一种基于中子射线研究立方体岩芯渗吸特性的试验装置论文和设计-孙荘

全文摘要

本实用新型提出了一种基于中子射线研究立方体岩芯渗吸特性的试验装置，其中，夹板分别置于立方体岩芯的左右两侧，挡板分别置于立方体岩芯的前后两侧，盖板置于夹板和挡板的顶部。固定螺栓贯穿于夹板、挡板和盖板中的螺纹孔，并与六角螺母进行预紧处理，使夹板、挡板和盖板将立方体岩芯紧密贴合，达到固定立方体岩芯的目的。然后在夹板、挡板、盖板和立方体岩芯上表面围成的储液腔内的隙缝处采用硅酮胶粘合，再通过注液管向储液腔内注入水等富氢流体，便可利用中子射线照射立方体岩芯，实时定量化研究富氢流体在非饱和多孔介质岩芯试件的下渗和自吸过程中，饱和度随时间的空间演化特征。

主设计要求

1.一种基于中子射线研究立方体岩芯渗吸特性的试验装置，其特征在于：所述基于中子射线研究立方体岩芯渗吸特性的试验装置包括：夹板、挡板、盖板、注液管、密封垫、固定螺栓、六角螺母与储液腔，所述夹板分别置于立方体岩芯的左右两侧；所述挡板分别置于立方体岩芯的前后两侧；所述盖板置于所述夹板和所述挡板的顶部；所述固定螺栓贯穿于所述夹板和所述挡板中的螺纹孔；所述六角螺母安设于所述固定螺栓尾部。

设计方案

1.一种基于中子射线研究立方体岩芯渗吸特性的试验装置，其特征在于：所述基于中子射线研究立方体岩芯渗吸特性的试验装置包括：

夹板、挡板、盖板、注液管、密封垫、固定螺栓、六角螺母与储液腔，所述夹板分别置于立方体岩芯的左右两侧；所述挡板分别置于立方体岩芯的前后两侧；所述盖板置于所述夹板和所述挡板的顶部；所述固定螺栓贯穿于所述夹板和所述挡板中的螺纹孔；所述六角螺母安设于所述固定螺栓尾部。

2.根据权利要求1所述的基于中子射线研究立方体岩芯渗吸特性的试验装置，其特征在于：所述夹板为铝合金材质，所述夹板设置六个贯穿螺纹孔，螺纹孔宽度大于所述固定螺栓直径，所述夹板与立方体岩芯贴合面的宽度与立方体岩芯的宽度相同。

3.根据权利要求1所述的基于中子射线研究立方体岩芯渗吸特性的试验装置，其特征在于：所述挡板为铝合金材质，所述挡板左右两边分别设置六个圆形螺纹孔，与所述夹板螺纹孔相互对应。

4.根据权利要求1所述的基于中子射线研究立方体岩芯渗吸特性的试验装置，其特征在于：所述盖板为铝合金材质，顶部设有所述注液管，所述盖板前后两侧分别设置两个螺纹孔，与所述夹板和所述挡板最上一排螺纹孔相互对应，所述盖板下表面粘贴一层所述密封垫。

5.根据权利要求1所述的基于中子射线研究立方体岩芯渗吸特性的试验装置，其特征在于：所述夹板、所述挡板、所述盖板和立方体岩芯所围成的空腔体为所述储液腔，由所述注液管注入试验所需富氢液体，所述储液腔四周的隙缝处采用硅酮胶进行粘合，立方体岩芯四周采用铝制防水纸进行裹缠。

设计说明书

技术领域

本实用新型涉及中子射线与多孔介质非饱和渗流相结合的领域，尤其涉及一种基于中子射线研究立方体岩芯渗吸特性的试验装置。

背景技术

煤炭、石油、天然气等重要资源都储存在岩层中，所以对岩层以及岩石性质的研究从来都是国内外学者研究的热点方向。岩石，作为一种多孔介质，其中的孔隙、裂隙为地下水、石油等提供了赋存和流动的空间。而不论是在自然界还是在工程现场，岩石在很多情况下处于非饱和状态。相比于饱和渗流问题，岩石中的非饱和渗流问题并没有得到足够的关注。但在采矿工程领域，该问题与注水开发煤层气、溶浸采矿、废弃矿山治理与利用、矿井地下水库坝体稳定性与耐久性、富水岩层开掘巷道的围岩稳定性以及西部生态脆弱区煤炭开发过程中的水资源保护等问题息息相关。因此，研究岩石的非饱和渗流特性具有重要的意义。由于中子不带电，能轻易的穿透电子层。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。基于该特点，中子射线照相技术作为一种先进的无损检测技术，对于研究非饱和多孔介质中水等富氢流体的非饱和渗流问题具有很大的优势。但是，由于中子束流的短缺，相关方面的研究很少。而且已有研究多采用圆柱岩芯进行研究，由于中子射线穿过岩芯的厚度从岩芯边缘到岩芯中心各不相同，为试验造成了很大的影响。因此，有必要提出一种基于中子射线研究立方体岩芯渗吸特性的试验装置。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提出一种基于中子射线研究立方体岩芯渗吸特性的试验装置，其中夹板分别置于立方体岩芯的左右两侧，且与立方体岩芯左右两侧紧密贴合。挡板分别置于立方体岩芯的前后两侧，且与立方体岩芯前后两侧紧密贴合。盖板置于夹板和挡板的顶部，且与夹板和挡板顶面紧密贴合。固定螺栓贯穿于夹板、挡板和盖板中的螺纹孔，并与六角螺母进行预紧处理，达到固定立方体岩芯的目的。然后通过注液管在夹板、挡板、盖板和立方体岩芯所围成的储液腔内注入水等富氢流体，再利用中子射线照射立方体岩芯，并通过探测器和电荷耦合器件(CCD)相机对水等富氢流体沿多孔介质下渗过程进行实时中子成像及其他数据记录，通过后期图像处理，实时定量化研究水等富氢流体在非饱和多孔介质岩芯试件的下渗和自吸过程中，饱和度随时间的空间演化特征。为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种基于中子射线研究立方体岩芯渗吸特性的试验装置，包括：

优选地，所述夹板为铝合金材质，所述夹板设置六个贯穿螺纹孔，螺纹孔宽度大于所述固定螺栓直径，所述夹板与立方体岩芯贴合面的宽度与立方体岩芯的宽度相同。

优选地，所述挡板为铝合金材质，所述挡板左右两边分别设置六个圆形螺纹孔，与所述夹板螺纹孔相互对应。

优选地，所述盖板为铝合金材质，顶部设有所述注液管，所述盖板前后两侧分别设置两个螺纹孔，与所述夹板和所述挡板最上一排螺纹孔相互对应，所述盖板下表面粘贴一层所述密封垫。

优选地，所述夹板、所述挡板、所述盖板和立方体岩芯所围成的空腔体为所述储液腔，由所述注液管注入试验所需富氢液体，所述储液腔四周的隙缝处采用硅酮胶进行粘合，立方体岩芯四周采用铝制防水纸进行裹缠。

与相关装置相比，本实用新型具有如下优点：

本实用新型述及的基于中子射线研究立方体岩芯渗吸特性的试验装置，设计合理，安装简单，可利用中子射线研究立方体岩芯试件的非饱和渗吸特性，实时定量化研究富氢流体在非饱多孔介质岩芯试件的下渗和自吸过程中，饱和度随时间的空间演化特征；本实用新型制作工艺简单，费用低廉，系统可靠，不仅可以研究完整岩芯的非饱和渗吸特性，亦可采用裂隙岩芯研究基质和裂隙的非饱和渗吸特性；同时采用岩芯为立方体岩芯，可以克服以往采用圆柱岩芯造成中子射线从岩芯边缘到岩芯中心扫描厚度变化不一对试验造成影响的缺点；此外，本实用新型不仅可研究立方体岩芯的非饱和下渗特性，还可以将试验装置置于水槽中，研究立方体岩芯非饱和自吸特性。

附图说明

图1为本实用新型实施例的基于中子射线研究立方体岩芯渗吸特性的试验装置的立体结构示意图；

图2为本实用新型实施例的装配示意图；

图3为本实用新型实施例的储液腔示意图；

图4为本实用新型实施例的密封垫示意图；

图中：1—夹板；2—挡板；3—盖板；4—注液管；5—密封垫；6—固定螺栓；7—六角螺母；8—储液腔。

具体实施方式

下面对本实用新型做进一步描述，但本实用新型的保护范围并不局限于以下所描述具体实施方式的范围。

结合图1、图2、图3、图4，展示了一种基于中子射线研究立方体岩芯渗吸特性的试验装置，其中，立方体岩芯不局限于完整岩芯，可以为裂隙岩芯等；该试验装置具体操作过程如下：

①实验员首先将一块夹板1平躺放置于地面上，然后将立方体岩芯四周裹缠铝制防水纸，并平躺放置于夹板1之上，保证立方体岩芯前后两侧与夹板1前后两侧保持平齐，再将另一块夹板1对称平放于立方体岩芯上，同样保证立方体岩芯前后两侧与夹板前后两侧保持平齐。

②将两块挡板2分别放置于立方体岩芯与夹板1的前后两侧，并保证挡板2和夹板1的螺纹孔相互对应，然后将固定螺栓6分别贯穿螺纹孔，将立方体岩芯夹紧后再利用六角螺母7将固定螺栓6扭紧，最后达到固定立方体岩芯的目的；

③将上述固定好的立方体岩芯与夹板1挡板2立起放置于地面上，将立方体岩芯上表面与夹板1挡板2所围成的凹槽中(储液腔8)的隙缝用硅酮胶粘合；

④将盖板3置于夹板1和挡板2的顶部，使得密封垫5将储液腔8上表面密封严实后，再用固定螺栓6和六角螺母7将盖板3固定，最后通过注液管4向储液腔8内注入适量水等富氢流体；

⑤将上述安装完成的试验装置放于适当高度的试验平台之上，再将调试好的中子射线照相平台置于立方体岩芯前表面适当位置便可开展渗吸试验；

⑥最后，通过探测器和电荷耦合器件(CCD)相机对水等富氢流体沿多孔介质下渗过程进行实时中子成像及其他数据记录，通过后期图像处理，实时定量化研究富氢流体在非饱多孔介质岩芯试件的下渗和自吸过程中，饱和度随时间的空间演化特征。

以上所述仅为本实用新型示意性的具体实施方式，并非用以限定本实用新型的范围。为本实用新型的各组成部分在不冲突的条件下可以相互组合，任何本领域的技术人员，在不脱离本实用新型的构思和原则的前提下所做出的等同变化与修改，均应属于本实用新型保护的范围。

设计图

一种基于中子射线研究立方体岩芯渗吸特性的试验装置论文和设计

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