裂隙介質(zhì)系統(tǒng)滲透張量室內(nèi)測(cè)定裝置的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及水文地質(zhì)學(xué)中的地下水滲流領(lǐng)域，尤其是涉及裂隙介質(zhì)系統(tǒng)滲透張量室內(nèi)測(cè)定裝置，圓柱形封閉模擬箱的兩端分別通過(guò)支架安裝在升降裝置上；圓柱形封閉模擬箱有三組模擬裂隙，三組模擬裂隙互相垂直；垂直于每組模擬裂隙面設(shè)置模擬鉆孔，每個(gè)模擬鉆孔上附有一支示蹤管；每組模擬裂隙面沿傾向方向設(shè)置兩支測(cè)壓管，每組模擬裂隙的測(cè)壓管與模擬鉆孔平行；每個(gè)模擬鉆孔分別與儲(chǔ)水箱內(nèi)的水泵相連接，每組模擬裂隙的排水孔分別與儲(chǔ)水箱相通。該裝置構(gòu)建三組互相垂直的裂隙介質(zhì)，通過(guò)升降裝置可以調(diào)節(jié)模擬箱內(nèi)兩組裂隙的傾向與傾角，模擬不同條件下裂隙巖體中地下水的滲流過(guò)程，計(jì)算出不同條件下裂隙巖體的滲透張量。
【專利說(shuō)明】
裂隙介質(zhì)系統(tǒng)滲透張量室內(nèi)測(cè)定裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本實(shí)用新型涉及水文地質(zhì)學(xué)中的地下水滲流領(lǐng)域，尤其是涉及裂隙介質(zhì)系統(tǒng)滲透 張量室內(nèi)測(cè)定裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 地下水在巖土空隙中的運(yùn)動(dòng)稱為滲流，發(fā)生滲流的區(qū)域稱為滲流場(chǎng)。在水文地質(zhì) 學(xué)中，地下水的劃分類型有很多，其中按含水介質(zhì)可將地下水分為孔隙水、裂隙水和巖溶 水。目前，對(duì)于孔隙介質(zhì)的地下水滲流研究較為成熟，而對(duì)于裂隙巖體中地下水運(yùn)動(dòng)的研究 還存在諸多不足，這主要是由于裂隙介質(zhì)的不均勻性及非連續(xù)性而造成的。
[0003] 巖體由巖石和切割巖石的裂隙組成，故在裂隙巖體中同時(shí)存在著兩種空隙和滲流 系統(tǒng)，即空隙總體積較大而滲透性相對(duì)較弱的多孔巖塊系統(tǒng)和分割多孔巖塊的裂隙系統(tǒng)。
[0004] 地下水主要儲(chǔ)存在多孔巖塊系統(tǒng)中，而水在巖體中的滲流途徑主要為裂隙。在巖 層中，不同規(guī)模、不同方向的裂隙通道，交切連通構(gòu)成導(dǎo)水裂隙網(wǎng)絡(luò)，形成裂隙含水系統(tǒng)。由 于裂隙網(wǎng)絡(luò)通常由三組或三組以上的裂隙構(gòu)成，且裂隙的空間分布具有不均一性，使得裂 隙巖體的滲透特性具有顯著的各向異性和強(qiáng)烈的非均質(zhì)性，故裂隙巖體的滲流參數(shù)必須以 張量表示，即滲透張量，且可用滲透張量求解裂隙巖體的滲流場(chǎng)。
[0005] 目前，確定裂隙巖體滲透系數(shù)的方法主要有現(xiàn)場(chǎng)水力試驗(yàn)法、裂隙測(cè)量法和離散 裂隙網(wǎng)絡(luò)滲流數(shù)值試驗(yàn)法。現(xiàn)場(chǎng)水力試驗(yàn)法分為單孔壓水試驗(yàn)、三段壓水試驗(yàn)以及交叉孔 壓水試驗(yàn)。三段壓水試驗(yàn)法的基本原理為用壓水試驗(yàn)分別確定單組裂隙的滲透系數(shù)，然后 根據(jù)每組裂隙的產(chǎn)狀將滲透系數(shù)疊加得到巖體的總滲透張量。
[0006] 利用三段壓水試驗(yàn)刻畫裂隙巖體的滲透張量可用于研究裂隙巖體中的地下水埋 藏分布特征以及地下水流運(yùn)移規(guī)律，并且對(duì)于涉及裂隙巖體中的地下水這一問(wèn)題的相關(guān)領(lǐng) 域如水電工程、石油開(kāi)采、地下采礦工程以及邊坡工程等領(lǐng)域具有重大意義。
[0007] 裂隙巖體中的地下水滲流較為復(fù)雜，采用野外調(diào)查的方法無(wú)法清晰直觀的認(rèn)識(shí)到 地下水在裂隙巖體中的滲流過(guò)程，而采用數(shù)值模擬進(jìn)行研究時(shí)對(duì)于模型的概化以及參數(shù)的 選取具有一定的困難，計(jì)算結(jié)果存在一定的誤差。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0008] 針對(duì)上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型提供一種裂隙介質(zhì)系統(tǒng)滲透張量室內(nèi)測(cè)定裝置， 為搭建室內(nèi)物理模型，用以模擬裂隙巖體地下水滲流過(guò)程，同時(shí)可以試驗(yàn)結(jié)果及裂隙傾向、 傾角等參數(shù)計(jì)算出該條件下的裂隙巖體滲透張量，為學(xué)習(xí)和研究裂隙巖體中的地下水滲流 提供了一種有效的手段。
[0009] 具體的技術(shù)方案為：
[0010]裂隙介質(zhì)系統(tǒng)滲透張量室內(nèi)測(cè)定裝置，包括儲(chǔ)水箱、圓柱形封閉模擬箱、升降裝 置；圓柱形封閉模擬箱采用透明有機(jī)玻璃制成，圓柱形封閉模擬箱的兩端分別通過(guò)支架安 裝在升降裝置上；圓柱形封閉模擬箱有三組模擬裂隙，分別為第一模擬裂隙組、第二模擬裂 隙組、第三模擬裂隙組，三組模擬裂隙互相垂直;垂直于每組模擬裂隙面設(shè)置模擬鉆孔，每 個(gè)模擬鉆孔上附有一支示蹤管;模擬鉆孔的下端位于模擬裂隙內(nèi)，模擬鉆孔的下端管壁有 均勻分布的孔，下端由尼龍網(wǎng)包覆，模擬裂隙內(nèi)填充石英砂，每組模擬裂隙面沿傾向方向設(shè) 置兩支測(cè)壓管，每組模擬裂隙的測(cè)壓管與模擬鉆孔平行；
[0011] 每個(gè)模擬鉆孔分別通過(guò)附有流量控制閥的供水軟管與儲(chǔ)水箱內(nèi)的水栗相連接，從 而控制注入模擬裂隙中流量;每組模擬裂隙的排水孔分別通過(guò)附有流量控制閥的排水軟管 與儲(chǔ)水箱相通。
[0012] 升降裝置可以調(diào)節(jié)與圓柱形模擬箱內(nèi)兩組裂隙的傾角和傾向，從而形成不同的裂 隙網(wǎng)絡(luò)。
[0013] 通過(guò)向模擬鉆孔內(nèi)注水，可在裂隙介質(zhì)中形成水平徑向流，帶穩(wěn)定后，通過(guò)測(cè)量的 裂隙幾何參數(shù)、測(cè)壓管水位以及排水管道所測(cè)得的流量便可計(jì)算出該中裂隙類型的巖體滲 透張量。
[0014] 本實(shí)用新型提供的裂隙介質(zhì)系統(tǒng)滲透張量室內(nèi)測(cè)定裝置，構(gòu)建三組互相垂直的裂 隙介質(zhì)，以厚度約為隙寬的微型承壓含水層注水井形成的滲流場(chǎng)為基礎(chǔ)，通過(guò)升降裝置可 以調(diào)節(jié)模擬箱內(nèi)兩組裂隙的傾向與傾角，故可以模擬不同條件下裂隙巖體中地下水的滲流 過(guò)程，并且可以計(jì)算出不同條件下裂隙巖體的滲透張量。通過(guò)該裝置的實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)，可以認(rèn)識(shí) 到裂隙巖體的基本組成要素、滲透張量的求解以及裂隙巖體中地下水的滲流過(guò)程及特征， 從而為水電工程、邊坡工程等實(shí)際工程項(xiàng)目中巖體滲流場(chǎng)的分析奠定一定的基礎(chǔ)。
【附圖說(shuō)明】
[0015]圖1是本實(shí)用新型的主視結(jié)構(gòu)不意圖；
[0016]圖2是本實(shí)用新型的側(cè)視結(jié)構(gòu)不意圖；
[0017] 圖3是本實(shí)用新型的實(shí)施例的工作狀態(tài)示意圖；
[0018] 圖4是本實(shí)用新型的實(shí)施例的數(shù)據(jù)采集示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019] 結(jié)合【附圖說(shuō)明】本實(shí)用新型的【具體實(shí)施方式】。
[0020] 如圖1和圖2所示，裂隙介質(zhì)系統(tǒng)滲透張量室內(nèi)測(cè)定裝置，包括儲(chǔ)水箱2、圓柱形封 閉模擬箱3、升降裝置4;圓柱形封閉模擬箱3采用透明有機(jī)玻璃制成，圓柱形封閉模擬箱3的 兩端分別通過(guò)支架5安裝在升降裝置4上；圓柱形封閉模擬箱3有三組模擬裂隙，分別為第一 模擬裂隙組71、第二模擬裂隙組72、第三模擬裂隙組73,三組模擬裂隙互相垂直;垂直于每 組模擬裂隙面設(shè)置模擬鉆孔8,每個(gè)模擬鉆孔上附有一支示蹤管9;模擬鉆孔8的下端位于模 擬裂隙內(nèi)，模擬鉆孔8的下端管壁有均勻分布的孔，下端由尼龍網(wǎng)包覆10,模擬裂隙內(nèi)填充 石英砂11，每組模擬裂隙面沿傾向方向設(shè)置兩支測(cè)壓管12,每組模擬裂隙的測(cè)壓管12與模 擬鉆孔8平行；
[0021] 每個(gè)模擬鉆孔8分別通過(guò)附有流量控制閥的供水軟管與儲(chǔ)水箱2內(nèi)的水栗1相連 接，從而控制注入模擬裂隙中流量;每組模擬裂隙的排水孔15分別通過(guò)附有流量控制閥的 排水軟管與儲(chǔ)水箱2相通。
[0022] 通過(guò)升降裝置4可調(diào)節(jié)圓柱形封閉模擬箱3兩端高度，從而控制圓柱形封閉模擬箱 3內(nèi)的模擬裂隙的傾向及傾角，以構(gòu)建不同的裂隙網(wǎng)絡(luò)，計(jì)算不同條件下裂隙巖體的滲透張 量。
[0023]如圖3和圖4,根據(jù)地下水動(dòng)力學(xué)中裘布依穩(wěn)定承壓井流理論，利用達(dá)西線性滲流 定律，可得：
[0024]
[0025] 式中，R取 I1-IH取IiHi2;
[0026]對(duì)上式進(jìn)行積分，得到：
[0027]
[0028] 協(xié)πτ渴5丨丨.
[0029]
[0030] 分別對(duì)各組裂隙面進(jìn)行三段壓水試驗(yàn)，即可測(cè)得各組裂隙的滲透系數(shù)K1 (i = 1，2， 3)，故可求出巖體的滲透張量
[0031]
[0032] 式中，E為單位張量，m為裂隙單元法向矢量。
[0033] 接通電源，調(diào)節(jié)兩端升降裝置4到預(yù)期高度，利用羅盤、直尺等工具測(cè)量出每組裂 隙的傾角α與傾向以及每組模擬裂隙上兩根測(cè)壓管12與模擬鉆孔8的距離I 1J2t3關(guān)閉供排水 管路上的所有控制閥，打開(kāi)第一模擬裂隙組71上的模擬鉆孔供水管路及排水管路的控制 閥，待一段時(shí)間后，利用量筒、秒表等工具測(cè)定排水管路的流量Q，連續(xù)測(cè)三次，誤差小于5% 即達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。在示蹤管9中加入紅色示蹤劑，可觀察到水流在裂隙介質(zhì)中的徑流過(guò)程， 并記錄下示蹤劑到達(dá)每根測(cè)壓管位置的時(shí)間七4 2，讀出測(cè)壓管12中水位刻度值h^hs。根據(jù) 公式便可計(jì)算出該組裂隙介質(zhì)的滲透速度V1及滲透系數(shù)K 1。同理，可計(jì)算出其他兩組裂隙介 質(zhì)的滲透速度V2、V3及滲透系數(shù)K 2、K3,從而求出該條件下裂隙巖體的滲透張量K'
[0034]通過(guò)升降裝置4可調(diào)節(jié)圓柱形封閉模擬箱3內(nèi)第一模擬裂隙組71、第三模擬裂隙組 73傾向與傾角，利用相同的方法可以求出不同裂隙網(wǎng)絡(luò)的滲透張量。
[0035] 每組模擬裂隙均由兩塊透明樹(shù)脂平行板組成，兩塊透明樹(shù)脂平行板之間具有一定 隙寬，兩塊透明樹(shù)脂平行板內(nèi)壁上有用于刻畫裂隙面粗糙度的三角形凸起，兩塊透明樹(shù)脂 平行板之間填裝粒徑為〇. 25-0.5_的石英砂11。
[0036] 同時(shí)，可以改變石英砂的粒徑大小及數(shù)量、裂隙面的粗糙度等進(jìn)行相同試驗(yàn)，得到 不同影響因素下的裂隙巖體滲透張量，通過(guò)對(duì)比，得出各種影響因素與滲透張量的相關(guān)關(guān) 系，對(duì)研究和分析裂隙巖石滲流場(chǎng)具有重要意義。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.裂隙介質(zhì)系統(tǒng)滲透張量室內(nèi)測(cè)定裝置，其特征在于:包括儲(chǔ)水箱(2)、圓柱形封閉模 擬箱(3)、升降裝置(4);圓柱形封閉模擬箱(3)采用透明有機(jī)玻璃制成，圓柱形封閉模擬箱 (3)的兩端分別通過(guò)支架（5)安裝在升降裝置(4)上；圓柱形封閉模擬箱（3)有三組模擬裂 隙，分別為第一模擬裂隙組(71)、第二模擬裂隙組(72)、第三模擬裂隙組(73)，三組模擬裂 隙互相垂直；垂直于每組模擬裂隙面設(shè)置模擬鉆孔(8)，每個(gè)模擬鉆孔上附有一支示蹤管 (9);模擬鉆孔(8)的下端位于模擬裂隙內(nèi)，模擬鉆孔(8)的下端管壁有均勻分布的孔，下端 由尼龍網(wǎng)包覆（10)，模擬裂隙內(nèi)填充石英砂（11)，每組模擬裂隙面沿傾向方向設(shè)置兩支測(cè) 壓管（12 )，每組模擬裂隙的測(cè)壓管（12)與模擬鉆孔(8)平行； 每個(gè)模擬鉆孔(8)分別通過(guò)附有流量控制閥的供水軟管與儲(chǔ)水箱(2)內(nèi)的水栗（1)相連 接，從而控制注入模擬裂隙中流量;每組模擬裂隙的排水孔（15)分別通過(guò)附有流量控制閥 的排水軟管與儲(chǔ)水箱(2)相通。
【文檔編號(hào)】G01N15/08GK205538580SQ201620085893
【公開(kāi)日】2016年8月31日
【申請(qǐng)日】2016年1月28日
【發(fā)明人】許模, 張世殊, 李瀟, 黃潤(rùn)太, 康小兵, 石定國(guó), 張強(qiáng), 馬金根, 夏強(qiáng), 冉從彥, 肖先煊, 郭健, 王在敏, 楊艷娜, 漆繼紅
【申請(qǐng)人】成都理工大學(xué), 中國(guó)電建集團(tuán)成都勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司