[发明专利]破碎岩石非线性渗流试验系统及方法

说明书

本发明提出一种破碎岩石非线性渗流试验系统及方法，属于破碎岩石非线性渗流试验技术领域。本破碎岩石非线性渗流试验系统，包括试验座、渗流板、筛筒、缸筒、轴向液压加载缸、压头、液压泵、位移传感器、压力传感器、透水板、高压水泵、流量计、水压传感器、数据采集装置和数据处理装置等。本发明的有益效果：可以定量研究不同粒径破碎岩石的非线性渗流过程，获取不同应力状态和水压力梯度下破碎岩石颗粒流失引起孔隙率、渗透率和流速的变化数据，进而拟合得到非线性渗流公式并分析非线性渗流过程。

技术领域

本发明涉及破碎岩石非线性渗流试验技术领域，特别是涉及一种破碎岩石非线性渗流试验系统及方法。

背景技术

在矿山开采施工工程中，常常会揭露断层、陷落柱、破碎带等缺陷地质构造。这些地质构造中充填着粒径大小不一、破碎程度不同的岩石，极易发展成为承压水导升的优势通道。随着承压水渗流，部分破碎岩石在冲蚀作用下崩解弱化和细小颗粒流失，破碎带整体强度和稳定性降低，渗透性大大提高，易造成突水灾害，给安全生产和工程建设带来了极大的威胁，因此研究破碎岩石的渗流行为显得尤为重要。

国内外学者对渗流行为进行了大量研究，基于描述均匀介质线性渗流的达西定律(Darcy定律)，学者在工程实践中认识到颗粒较粗、孔隙较大的非均匀孔隙介质或裂隙介质中存在非Darcy渗流现象，即流体流速与压力梯度呈非线性关系。而突水灾害研究表明，突水流体在破碎岩体中的流速与压力关系不再满足线性Darcy方程，其渗流行为表现出明显的非线性特征。破碎岩石非线性渗流行为是一项复杂的过程，地下工程的隐蔽性使现场观测研究难以进行，因此有必要提出一种在室内进行的破碎岩石非线性渗流试验系统及方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种破碎岩石非线性渗流试验系统及方法，定量研究不同粒径破碎岩石的非线性渗流过程，获取不同应力状态和水压力梯度下破碎岩石颗粒流失引起孔隙率、渗透率和流速的变化数据，进而拟合得到非线性渗流公式并分析非线性渗流过程。

本发明提供一种破碎岩石非线性渗流试验系统，包括试验座、渗流板、筛筒、缸筒、轴向液压加载缸、压头、液压泵、位移传感器、压力传感器、透水板、高压水泵、流量计、水压传感器、数据采集装置和数据处理装置；

试验座的中间位置设置有上下贯通的开口，开口区域装配渗流板，渗流板上均匀分布有上下贯通的渗流孔；

渗流板的下端设置筛筒，渗流孔分布的区域位于筛筒的上端内腔区域内；

渗流板的上端设置缸筒，缸筒的内腔区域位于渗流孔分布的区域内；

试验座上方设置轴向液压加载缸，轴向液压加载缸的伸缩端设置压头，轴向液压加载缸经液压管路连接液压泵，液压管路上设置位移传感器和压力传感器；

压头的下端设置透水板，压头内设置有注水通道，注水通道的一端连接透水板，注水通道的另一端经注水管路连接高压水泵，注水管路上设置流量计和水压传感器；

缸筒内腔设置有破碎岩石试样，压头及透水板从缸筒的上端伸入缸筒内腔；

数据处理装置经信号电缆连接数据采集装置，数据采集装置经信号电缆分别连接位移传感器、压力传感器、流量计和水压传感器。

进一步地，所述筛筒内从上向下依次设置有多个筛网，从上向下筛网的孔径依次变小。

进一步地，所述筛筒为倒置的锥台形。

进一步地，锥台形的筛筒内壁从上向下依次设置有多个台阶，台阶上放置圆形筛网。

进一步地，锥台形的筛筒锥角为60°。

进一步地，缸筒的下端边沿设置有装配耳，装配耳位于开口边沿的上表面，装配耳上设置有若干个第一装配孔，渗流板的边沿位置设置有若干个第二装配孔，筛筒的上端设置有若干个第三装配孔，螺栓依次穿过第一装配孔、第二装配孔和第三装配孔后装配螺母。