一種大尺度單裂隙介質(zhì)中二維滲流的監(jiān)測(cè)方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于滲流監(jiān)測(cè)【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種大尺度單裂隙介質(zhì)中二維滲流的監(jiān)測(cè)方法。本發(fā)明的方法包括以下步驟：切剖大尺度裂隙介質(zhì)，得到上部樣品、下部樣品，二者豎直方向上下疊置；在上部樣品中部開設(shè)中心鉆孔和輻射鉆孔；輻射鉆孔上端口設(shè)應(yīng)力傳感器；在下部樣品四周設(shè)流量采集器和流速測(cè)試裝置；將水流從上部樣品的中心鉆孔注入，水流涌入輻射鉆孔，形成多個(gè)滲流路徑，并最終從上部樣品、下部樣品之間的水平破裂面流出，測(cè)量不同滲流路徑的水壓力值和水流流速，獲得不同滲流路徑長(zhǎng)度、不同水壓力情況下的滲透系數(shù)。本發(fā)明的方法能夠有效實(shí)現(xiàn)對(duì)大尺度單裂隙介質(zhì)二維滲透性能的測(cè)試監(jiān)測(cè)，獲得可靠性高的大尺度單裂隙介質(zhì)中二維滲流的滲透系數(shù)。
【專利說(shuō)明】一種大尺度單裂隙介質(zhì)中二維滲流的監(jiān)測(cè)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于滲流監(jiān)測(cè)【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種大尺度單裂隙介質(zhì)中二維滲流的監(jiān)測(cè)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]大尺度單裂隙介質(zhì)中二維滲流的監(jiān)測(cè)方法是研究裂隙介質(zhì)基本力學(xué)特性的基礎(chǔ)，特別是對(duì)于裂隙介質(zhì)在二維流動(dòng)情況下的滲透特性研究尤為重要。對(duì)于巖石類含裂隙的準(zhǔn)脆性材料，滲透性能是決定工程巖體長(zhǎng)期安全性的重要因素。評(píng)價(jià)工程巖體長(zhǎng)期穩(wěn)定性的滲透參數(shù)是通過(guò)監(jiān)測(cè)裂隙介質(zhì)在流體進(jìn)入情況時(shí)獲得。由于工程巖體尺度較大(米級(jí)尺度)，因而需對(duì)較大尺度內(nèi)的裂隙巖體進(jìn)行滲流監(jiān)測(cè)，才能獲得在該滲透情況下的滲透性能。因此，如何實(shí)現(xiàn)大尺度單裂隙介質(zhì)的二維滲流的監(jiān)測(cè)是亟待解決的問(wèn)題。
[0003]現(xiàn)有裂隙介質(zhì)滲透性能監(jiān)測(cè)方法，其測(cè)量的介質(zhì)對(duì)象尺度較小(厘米級(jí)尺度)，獲得的滲透參數(shù)運(yùn)用于工程上時(shí)并不準(zhǔn)確。帶來(lái)了諸多問(wèn)題，如尺度較小的裂隙介質(zhì)滲透參數(shù)往往較大尺度的裂隙介質(zhì)的滲透參數(shù)小，導(dǎo)致工程設(shè)計(jì)值偏向于保守；尺度較小的裂隙介質(zhì)的滲透表面特性并不明顯，尚不能表征大尺度裂隙介質(zhì)的表面特性，影響測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性。此外，現(xiàn)有大多數(shù)滲透性能監(jiān)測(cè)方法僅能夠監(jiān)測(cè)一維滲流路徑下的情況，不適用于二維滲流的監(jiān)測(cè)方法

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明需解決的技術(shù)問(wèn)題為:現(xiàn)有技術(shù)中的裂隙介質(zhì)滲透性能監(jiān)測(cè)方法，僅適用于尺度較小的介質(zhì)對(duì)象，且難以完成二維滲流監(jiān)測(cè)。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案如下所述:
[0006]一種大尺度單裂隙介質(zhì)中二維滲流的監(jiān)測(cè)方法，包括以下步驟:
[0007]步驟I
[0008]將大尺度裂隙介質(zhì)沿著破裂面剖開，表面分別進(jìn)行拋光處理形成水平破裂面，得到形狀、尺寸相同的兩個(gè)立方體樣品:上部樣品和下部樣品，上部樣品和下部樣品四角對(duì)準(zhǔn)，豎直方向上下疊置；
[0009]步驟2
[0010]在所述上部樣品中部開設(shè)若干個(gè)豎直方向貫通上部樣品的鉆孔，所述鉆孔孔徑相同，呈陣列式排列:陣列中心的鉆孔為中心鉆孔，其余的鉆孔為輻射鉆孔；
[0011]步驟3
[0012]在每個(gè)輻射鉆孔的上端口，設(shè)置應(yīng)力傳感器；
[0013]步驟4
[0014]沿所述下部樣品四周，設(shè)置一圈流量采集器，每個(gè)流量采集器均接有一個(gè)流速測(cè)試裝置；
[0015]步驟5[0016]水流從上部樣品的中心鉆孔注入，水流涌入輻射鉆孔，形成多個(gè)滲流路徑，并最終從上部樣品、下部樣品之間的水平破裂面流出；每個(gè)輻射鉆孔上端口的應(yīng)力傳感器獲得其對(duì)應(yīng)的滲流路徑的水壓力值；從水平破裂面流出的水流流入下部樣品四周的流量采集器，并通過(guò)與之相連的流速測(cè)試裝置測(cè)得流出的水流流速，與某個(gè)輻射鉆孔臨近的流速測(cè)試裝置測(cè)得的水流流速代表這個(gè)輻射鉆孔相對(duì)應(yīng)的滲流路徑的水流流速；
[0017]結(jié)合滲流過(guò)程中不同滲流路徑的水壓力值和水流流速，獲得不同滲流路徑長(zhǎng)度、不同水壓力情況下的滲透系數(shù)。
[0018]步驟I中，所述上部樣品與下部樣品最大尺度為米級(jí)尺度。
[0019]步驟2中，上部樣品可以設(shè)有I個(gè)中心鉆孔和34個(gè)輻射鉆孔，35個(gè)鉆孔優(yōu)選呈5行、7列分布。
[0020]作為優(yōu)選方案:步驟2中，35個(gè)鉆孔列距均為a，行距均為b ;沿樣品長(zhǎng)度方向的列距a為樣品長(zhǎng)度的1/10到1/5，沿樣品寬度方向的行距b為樣品寬度的1/10到1/8。上部樣品和下部樣品的長(zhǎng)度均為1100mm,寬度均為900mm, 35個(gè)陣列排布的鉆孔列距a=110mm,行距 b=110mm。
[0021]作為進(jìn)一步的優(yōu)選方案:上部樣品與下部樣品二者表面粗糙度均小于等于1.6 ；1個(gè)中心鉆孔和34個(gè)輻射鉆孔內(nèi)壁的表面粗糙度均小于等于3.2。
[0022]本發(fā)明的有益效果為:
[0023](I)本發(fā)明的一種大尺度單裂隙介質(zhì)中二維滲流的監(jiān)測(cè)方法，能夠有效實(shí)現(xiàn)對(duì)大尺度單裂隙介質(zhì)二維滲透性能的測(cè)試監(jiān)測(cè)，進(jìn)而獲得可靠性高的大尺度單裂隙介質(zhì)中二維滲流的滲透系數(shù)；
[0024](2)本發(fā)明的一種大尺度單裂隙介質(zhì)中二維滲流的監(jiān)測(cè)方法，能夠得到滲流過(guò)程中34個(gè)滲流路徑定位點(diǎn)的水壓力值和流出水量值，進(jìn)而獲得不同滲流路徑長(zhǎng)度情況下，以及不同水壓力情況下的滲透系數(shù)；
[0025](3)本發(fā)明的一種大尺度單裂隙介質(zhì)中二維滲流的監(jiān)測(cè)方法，操作方便、測(cè)量便捷，而且測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確可靠；
[0026](4)本發(fā)明的一種大尺度單裂隙介質(zhì)中二維滲流的監(jiān)測(cè)方法，特別適合于巖石、混凝土類準(zhǔn)脆性材料的滲透性能測(cè)試。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0027]圖1為本發(fā)明的一種大尺度單裂隙介質(zhì)中二維滲流的監(jiān)測(cè)方法設(shè)備布局圖；
[0028]圖2為圖1的俯視圖。
[0029]圖中，1-上部樣品，2_下部樣品，3_水平破裂面，4_福射鉆孔，5-中心鉆孔，6_流量采集器，7-流速測(cè)試裝置。
【具體實(shí)施方式】
[0030]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的一種大尺度單裂隙介質(zhì)中二維滲流的監(jiān)測(cè)方法進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
[0031]本發(fā)明的一種大尺度單裂隙介質(zhì)中二維滲流的監(jiān)測(cè)方法，包括以下步驟:
[0032]步驟I[0033]將大尺度裂隙介質(zhì)沿著破裂面剖開，表面分別進(jìn)行拋光處理形成水平破裂面3，得到形狀、尺寸相同的兩個(gè)立方體樣品:上部樣品I和下部樣品2。上部樣品I和下部樣品2四角對(duì)準(zhǔn)，豎直方向上下疊置。
[0034]本實(shí)施例中，上部樣品I與下部樣品2最大尺度均大于I米，為米級(jí)尺度。所述最大尺度為本領(lǐng)域術(shù)語(yǔ)，表示立方體長(zhǎng)、寬、高的最大值。上部樣品I與下部樣品2 二者表面粗糙度均小于等于1.6。
[0035]步驟2
[0036]在所述上部樣品I中部開設(shè)若干個(gè)豎直方向貫通上部樣品I的鉆孔，所述鉆孔孔徑相同，呈陣列式排列:陣列中心的鉆孔為中心鉆孔5，其余的鉆孔為輻射鉆孔4。
[0037]本實(shí)施例中，上部樣品I設(shè)有I個(gè)中心鉆孔5和34個(gè)輻射鉆孔4。作為優(yōu)選實(shí)施方式，上述35個(gè)鉆孔呈5行、7列分布，列距均為a，行距均為b。沿樣品長(zhǎng)度方向的列距a為樣品長(zhǎng)度的1/10到1/5，沿樣品寬度方向的行距b為樣品寬度的1/10到1/8，本實(shí)施例中，上部樣品I和下部樣品2的長(zhǎng)度均為1100mm，寬度均為900mm，35個(gè)陣列排布的鉆孔列距a=110mm,行距b=110mm。I個(gè)中心鉆孔5和34個(gè)福射鉆孔4內(nèi)壁的表面粗糙度均小于等于 3.2。
[0038]步驟3
[0039]在每個(gè)輻射鉆孔4的上端口，設(shè)置應(yīng)力傳感器。
[0040]步驟4
[0041]沿所述下部樣品2四周，設(shè)置一圈流量采集器6，每個(gè)流量采集器6均接有一個(gè)流速測(cè)試裝置7。
[0042]步驟5
[0043]水流從上部樣品I的中心鉆孔5注入，水流涌入輻射鉆孔4，形成多個(gè)滲流路徑，并最終從上部樣品1、下部樣品2之間的水平破裂面3流出；每個(gè)輻射鉆孔4上端口的應(yīng)力傳感器獲得其對(duì)應(yīng)的滲流路徑的水壓力值；從水平破裂面3流出的水流流入下部樣品2四周的流量采集器6，并通過(guò)與之相連的流速測(cè)試裝置7測(cè)得流出的水流流速，與某個(gè)輻射鉆孔4臨近的流速測(cè)試裝置7測(cè)得的水流流速代表這個(gè)輻射鉆孔4相對(duì)應(yīng)的滲流路徑的水流流速。
[0044]結(jié)合滲流過(guò)程中不同滲流路徑的水壓力值和水流流速，進(jìn)而獲得不同滲流路徑長(zhǎng)度、不同水壓力情況下的滲透系數(shù)。
[0045]通過(guò)水壓力值和水流流速，獲得滲透系數(shù)的方法為本領(lǐng)域技術(shù)人員公知常識(shí)。
【權(quán)利要求】
1.一種大尺度單裂隙介質(zhì)中二維滲流的監(jiān)測(cè)方法，其特征在于:包括以下步驟: 步驟I 將大尺度裂隙介質(zhì)沿著破裂面剖開，表面分別進(jìn)行拋光處理形成水平破裂面(3)，得到形狀、尺寸相同的兩個(gè)立方體樣品:上部樣品(I)和下部樣品(2)，上部樣品(I)和下部樣品(2)四角對(duì)準(zhǔn)，豎直方向上下疊置； 步驟2 在所述上部樣品(I)中部開設(shè)若干個(gè)豎直方向貫通上部樣品(I)的鉆孔，所述鉆孔孔徑相同，呈陣列式排列:陣列中心的鉆孔為中心鉆孔(5)，其余的鉆孔為輻射鉆孔(4); 步驟3 在每個(gè)輻射鉆孔(4)的上端口，設(shè)置應(yīng)力傳感器； 步驟4 沿所述下部樣品(2)四周，設(shè)置一圈流量采集器(6)，每個(gè)流量采集器(6)均接有一個(gè)流速測(cè)試裝置(7)； 步驟5 水流從上部樣品⑴的中心鉆孔(5)注入，水流涌入輻射鉆孔(4)，形成多個(gè)滲流路徑，并最終從上部樣品(I)、下部樣品(2)之間的水平破裂面(3)流出；每個(gè)輻射鉆孔⑷上端口的應(yīng)力傳感器獲得其對(duì)應(yīng)的滲流路徑的水壓力值；從水平破裂面(3)流出的水流流入下部樣品(2)四周的流量采集器(6)，并通過(guò)與之相連的流速測(cè)試裝置(7)測(cè)得流出的水流流速，與某個(gè)輻射鉆孔(4)臨近的流速測(cè)試裝置(7)測(cè)得的水流流速代表這個(gè)輻射鉆孔(4)相對(duì)應(yīng)的滲流路徑的水流流速； 結(jié)合滲流過(guò)程中不同滲流路徑的水壓力值和水流流速，獲得不同滲流路徑長(zhǎng)度、不同水壓力情況下的滲透系數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種大尺度單裂隙介質(zhì)中二維滲流的監(jiān)測(cè)方法，其特征在于:步驟I中，所述上部樣品(I)與下部樣品(2)最大尺度為米級(jí)尺度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種大尺度單裂隙介質(zhì)中二維滲流的監(jiān)測(cè)方法，其特征在于:步驟2中，上部樣品(I)設(shè)有I個(gè)中心鉆孔(5)和34個(gè)輻射鉆孔(4)，35個(gè)鉆孔呈5行、7列分布。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種大尺度單裂隙介質(zhì)中二維滲流的監(jiān)測(cè)方法，其特征在于:步驟2中，35個(gè)鉆孔列距均為a，行距均為b ;沿樣品長(zhǎng)度方向的列距a為樣品長(zhǎng)度的1/10到1/5，沿樣品寬度方向的行距b為樣品寬度的1/10到1/8。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種大尺度單裂隙介質(zhì)中二維滲流的監(jiān)測(cè)方法，其特征在于:步驟2中，上部樣品(I)和下部樣品⑵的長(zhǎng)度均為1100mm，寬度均為900mm，35個(gè)陣列排布的鉆孔列距a=110mm,行距b=110mm。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種大尺度單裂隙介質(zhì)中二維滲流的監(jiān)測(cè)方法，其特征在于:上部樣品(I)與下部樣品(2) 二者表面粗糙度均小于等于1.6 ;1個(gè)中心鉆孔(5)和34個(gè)輻射鉆孔(4)內(nèi)壁的表面粗糙度均小于等于3.2。
【文檔編號(hào)】G01N15/08GK103940716SQ201310021754
【公開日】2014年7月23日 申請(qǐng)日期:2013年1月21日 優(yōu)先權(quán)日:2013年1月21日
【發(fā)明者】蘇銳, 滿軻, 王駒 申請(qǐng)人:核工業(yè)北京地質(zhì)研究院