[发明专利]一种基于中子射线平台的研究受损岩石渗吸的动载装置

说明书

本发明的目的在于提出一种基于中子射线平台研究受损岩石渗吸的动载装置，数控泵、马氏瓶分别与水槽相连，水槽置于电动升降台上，马氏瓶夹持在电动铁架夹持器上，动载装置两侧的气压缸端部通过杆件连接起来，重锤固定于杆件中部，动载装置下部为承重底板且正视方向开有岩心放置口，两侧安置有岩心夹持器，最终将岩心放置于承重底板中心，动载装置开启后重锤撞击岩心使岩心受损，岩心夹持器固定岩心使岩心保持原位状态，承重底板打开，水槽和马氏瓶同步上升使岩心接触液面，达到中子射线谱仪可从正面照射并做水沿受损岩石渗吸的图像及数据记录、实时定量化研究流体在非饱和受损岩石渗吸过程中，饱和度随着入渗吸时间的空间演化过程的目的。

技术领域

本发明涉及受损状态下的多孔介质非饱和渗流领域，尤其涉及一种基于中子射线平台研究受损岩石渗吸的动载装置。

背景技术

水圈和岩石圈是人类赖以生存的地球表层的重要组成部分，二者的相互作用即水岩耦合一直是相关领域研究的热点。岩石中的非饱和渗流是多孔介质渗流的典型代表。通过测定水在特定压差下通过岩石的流量，进而利用达西定律测定岩石的渗透率是一种普遍采用的实验手段。这种状态下的岩石往往处于饱和状态，而不论是自然界还是工程界，水在非饱和岩石中的渗流现象更为普遍的存在。作为水在非饱和岩石中渗流问题的重要组成部分，考虑毛细管力作用下水在岩石中的自发渗吸问题值得深入研究。

在实际工程领域中，岩石等多孔介质往往是多向受载状态下进行渗流过程的，例如，作为煤矿典型动力灾害之一的煤与瓦斯突出在发生前，岩壁与煤壁往往受掘进头掘进的影响处于受损状态；再如，矿井发生突水事故之前，井巷的顶板与侧帮往往在岩体内部应力的作用下处于受损状态，故先期研究实验室尺度下受损岩石的非饱和渗流过程对于煤矿典型动力灾害的判识预警显得尤为重要。

但目前尚缺乏可靠的手段实时定量化研究水在非饱和岩石中的渗吸规律，如饱和度随着入渗时间的推移在岩石内部的空间演化过程。由于中子不带电，能轻易的穿透电子层，仅与原子核发生作用，因此其衰减系数与入射的中子能量和物质的原子核截面有关，而与原子序数无关。中子穿过物体时的吸收系数随原子序数的变化很不规则，中子能够穿透重元素物质，对大部分重元素，如铁、铅、铀等，中子衰减系数小；对某些轻元素如水中的氢等，中子衰减系数反而特别大。由于中子上述特点，使中子照相技术特别适合研究非饱和多孔介质中水的等富氢流体的非饱和渗吸问题。但由于优质的中子束流一般依赖于核反应堆提供，造成了中子束流的短缺，目前国内对相关领域的研究极少，尤其是配合中子照相技术研究受损多孔介质中水的非饱和渗吸问题的实验设备尚未开发。

发明内容

本发明实施例的目的在于提出一种基于中子射线平台研究受损岩石渗吸的动载装置，数控泵的泵口与水槽通过进液胶管相连，马氏瓶与水槽通过胶管相连，水槽置于电动升降台上，马氏瓶夹持在电动铁架夹持器上，动载装置固定于固定台上，动载装置两侧装有气压缸，两气压缸端部通过杆件连接起来，重锤固定于杆件中部并内置于动载装置套筒，动载装置下部为承重底板且动载装置下部正视方向开有岩心放置口，两侧安置有岩心夹持器，最终将岩心放置于承重底板中心，动载装置开启后重锤撞击岩心使岩心受损，岩心夹持器固定岩心使岩心保持原位状态，承重底板打开，水槽和马氏瓶同步上升使受损岩心接触液面，达到中子射线谱仪可从正面照射并做水沿受损岩石渗吸的图像及数据记录、实时定量化研究流体在非饱和受损岩石渗吸过程中，饱和度随着入渗时间的空间演化过程的目的。为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于中子射线平台研究受损岩石渗吸的动载装置，包括：

数控泵、水槽、电动阀门、电动升降台、电动铁架夹持器、马氏瓶、液位传感器、固定台和动载装置，所述数控泵与水槽用进液胶管相连，所述水槽与马氏瓶用胶管相连，所述电动阀门安装于马氏瓶胶管与水槽连接孔处，所述水槽置于电动升降台上，所述马氏瓶夹持在电动铁架夹持器上，所述动载装置固定于固定台上，所述动载装置组成为套筒、承重底板、两个气压缸、连接杆件、重锤和岩心夹持器，其中重锤固定于杆件中部并内置于动载装置套筒，所述动载装置下部为承重底板且动载装置下部正视方向开有岩心放置口，两侧安置有岩心夹持器。