一種裂隙材料滲流測試儀的製作方法
2023-09-21 07:40:55 1
專利名稱：一種裂隙材料滲流測試儀的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種滲流測試系統，特別是關於一種裂隙材料滲流測試儀。
背景技術：
固體材料中裂隙的存在會很大程度上改變材料固有的滲透性，要正確評價裂隙對 固體工程材料的影響，就需要定量測定裂隙的滲流量。目前，包括容器和廢物處置等諸多的 工程領域對材料的滲透性有明確的要求，而工程結構材料在正常使用條件下由於自身的脆 性或者由於外部偶然荷載的作用會產生不同類型的裂隙，準確測試這些裂隙的滲流量對正 確設計和評估結構的滲透性和密閉性有重要作用。針對材料裂隙形態的不同，裂隙滲流量的測量有兩種基本途經(1)以多條裂隙 為研究對象，測量含有一組裂隙的材料試件的滲流量；(2)以單一裂隙(裂縫)為研究對 象，研究具體的某一裂隙的滲流過程。前者，法國學者Breysse等1994年研發的BIPEDE裂 隙滲流裝置可以用於研究水泥混凝土脆性材料在拉伸荷載作用下自然產生的多條裂隙的 滲流量；後者，以丹麥學者Edvardsen於1999年發表的混凝土材料裂隙滲透裝置為代表。 但後者滲透裝置中的裂隙是通過人工方法由兩個混凝土成型面模擬實現的，並非真正的材 料斷裂表面。近年來的研究表明，在滲流過程中，材料斷裂表面的粗糙度、斷裂表面可能與流體 發生的物質交換和化學反應同樣都對滲流量產生較大影響。因此，測試單個的真實斷裂面 構成的裂隙滲流量，對判斷材料斷裂後的滲流特性才真實有效。
發明內容
針對上述問題，本發明的目的是提供一種裂隙材料滲流測試儀。該儀器可直接測 量單個裂隙的滲流量，操作簡便；可對同一裂隙進行反覆測試，測試結果可靠。為實現上述目的，本發明採取以下技術方案一種裂隙材料滲流測試儀，其特徵在 於包括一水箱，水箱的出水口通過連接導管連接到一流量裝置，在連接導管上設置一進水 閥門，滲流裝置上安裝有壓力表和出水閥門，在滲流裝置下方設置有一收集漏鬥，收集漏鬥 連接到計量容器；所述滲流裝置包括一上腔體，所述上腔體通過螺栓分別和兩個下墊板相 連，在所述上腔體和兩個下墊板之間夾設有滲流試樣，所述滲流試樣側面套有橡膠套和卡 箍，所述滲流試樣與上腔體之間形成有密閉的儲水空腔。所述壓力表和出水閥門設置在上腔體上，所述上腔體與連接導管連通。所述收集漏鬥設置在兩所述下墊板之間，並在所述滲流試樣下方的位置。所述滲流裝置由一滲流裝置支架支撐，所述滲流裝置與水箱之間具有一定高度 差。本發明由於採取以上技術方案，其具有以下優點1、本發明以單一裂隙材料為研 究對象，並且裂隙是在自然條件下形成的真實裂隙，因此測定的滲流特性更加真實有效。2、 本發明設計一種密閉的滲流裝置，使得流體完全由材料裂隙滲透而過，對於測定裂隙的滲流特性完全準確。3、在滲流試樣外側面套設一橡膠套和卡箍，一方面使得試樣裂隙可調，另 一方面可以保證試樣周圍密封，使得水只能從裂隙中流過。總之，本發明的結構設置更加接 近於真實情況，對於測定結構斷裂的特性更準確。
圖1是本發明測定儀的總體布置2是滲流裝置的結構示意3是試樣與橡膠套、卡箍的裝配示意圖
具體實施例方式下面結合附圖和實施例對本發明的進行詳細的描述。如圖1所示，本發明主要由以下幾部分組成水箱1、進水閥門2、連接導管3、滲流 裝置4、滲流裝置支架5、收集漏鬥6和計量容器7。水箱1的出水口通過連接導管3連接到流量裝置4，在連接導管3上設置一進水閥 門2。滲流裝置4由滲流裝置支架5支撐，在滲流裝置4上安裝有滲流試樣8，在滲流裝置 4下方設置有一收集漏鬥6，用以收集由滲流裝置4流下來的水(或其它滲流試劑)。收集 漏鬥6收集由滲流裝置4流下的水並引流到計量容器7，通過計量容器7計算從滲流裝置4 滲流下來的水量。如圖2所示，本發明的滲流裝置4包括上腔體41、下墊板42、卡箍43、橡膠套44和 連接螺栓45等。上腔體41為一具有內腔的結構體，在上腔體41上設置有滲流入水口 46 和出水閥門47，滲流入水口 46與連接導管3相連。上腔體41通過兩個連接螺栓45分別和 兩個下墊板42相連，組成裝置的框架。在上腔體41和兩個下墊板42之間留有空間，在此 空間內設置有環形的卡箍43和環形的橡膠套44，其中橡膠套44在內，卡箍43在外。做試 驗時，在橡膠套44內套入滲流試樣8，外邊用卡箍43卡緊，並將上腔體41和下墊板42用螺 栓擰緊，由此在上腔體41和滲流試樣8之間便形成一密閉的儲水空腔。如圖3所示，本發明中使用的滲流試樣8具有真實的斷裂裂隙81，它是由一完整的 試件進行表面刻槽和劈裂形成，製備成裂隙材料後放入到橡膠套和卡箍之中。本發明中，在兩下墊板42之間、試樣8的下方，設置收集漏鬥6，這樣可使得試樣中 流下的水全部被收集。本發明中，裂隙滲流儀的滲流介質可採用去離子水或者不腐蝕橡膠的有機試劑。本發明中，滲流裝置水壓由與水箱之間的高度差來決定，滲流過程中保持恆定，並 由滲流壓力表48來監測。本發明中，滲出液體流量由計量容器7的刻度讀取。下面通過一具體實施例來對本發明的效果進行驗證。本實施例中，裂隙滲流液體為去離子水(絕對黏度係數為0. OOlPa. s)；水箱與滲 流裝置的高差為1. 8米，滲流壓力為18kPa。選用一組(5種)水泥基材料，待其完全硬化後進行表面刻槽和劈裂，製備成裂隙 材料試樣並放入滲流裝置。滲流裝置安裝如圖1所示，裂隙滲流過程持續48h。該過程中分 別測量每一種裂隙材料的寬度和隨時間的滲流量。
下面是本實施例的操作方法，其步驟如下1)將材料製備成直徑100mm、厚度30mm的圓餅試樣，然後在圓餅試樣的一個表面 沿直徑刻槽(深度約為5mm)，利用力學方法將試件沿刻槽劈裂形成兩個斷裂面。2)將劈裂的試樣裝入橡膠套44內(厚度3mm，內徑98mm，內高30mm)，並使裂隙的 兩個斷裂表面對合；將卡箍43套在橡膠套的外部，並用螺栓栓緊；利用50倍光學顯微鏡觀 察並測量裂隙的寬度w;為控制裂隙寬度，可在卡箍緊固之前在對合的斷裂面間夾入墊片。3)將測定儀按圖1所示連接，滲流裝置4用螺栓固定在支架上；進水閥門2和出 水閥門47處於關閉狀態。4)打開進水閥門2和出水閥門47，等出水閥門47有連續液體流出後關閉出水閥 門；裂隙流出液體3分鐘後，關閉進水閥門2。5)打開進水閥門2，同時記錄壓力表壓力p並通過計量容器7開始記錄裂隙流量 q ；測試時間到達後，關閉進水閥門2，打開出水閥門47將腔體內液體清空，打開螺栓45，將 卡箍、橡膠套連同試樣一起取出，然後再取出試樣，該測試完畢。6)利用測量的裂隙寬度w，壓力表壓力p和連續記錄的裂隙流量q，可計算裂隙的 表觀滲透率ka和裂隙表面滲流粗糙度係數I，以及裂隙流量衰減係數n， 其中，ka_裂隙表觀滲透率(m2)；I _裂隙表面滲流粗糙度係數；Qlh-裂隙滲流1小時平均流速(ml/h)；w-裂隙寬度(mm);1-裂隙長度(mm)；滲流液體的絕對黏度係數(Pa*s)；P-滲流腔壓力(kPa)；d-滲流方向裂隙長度(mm)；tlj2-流速記錄時刻(h)，本例取、=lh，t2 = 48h ；Q1j2-對應、和t2時刻的裂隙滲流流速(ml/h)。分別按照⑴、⑵、(3)計算各個裂隙的表觀滲透率、裂隙表面滲流粗糙度以及裂 隙流量衰減係數，測試結果見表1。表1水泥基材料裂隙滲流量測量分析結果
權利要求
一種裂隙材料滲流測試儀，其特徵在於包括一水箱，水箱的出水口通過連接導管連接到一流量裝置，在連接導管上設置一進水閥門，滲流裝置上安裝有壓力表和出水閥門，在滲流裝置下方設置有一收集漏鬥，收集漏鬥連接到計量容器；所述滲流裝置包括一上腔體，所述上腔體通過螺栓分別和兩個下墊板相連，在所述上腔體和兩個下墊板之間夾設有滲流試樣，所述滲流試樣側面套有橡膠套和卡箍，所述滲流試樣與上腔體之間形成有密閉的儲水空腔。
2.如權利要求1所述的一種裂隙材料滲流測試儀，其特徵在於所述壓力表和出水閥 門設置在上腔體上，所述上腔體與連接導管連通。
3.如權利要求1或2所述的一種裂隙材料滲流測試儀，其特徵在於所述收集漏鬥設 置在兩所述下墊板之間，並在所述滲流試樣下方的位置。
4.如權利要求1或2所述的一種裂隙材料滲流測試儀，其特徵在於所述滲流裝置由 一滲流裝置支架支撐，所述滲流裝置與水箱之間具有一定高度差。
5.如權利要求3所述的一種裂隙材料滲流測試儀，其特徵在於所述滲流裝置由一滲 流裝置支架支撐，所述滲流裝置與水箱之間具有一定高度差。
全文摘要
本發明涉及一種裂隙材料滲流測試儀，其特徵在於包括一水箱，水箱的出水口通過連接導管連接到一流量裝置，在連接導管上設置一進水閥門，滲流裝置上安裝有壓力表和出水閥門，在滲流裝置下方設置有一收集漏鬥，收集漏鬥連接到計量容器；所述滲流裝置包括一上腔體，所述上腔體通過螺栓分別和兩個下墊板相連，在所述上腔體和兩個下墊板之間夾設有滲流試樣，所述滲流試樣側面套有橡膠套和卡箍，所述滲流試樣與上腔體之間形成有密閉的儲水空腔。本發明以單一裂隙材料為研究對象，並在自然條件下形成真實裂隙，因此測定的滲流特性更加真實有效。採用一種密閉的滲流裝置，使得流體由裂隙滲透而過，對於測定裂隙的滲流特性更加準確。
文檔編號G01N15/08GK101858849SQ20101020912
公開日2010年10月13日 申請日期2010年6月17日 優先權日2010年6月17日
發明者李克非 申請人:清華大學