[发明专利]用于岩体渗流试验的可持续加压的渗透装置

权利要求书

1.一种用于岩体渗流试验的可持续加压的渗透装置，包括开放式渗透仪(1)，开放式渗透仪(1)与颗粒回收系统(2)连接；其特征是，所述开放式渗透仪(1)还连接一可持续加压的加压系统(3)，所述加压系统(3)包括一双向液压缸(3-1)，双向液压缸(3-1)的缸筒下部由供水管路(3-2)连接水泵(3-3)及水箱(3-4)，供水管路(3-1)上设有阀门一(3-5)和阀门二(3-6)，位于阀门一(3-5)和阀门二(3-6)之间的供水管路(3-2)上连接供水支管(3-7)，供水支管(3-7)的出水端连接开放式渗透仪(1)的进水口，供水支管(3-7)上设有阀门三(3-8)、水压表(3-9)及流量表(3-10)，所述水压表(3-9)及流量表(3-10)由数据采集器(4)连接计算机(5)；所述双向液压缸(3-1)的缸筒上部由供油管路(3-11)连接油泵(3-12)和油箱(3-13)，供油管路(3-11)上设有油路阀门四(3-14)和换向阀(3-15)，位于换向阀(3-15)和油泵(3-12)之间的供油管路(3-11)上连接溢流管路(3-16)，溢流管路(3-16)上设有油压表(3-18)和溢流阀(3-17)。

2.根据权利要求1所述一种用于岩体渗流试验的可持续加压的渗透装置，其特征是，本发明设有一电控箱，所述阀门一(3-5)、阀门二(3-6)、阀门三(3-8)、阀门四(3-14)、溢流阀(3-17)和换向阀(3-15)均为电动阀门，且分别与电控箱连接；所述电控箱还连接水泵(3-3)和油泵(3-12)，实现对加压系统(3)的智能控制。

3.根据权利要求1所述一种用于岩体渗流试验的可持续加压的渗透装置，其特征是，本发明的使用方法是：步骤一，向双向液压缸(1)内注水：关闭阀门三(3-8)，打开阀门四(3-14)、阀门二(3-6)、阀门一(3-5)，将换向阀(3-15)切换至回油状态，开启水泵(3-3)，水沿着阀门一(3-5)、阀门二(3-6)注入双向液压缸(3-1)缸筒内，同时双向液压缸(3-1)活塞杆随着注水量的增加而上升，将双向液压缸(3-1)上部的油通过供油管路(3-11)送回到油箱(3-13)，根据活塞杆的行程，直至双向液压缸(3-1)缸筒内注水量达到需要量，停水泵(3-3)，换向阀(3-15)切换至中位；

步骤二，开启并调节渗透水压力：关闭阀门四(3-14)，开启油泵(3-12)，将换向阀(3-15)切换至送油状态，通过旋转溢流阀(3-17)阀门，调节溢流阀(3-17)开启压力，并观察油压表(3-18)读数，此时的溢流阀(3-17)开启压力实质是油压P，通过双向液压缸(3-1)缸筒内径d₍₁₎和活塞杆直径d₍₂₎换算出渗透水压力p，换算公式为

pP=1-(d2d1)2]]>

溢流阀(3-17)开启压力调节好之后，关闭油泵(3-12)；

步骤三，渗流试验：打开阀门四(3-14)、阀门三(3-8)和阀门一(3-5)，关闭阀门二(3-6)，启动油泵(3-12)，在稳定的油压作用下，双向液压缸(3-1)的活塞杆向下运动，推动缸筒内的水沿着阀门一(3-5)、阀门三(3-8)进入开放式渗透仪(1)，开始渗流试验；在此过程中，实时观察水压表(3-9)的读数和数据采集器(4)采集到的渗透水压力是否符合步骤二的换算公式，用来标定试验装置及采集系统的准确性；

步骤四，循环前三步，持续向开放式渗透仪(1)输送稳定的渗透水压力；

步骤五，数据采集器(4)将采集到的水流量和水压传给计算机(5)，从而计算出岩体的渗透特性。

4.根据权利要求1或3所述一种用于岩体渗流试验的可持续加压的渗透装置，其特征是，利用本发明做岩石渗透试验时，渗透特性计算方法为：通过数据采集器(4)采集到稳定的渗透水压力和流量的数据，并将数据传给计算机(5)，可以计算得到岩石的渗透性参量，具体计算方法如下：(1))通过渗透水压力和流量分别计算出压力梯度和渗流速度；(2))根据破碎岩体渗透性参量之间的幂指数关系和Forchheimer关系，建立了每一采样时刻渗透率的代数方程，并利用Newton切线法求得此代数方程的根；(3))对渗透率、非Darcy流β因子和加速度系数的参考值及幂指数进行优化，优化过程为：①分别对渗透率、非Darcy流β因子和加速度系数进行全区间三节点插值，②利用变步长的四阶Runge(-)Kutta法计算动量守恒方程的数值解，③计算渗流速度的数值解和试验结果之间的误差是否满足预定要求，④如不满足要求，重新调整渗透率、非Darcy流β因子和加速度系数的参考值及幂指数，直到满足为止。