè)定按鈕23，恒壓設(shè)定按鈕在進(jìn)液、出液或啟動(dòng)燈亮?xí)r按鍵失靈。反之按此鍵，蜂鳴一聲，壓力顯示窗17顯示前一次的反壓力設(shè)定值，進(jìn)入設(shè)定狀態(tài)。恒流量設(shè)定按鈕24，恒流量設(shè)定按鈕在進(jìn)液、出液或啟動(dòng)燈亮?xí)r按鍵失靈。反之按此鍵，蜂鳴一聲，體積變化顯示窗顯示前一次的設(shè)定的恒流量，進(jìn)入設(shè)定狀態(tài)。壓力清零按鈕25，在啟動(dòng)、出液、進(jìn)液燈滅或設(shè)定完畢時(shí)，按此鍵對(duì)顯示的反壓力清零，在反壓力設(shè)定狀態(tài)下按此鍵對(duì)0.1MPa位進(jìn)行加1。體變清零按鈕26，體變清零按鈕在啟動(dòng)、出液、進(jìn)液燈滅或設(shè)定完畢時(shí)，按此鍵對(duì)顯示的體積變化清零；在反壓力設(shè)定狀態(tài)下，按此鍵對(duì)0.01MPa位進(jìn)行加1。復(fù)位按鈕27，復(fù)位按鈕按下此鍵，回到初始狀態(tài)。實(shí)時(shí)顯示體變量000.0ml和反壓力值或反壓力設(shè)定值0.1MPa。啟停按鈕28，啟停按鈕在進(jìn)液指示燈、出液指示燈亮或設(shè)定狀態(tài)時(shí)按鍵失靈。反之啟動(dòng)燈亮?xí)r，按下則滅；啟動(dòng)燈滅時(shí)，按下則亮。

本實(shí)施例中操作面板上還設(shè)置1MPa按鈕29，1MPa按鈕21在啟動(dòng)、出液、進(jìn)液燈滅或設(shè)定狀態(tài)下，按此鍵對(duì)反壓力的MPa位進(jìn)行加1。

本實(shí)施例設(shè)備的工作說明如下：

1、試驗(yàn)前準(zhǔn)備

a.將此控制器安放平穩(wěn)，將主機(jī)放置在牢固的工作臺(tái)上，用隨機(jī)帶的尼龍管將壓力室反壓力的兩通閥與控制器后端的接頭相連接。

b.接通電源，預(yù)熱20分鐘，用壓力清零按鈕25和體變清零按鈕26對(duì)反壓力顯示值和體積變化顯示值清零。

c.選擇反壓力設(shè)定值：按下恒壓設(shè)定按鈕23，反壓力顯示窗顯示上次反壓力設(shè)定值，按下1MPa、0.1MPa、0.01MPa鍵設(shè)定所需的反壓力，再按一次恒壓設(shè)定按鈕23，即完成反壓力設(shè)定。

d.此時(shí)可以從反壓力顯示窗直接讀出反壓力值讀數(shù)。

2、試驗(yàn)

a.當(dāng)土樣需要施加反壓力時(shí)，先將注水壓力室8內(nèi)注水，待注水壓力室8中的水注滿后，將注水壓力室8上部的排氣螺釘擰緊，然后，使用“孔壓測量與軸向應(yīng)變控制器”施加周圍壓力，使注水壓力室8內(nèi)保持設(shè)定的周圍壓力值。打開反壓力三通閥，按啟停按鈕28，啟動(dòng)燈亮，此時(shí)活塞缸中的活塞作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)對(duì)土樣施以反壓力，使土樣內(nèi)部保持設(shè)定的反壓力。試驗(yàn)過程中，可以通過體積變化、反壓力顯示窗直接讀出體變量和反壓力值。

b.試驗(yàn)過程中，標(biāo)志處于右位蜂鳴時(shí)，表示活塞缸中的水已全部排出，應(yīng)該給活塞缸補(bǔ)水。方法如下：先轉(zhuǎn)動(dòng)反壓力閥，使控制器與儲(chǔ)水瓶相通(儲(chǔ)水瓶中必須有水)，按進(jìn)液停止按鈕22，此時(shí)進(jìn)液燈亮，活塞缸中的活塞向左移動(dòng)，儲(chǔ)水瓶中的水注向活塞缸，直至控制器中標(biāo)志處于左位，蜂鳴不已，可按出液停止按鈕21，使標(biāo)志左移，當(dāng)聽不到蜂鳴聲后，即按出液停止按鈕21，停止出液，活塞缸中已注滿水。轉(zhuǎn)動(dòng)周圍壓力閥，使控制器與土樣相通，按啟停按鈕28，對(duì)土樣施以反壓力，使土樣內(nèi)保持設(shè)定的反壓力值。

3、試驗(yàn)結(jié)束

a.當(dāng)試驗(yàn)完畢，可按下啟停按鈕28，啟動(dòng)燈滅，按下進(jìn)液停止按鈕22，將反壓力退回大氣狀態(tài)。再按下進(jìn)液停止按鈕22，進(jìn)液燈滅。

b.活塞缸補(bǔ)水.

轉(zhuǎn)動(dòng)反壓力閥，使控制器2與儲(chǔ)水容器15相通(儲(chǔ)水瓶中必須有水)，按下進(jìn)液停止按鈕22，活塞以4mm/min的速度后退，直至控制器中標(biāo)志處于左位，蜂鳴不已，可按出液停止按鈕21，使標(biāo)志左移，當(dāng)聽不到蜂鳴聲后，即按出液停止按鈕21，停止出液。

c.試驗(yàn)結(jié)束，立即關(guān)掉控制器電源。

本實(shí)用新型未涉及部分均與現(xiàn)有技術(shù)相同或采用現(xiàn)有技術(shù)加以實(shí)現(xiàn)。