一种多介质渗透试验装置及其测试方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种多介质渗透试验装置，包括试样筒，试样筒内从上到下依次分为砂砾样层、带裂隙的混凝土样层、碎石样层，碎石样层的底部设有滤板，滤板的下方设有盛水砂塑料桶，砂砾样层的顶部设有密封件，砂砾样层的底部、中间部、顶部分别连接有1号测压管、2号测压管、3号测压管，1号测压管、2号测压管、3号测压管的另一端均与坐标纸紧贴相连，砂砾样层的顶部通过导管连接有水箱，带裂隙的混凝土样层的裂隙区穿过有细铁丝，裂隙区的底部与顶部端面设有薄塑料皮，细铁丝的顶端连接薄塑料皮底端穿过滤板中央并拧成一股铁丝。

Multi medium seepage test device and testing method thereof

The invention discloses a multi medium permeability test device, including sample tube, sample tube from top to bottom is divided into gravel like layer, the crack of concrete sample layer, gravel like layer, gravel like layer is arranged at the bottom of the filter plate, filter plate is arranged below the water sand gravel like plastic bucket, top layer a seal at the bottom, middle, top layer of gravel like are respectively connected with a 1 pressure control, pressure control, No. 2 No. 3 No. 1, the other end of the pressure pipe, pressure control, pressure control, No. 2, No. 3 and piezometric tube coordinate paper close connected, the top layer is connected with a gravel like the water tank through the catheter, the crack area of concrete sample layer with cranny through a thin wire, the bottom and the top end is provided with a thin plastic crack area, the top of a thin wire connected with thin plastic leather strap through the filter plate and the central screw into a wire.

【技术实现步骤摘要】
一种多介质渗透试验装置及其测试方法
本专利技术涉及矿业工程
，尤其涉及一种多介质渗透试验装置及其测试方法。
技术介绍
煤矿在孔隙含水层下开采，最大的水害威胁是孔隙含水层水(砂)通过导水裂隙带溃入采空区，导致灾害事故。安徽淮北煤田桃园煤矿1022综采工作面曾发生孔隙含水层突水溃砂事故，导致5人死亡，直接经济损失数千万元；淮北煤田祁东煤矿3222工作面曾发生孔隙含水层突水淹井事故，损失数亿元。煤层开采通常在顶板覆岩中出现“三个带”：自下而上依次为冒落带、导水裂隙带和弯曲带。若孔隙含水层与导水裂隙带相连(附图1)，将会潜在突水溃砂威胁。但突水溃砂量及其历时变化、临界水力梯度或破坏水力梯度、突水溃砂灾害程度以及是否可控等，取决于很多因素，包括孔隙含水层的水头压力、颗粒组成、水理参数、导水裂隙宽度等，通常情况下，要在开采前做孔隙含水层下开采水砂渗透试验，定量研究孔隙介质(孔隙含水层)中水砂经过裂隙介质(导水裂隙带)再通过孔隙介质(冒落带)的流变性的诸多影响因素。在工程上，关于介质渗透试验，多是测试单一介质(如砂样或粘性土样)的渗透系数，现有的装置有土样管渗透仪、70型渗透仪(包括改进的70型渗透仪)等。但对于多种介质互层的渗透试验装置，目前处于空白状态。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种多介质渗透试验装置。本专利技术是通过以下技术方案实现的：一种多介质渗透试验装置，包括试样筒，所述试样筒内从上到下依次分为砂砾样层、带裂隙的混凝土样层、碎石样层，所述碎石样层的底部设有滤板，所述滤板的下方设有盛水砂塑料桶，所述砂砾样层的顶部设有密封件，所述砂砾样层的底部、中间部、顶部分别连接有1号测压管、2号测压管、3号测压管，所述1号测压管、2号测压管、3号测压管的另一端均与坐标纸紧贴相连，所述砂砾样层的顶部通过导管连接有水箱，所述带裂隙的混凝土样层的裂隙区穿过有细铁丝，所述裂隙区的底部与顶部端面设有薄塑料皮，所述细铁丝的顶端连接薄塑料皮底端穿过滤板中央并拧成一股铁丝。作为本专利技术的优选方式之一，还包括进水阀，所述进水阀设于水箱与试样筒之间。作为本专利技术的优选方式之一，所述水箱为高度可调节的水箱且悬挂于墙上。作为本专利技术的优选方式之一，所述砂砾样层模拟孔隙含水层，所述带裂隙的混凝土样层模拟导水裂隙带，所述碎石样层模拟冒落带。作为本专利技术的优选方式之一，所述试样筒为钢质圆筒。作为本专利技术的优选方式之一，还包括支撑结构与箍筋，所述支撑结构包括支架底座与支架立杆，所述支架底座上垂直相对设有一对支架立杆，每个所述支架立杆与支架底座之间设有加强筋保护支撑，所述试样筒外壁上焊接有箍筋，所述试样筒通过箍筋与支撑结构相连。作为本专利技术的优选方式之一，还包括加压螺栓与固定横档，所述固定横档水平设于支架立杆之间，所述固定横档中间设有与加压螺栓相匹配的加压螺栓插孔，所述加压螺栓底部连接密封件，上端穿过加压螺栓插孔。作为本专利技术的优选方式之一，还包括插销，所述固定横档与支架立杆连接处设有与插销相匹配的插销孔。作为本专利技术的优选方式之一，所述滤板上下端面上设有供砂砾样中的水砂渗出的网眼，所述网眼的面积率75％左右，所述滤板四周通过四个相匹配的螺丝螺帽与试样筒内壁固定相连。本专利技术还公开了一种多介质渗透试验装置的测试方法，包括安装方法与试验方法；所述安装方法包括以下步骤：第一步：将试样筒架于支撑结构上，并固定；第二步：安装滤板，即用四个螺丝将滤板固定于试样筒底部；第三步：将细铁丝从滤板中央网眼穿过，下端留15cm长；第四步：安装配置好的碎石样层，顶面大致保持水平，在混凝土样的裂隙位置铺薄塑料皮(绑定于细铁丝上)，薄塑料皮面积略大于裂隙面积；第五步：安装预制好的带裂隙混凝土样层，细铁丝从裂隙中穿过，可以分支若干根，但都要拧于成一股，以便同时拉出，用熔化的石蜡密封混凝土层与试样筒内壁之间的空隙，以确保来自砂砾样中的水(砂)全部从裂隙中渗出；第六步：将混凝土裂隙充满粉砂(记录粉砂量)，然后在裂隙顶面铺薄塑料皮(绑定于细铁丝上)，薄塑料皮面积略大于裂隙面积，四周涂少许止水材料；第七步：安装配置好的砂砾样，顶面大致保持水平；第八步：安装密封件和固定横档，拧紧加压螺栓；第九步：安装水箱、进水阀并连接到试样筒上；第十步：安装坐标纸和1号测压管、2号测压管、3号测压管。所述试验方法包括以下步骤：第一步：将塑料桶置于试样筒正下面；第二步：调节水箱高度，使孔隙含水层(砂砾样14)水头上升到设计高度；第三步：拉出细铁丝并带出裂隙中预填的粉砂和裂隙顶底面的薄塑料皮，同时记录1号测压管、2号测压管、3号测压管水头数据、不同时段塑料桶里的水砂量(根据试验观测时间段设计要求，通过换塑料桶的方式，监测不同时段水砂量)；第四步：数据分析、计算、出成果。注：裂隙里预填粉砂对渗出的水量没有影响，但对渗出的砂量有影响(开始时段影响较大，计算分析时要予以剔除；后面时段，影响逐渐减小，以致消失)。本专利技术相比现有技术的优点在于：(1)装置结构简洁，制作和安装方便；(2)不仅能观测和研究多介质透水性能，还可以观测和研究砂的流变特性；(3)试样可根据需要制备，以获得更多的、预想的测试数据，预期成果丰富，不仅能得到渗透系数等参数值，而且还可以得到涌砂规律、临界水力梯度(破坏水力梯度)值以及水砂流变的诸多影响因素(如孔隙含水层的颗粒级配、裂隙宽度、裂隙倾斜度等等)成果，为研究突水溃砂机理提供科学依据；(4)可根据试验规模的设计需要，开展小型、中型甚至大型多介质渗透实验。附图说明图1是本专利技术的结构示意图；图2是本专利技术的实际工程背景示意图；图3是本专利技术的支撑结构示意图；图4是本专利技术的试样筒与支撑结构的衔接方式示意图；图5是本专利技术的滤板结构示意图；图6是本专利技术的密封件安装示意图；图7是本专利技术的混凝土样层、裂隙及薄塑料皮垫示意图。具体实施方式下面对本专利技术的实施例作详细说明，本实施例在以本专利技术技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本专利技术的保护范围不限于下述的实施例。实施例：如图1-7所示：一种多介质渗透试验装置，包括试样筒(1)，所述试样筒(1)内从上到下依次分为砂砾样层(14)、带裂隙的混凝土样层(15)、碎石样层(16)，所述碎石样层(16)的底部设有滤板(3)，所述滤板的下方设有盛水砂塑料桶(5)，所述砂砾样层(14)的顶部设有密封件(9)，所述砂砾样层(14)的底部、中间部、顶部分别连接有1号测压管(6)、2号测压管(7)、3号测压管(8)，所述1号测压管(6)、2号测压管(7)、3号测压管(8)的另一端均与坐标纸(13)紧贴相连，所述砂砾样层(14)的顶部通过导管连接有水箱(12)，所述带裂隙的混凝土样层(15)的裂隙区穿过有细铁丝(4)，所述裂隙区的底部与顶部端面设有薄塑料皮(17)，所述细铁丝(4)的顶端连接薄塑料皮(17)底端穿过滤板(3)中央并拧成一股铁丝。进一步的，还包括进水阀(11)，所述进水阀(11)设于水箱(12)与试样筒(1)之间。进一步的，所述水箱(12)为高度可调节的水箱且悬挂于墙上。进一步的，所述砂砾样层(14)模拟孔隙含水层，所述带裂隙的混凝土样层(15)模拟导水裂隙带，所述碎石样层(16)模拟冒落带。进一步的，所述试样筒(1)为钢质圆筒本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多介质渗透试验装置，其特征在于，包括试样筒(1)，所述试样筒(1)内从上到下依次分为砂砾样层(14)、带裂隙的混凝土样层(15)、碎石样层(16)，所述碎石样层(16)的底部设有滤板(3)，所述滤板的下方设有盛水砂塑料桶(5)，所述砂砾样层(14)的顶部设有密封件(9)，所述砂砾样层(14)的底部、中间部、顶部分别连接有1号测压管(6)、2号测压管(7)、3号测压管(8)，所述1号测压管(6)、2号测压管(7)、3号测压管(8)的另一端均与坐标纸(13)紧贴相连，所述砂砾样层(14)的顶部通过导管连接有水箱(12)，所述带裂隙的混凝土样层(15)的裂隙区穿过有细铁丝(4)，所述裂隙区的底部与顶部端面设有薄塑料皮(17)，所述细铁丝(4)的顶端连接薄塑料皮(17)底端穿过滤板(3)中央并拧成一股铁丝。

【技术特征摘要】
1.一种多介质渗透试验装置，其特征在于，包括试样筒(1)，所述试样筒(1)内从上到下依次分为砂砾样层(14)、带裂隙的混凝土样层(15)、碎石样层(16)，所述碎石样层(16)的底部设有滤板(3)，所述滤板的下方设有盛水砂塑料桶(5)，所述砂砾样层(14)的顶部设有密封件(9)，所述砂砾样层(14)的底部、中间部、顶部分别连接有1号测压管(6)、2号测压管(7)、3号测压管(8)，所述1号测压管(6)、2号测压管(7)、3号测压管(8)的另一端均与坐标纸(13)紧贴相连，所述砂砾样层(14)的顶部通过导管连接有水箱(12)，所述带裂隙的混凝土样层(15)的裂隙区穿过有细铁丝(4)，所述裂隙区的底部与顶部端面设有薄塑料皮(17)，所述细铁丝(4)的顶端连接薄塑料皮(17)底端穿过滤板(3)中央并拧成一股铁丝。2.根据权利要求1所述的多介质渗透试验装置，其特征在于，还包括进水阀(11)，所述进水阀(11)设于水箱(12)与试样筒(1)之间。3.根据权利要求1所述的多介质渗透试验装置，其特征在于，所述水箱(12)为高度可调节的水箱且悬挂于墙上。4.根据权利要求1所述的多介质渗透试验装置，其特征在于，所述砂砾样层(14)模拟孔隙含水层，所述带裂隙的混凝土样层(15)模拟导水裂隙带，所述碎石样层(16)模拟冒落带。5.根据权利要求1所述的多介质渗透试验装置，其特征在于，所述试样筒(1)为钢质圆筒。6.根据权利要求1所述的多介质渗透试验装置，其特征在于，还包括支撑结构(2)与箍筋(24)，所述支撑结构(2)包括支架底座(20)与支架立杆(21)，所述支架底座(20)上垂直相对设有一对支架立杆(21)，每个所述支架立杆(21)与支架底座(20)之间设有加强筋保护支撑，所述试样筒(1)外壁上焊接有箍筋(24)，所述试样筒(1)通过箍筋(24)与支撑结构(2)相连。7.根据权利要求6所述的多介质渗透试验装置，其特征在于，还包括加压螺栓(19)与固定横档(10)，所述固定横档水平(10)设于支架立杆(21)之间，所述固定横档(10)中间设有与加压螺栓(19)相匹配的加压螺栓插孔(22)，所述加压螺栓(19)底部连接密封件(9)，上端穿过加压螺栓插孔(22)。8.根据权利要求7所述的多介质渗透试验装置，其特征在于，还...

【专利技术属性】
技术研发人员：桂和荣，
申请(专利权)人：宿州学院，
类型：发明
国别省市：安徽,34