[发明专利]一种用于模拟孔隙-裂隙双重介质渗流水力特性的试验系统

说明书

技术领域

本发明特别涉及一种用于模拟孔隙-裂隙双重介质渗流水力特性的试验系统。

背景技术

在实际工程中，特别是我国西南喀斯特地貌地区，普遍存在形成裂隙的岩体渗透系数较大，不能简单的作不透水处理的情况。以往的试验研究，由于模型材料、制作方法、量测技术等限制，只能分别针对裂隙介质独立进行试验研究。这些试验系统的共同缺陷是将裂隙面做不透水面处理，没有对形成裂隙的孔隙介质进行合理的模拟，忽略了孔隙介质和裂隙介质之间的水交换。因而，只能模拟基质渗透性较差的裂隙岩体，无法模拟基质渗透性较好，裂隙介质和孔隙介质存在大量水交换的裂隙岩体。

发明内容

本发明针对现有裂隙渗流试验系统的缺陷，开发制作一种可以模拟孔隙介质渗透性较好的双重介质渗流水力特性试验系统，可以适用于孔隙-裂隙双重介质渗流水力特性试验研究。

本发明的技术方案是：一种用于模拟孔隙-裂隙双重介质渗流水力特性的试验系统，包括介质实验模块、水循环控制模块以及数据采集模块，其特征在于：

所述的介质试验模块包括箱体以及设置在箱体中部内的孔隙介质，在孔隙介质与箱体内壁之间形成有一间距可调的裂隙介质，在所述箱体内孔隙介质的两端分别设置有孔隙介质进水水箱和孔隙介质出水水箱，在所述箱体内裂隙介质的两端分别设置有裂隙介质进水水箱和裂隙介质出水水箱；

所述的水循环控制模块包括供水系统和回水系统，所述的供水系统的出水口分别连接所述的孔隙介质进水水箱和裂隙介质进水水箱；所述的回水系统的进水口分别连接所述的孔隙介质出水水箱和裂隙介质出水水箱；

所述的数据采集模块包括温度传感器、流量计以及压力传感器，在所述的孔隙介质进水水箱、孔隙介质出水水箱、裂隙介质进水水箱以及裂隙介质出水水箱均设置有温度传感器；在所述的孔隙介质、裂隙介质、孔隙介质进水水箱、孔隙介质出水水箱、裂隙介质进水水箱以及裂隙介质出水水箱内均设置有所述的压力传感器；在所述的孔隙介质出水水箱和裂隙介质出水水箱的出水口分别设置有所述的流量计。

所述的孔隙介质采用石英砂多孔混凝土。

所述的箱体包括试验台以及四个有机玻璃板侧壁，与裂隙介质相连的有机玻璃板侧壁可滑动的设置在试验台上。

与裂隙介质相连的有机玻璃板侧壁下设置有一底座，在底座上设置有滑槽。

在所述的孔隙介质、裂隙介质、孔隙介质进水水箱、孔隙介质出水水箱、裂隙介质进水水箱以及裂隙介质出水水箱内均设置有测压管，所述的压力传感器设置在测压管一端。

所述的孔隙介质内的测压管垂直布置，所述的裂隙介质内的测压管水平布置。

本发明试验系统对孔隙-裂隙双重介质渗流进行模拟，对水交换及渗流场信息进行全自动实时采集。

1）  介质试验模块的制作。根据研究需要，自行配比石英砂多孔混凝土模拟孔隙介质；石英砂多孔混凝土与有机玻璃板拼合模拟裂隙介质；孔隙介质和裂隙介质有各自独立的进出水水箱；不透水边界采用掺入有机硅防水剂的素混凝土模拟；采用硅胶和塑料条加热粘合对周边缝进行止水处理。

2）  水循环控制模块的制作。试验用水采用自循环形式，水流的循环系统由供水系统、回水系统组成。供水系统包括蓄水池、水泵、供水平水箱及输水管道；蓄水池采用设置消能堰的硬塑料水槽；水泵采用较大扬程的自吸泵；供水平水箱采用由进水平水仓和回水仓组成的硬塑料水箱；输水管道采用加钢丝的塑料螺纹管。回水系统由回水平水箱及输水管道组成；回水平水箱采用由进水平水仓和回水仓组成的硬塑料水箱；输水管道采用加钢丝的塑料螺纹管。

3）  数据采集模块的制作。数据采集模块包括试验水压量测系统、进出水流量量测系统、水温量测系统和数据输出记录系统组成。水压量测系统采用自行研制的多相压力采集传输装置和压力传感器采集水压数据；进出水流量量测系统采用流量计采集流量数据；水温量测系统采用温度传感器采集水温数据；数据输出记录系统由数据采集仪、24V直流电源、电子计算机以及相应的软件组成。

本发明的优点

1）本发明系统将孔隙介质和裂隙介质同时布置在箱体内，并同时测量两介质内的压力、流量等数据，可以实时的采集水流在两介质之间的相互渗透性能，改变了传统裂隙渗流试验系统忽略孔隙介质渗透性、无法得到双重介质水交换信息等缺陷，试验系统与实际情况更加吻合。

2）具有孔隙介质渗透系数、裂隙宽度和压力梯度可调节的特点，可进行不同条件下的双重介质渗流水力特性试验。

3）试验获得的水压信息和流量信息可进行全自动实时采集，并整理保存。