CN110132821A - 一种岩体复电阻率信号测量装置、结构及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种岩体复电阻率信号测量装置、制作及使用方法，它解决了现有技术中无法保证测量电极与样本有效接触，装置可携带性较差的问题，具有方便携带，能有效提高试验效率的有益效果，其方案如下：一种岩体复电阻率信号测量装置，包括可拆卸的容器，容器内设有用于放置测试样本的容腔，容腔内设有能够与测试样本接触的供电电极；测量电极，容器开有用于安装测量电极的测量电极孔，测量电极通过测量电极孔能够与容腔内的测试样本接触，但测量电极不直接与容腔内的测试样本相接触，而是通过电极内部的盐桥溶液与测试样本间接接触，目的是避免金属电极发生电极极化效应，影响测量信号。

Description

一种岩体复电阻率信号测量装置、结构及方法

技术领域

本发明涉及岩土工程领域、地球物理领域、水文地质领域，特别是涉及一种岩体复电阻率信号测量装置、结构及方法。

背景技术

现阶段，随着社会经济建设的快速发展，各国人民生活水平的不断提升，世界用水需求量也在迅猛增长中，水库的蓄水能力以及防渗能力显得尤为重要。目前，很多的防渗材料用于水库堵渗，但哪一种材料的能更好的实现防渗，对此很难判断。现阶段对水库防渗效果的后期评价方法主要是测深、井中跨孔作业等方式，这类方法不仅耗时费力且需要掘井，对地下及地面环境有一定的破坏性。为实现无损评价，建议采用复电阻法，如激发极化法。激发极化法在实施后期评价前需要在室内进行试验，测量堵渗材料的复电阻率信号。在岩体复电阻率信号测量方面，测量电极与被测样本的有效接触能提高测量数据的信噪比，但发明人发现目前市面上测量电极并不适用于岩体电阻率信号的测量，无法保证测量电极与样本的有效接触，而且整体装置重复利用率低，只能在实验室使用，存在可携带性较差的问题。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种岩体复电阻率信号测量装置，现阶段，能方便测量装置的携带，提高实验效率，能够使测量电极与样本紧密接触，使盐桥中的电极更能真实反映被测岩体的复电阻率信息。

一种岩体复电阻率信号测量装置的具体方案如下：

一种岩体复电阻率信号测量装置，包括：

可拆卸的容器，容器内设有用于放置测试样本的容腔，容腔内设有能够与测试样本接触的供电电极；

测量电极，容器开有用于安装测量电极的测量电极孔，测量电极通过测量电极孔能够与容腔内的测试样本接触，测量电极能够向容腔内的测试样本提供盐桥溶液，以使测量电极通过盐桥溶液与测试样本间接接触，这样测量电极不直接与容腔内的测试样本相接触，而是通过电极内部的盐桥溶液与测试样本间接接触，目的是避免金属电极发生电极极化效应，影响测量信号。

本发明提供的测量装置，可拆卸的容器，方便携带，测量电极能够向测试样本提供盐桥溶液，便于岩体复电阻率信息的测量。

进一步地，所述容器包括中空的壳体，壳体为透明材料，壳体开有所述的测量电极孔，壳体的两端通过顶盖和底座进行支撑，壳体内侧与顶盖和底座之间形成所述的容腔，壳体顶盖和底座可拆卸设置，这样壳体大小可更换，可根据测试样本的大小进行更换。

进一步地，所述顶盖和底座分别设置卡槽，所述壳体的两端与卡槽配合，且顶盖和底座通过牙条丝杆和螺母进行连接，卡槽的形状与壳体的形状相互配合，螺母用于锁紧牙条丝杆相对于顶盖的位置。

进一步地，所述顶盖和底座均设置供电电极孔，所述供电电极的电源线穿过供电电极孔与电源连接。

进一步地，沿着所述壳体的长度方向，壳体设有刻度线，且壳体为环形壳体，刻度线的设置用于校对测试样本的相对位置。

进一步地，所述测量电极包括保护壳，保护壳内设有所述的盐桥溶液，保护壳内设置电极，保护壳内一端设置渗透件，渗透件能够与测试样本接触，电极一端与渗透件连接，电极的另一端长于保护壳另一端设置，渗透件的设置，避免了测量电极与样本的直接接触，从而降低了金属电极极化的可能，提高了测量信号的信噪比。

进一步地，渗透件材料为木材，渗透性较好，在测量过程中可快速的将盐桥溶液传送到岩体表面，同时测试样本的信息也能通过已经被盐桥溶液湿润的渗透件传输到与测量电极相连的设备中继而获得能解释岩体复电阻率信号的物理参数。

进一步地，所述保护壳的一端设有密封套A，另一端设有带通孔的密封套B，所述的电极穿过密封套B设置，密封套A用于保护突触，密封套B用于放置保护壳内盐桥溶液挥发。

进一步地，所述密封套A相对于保护壳可拆卸设置。

为了克服现有技术的不足，本发明还提供了一种岩体复电阻率信号测量装置的制作方法，包括如下内容：

制作一个容器，容器内放置测试样本，在测试样本的两侧设置供电电极，供电电极与电源连接；

制作测量电极：

对电极进行氧化和冲洗；

电极一端与渗透件连接，电极穿过保护壳设置，且渗透件固定于保护壳内一端，电极长于保护壳设置，保护壳内设置盐桥溶液，在保护壳的两端分别设置密封套，一端的密封套A用于保护渗透件，对另一端的密封套B进行开孔，将电极与保护壳固定；

拆除密封套A，将电极***容器的测量电极开孔内，使得渗透件与测试样本接触。

第三，本发明还提供了一种岩体复电阻率信号测量装置的使用方法，包括如下内容：

多个测量电极通过容器的测量电极孔，与容腔内的测试样本接触；

测量电极向测试样本提供盐桥溶液；

通过测量电极测量其中两个测量电极之间的电势差，并将影响电势差信息转化为设定模型的中相关岩体参数。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1)本发明通过整体结构的设置，不仅方便对测试样本复电阻率的测量，而且方便携带，重复利用率高，结构简单，操作方便，实用性强，能够有效提高测试效率。

2)本发明通过测量电极中渗透件的设置，避免了测量电极与被测样本的直接接触，从而降低了金属电极极化的可能，提高了测量信号的信噪比。

3)本发明通过木材渗透件的设置，在测量过程中可快速的将盐桥溶液传送到岩体表面，同时测试样本的信息也能通过已经被盐桥溶液湿润的渗透件传输到与测量电极相连的设备中继而获得能解释岩体复电阻率信号的物理参数。

4)本发明通过顶盖、底座和壳体的设置，可以进行量化生产，流水线操作，操作简单，实验过程中组装方便，不需要进行二次操作，安装好即可进行样本的信号测量；同时可满足一定范围内不同尺寸大小的测试样本的测试，且通过牙条丝杆的设置，能够将顶盖、底座和壳体固定为一体，保证容器设置的稳定性。

5)本发明通过刻度线的设置，便于观察样本的相对位置，且通过透明壳体的设置，便于观察测量电极渗透件与被测样本的接触情况。

6)本发明通过密封套的设置，不仅有效的保护测量电极的渗透件，还能防止盐桥溶液的挥发。

7)本发明通过测量电极的设置，电极电位稳定，电极不易极化且电极结构稳定。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1为本发明测量装置的整体结构主视示意图。

图2为本发明测量电极的整体结构主视示意图。

图3为本发明测量装置的整体结构俯视示意图。

图4为本发明测量装置的底座俯视示意图。

图5为本发明测量装置的顶盖仰视示意图。

其中：1、底座，2、壳体，3、顶盖，4、牙条丝杆，5、刻度线，6、卡槽，7、测量电极孔，8、供电电极引出孔，9、螺母，10、通孔或螺纹孔，11、沉孔，12、渗透件，13、橡胶帽A，14、盐桥溶液，15、保护壳，16、橡胶帽B，17、AgCl柱。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

正如背景技术所介绍的，现有技术中存在的不足，为了解决如上的技术问题，本发明提出了一种岩体复电阻率信号测量装置，下面结合说明书附图，对本发明做进一步的阐述。

正如背景技术所介绍的，现有技术中存在的不足，为了解决如上的技术问题，本申请提出了一种岩体复电阻率信号测量装置。

如图1和图3所示，一种岩体复电阻率信号测量装置，包括壳体2，壳体2一侧设置底座1，另一侧设置顶盖3，壳体2在试验时，可水平设置，底座1设置沉孔11，顶盖3设置通孔或螺纹孔10，牙条丝杆4穿过底座沉孔后穿过顶盖通孔或螺纹孔10设置，这样底座和顶盖通过牙条丝杆4进行连接，这样通过牙条丝杆4的设置，有效将底座1、壳体2和顶盖3构成一个整体，方便对测量装置的移动和携带，且牙条丝杠4穿过顶盖3后通过设置螺母9进行固定，可根据壳体2的大小，调整牙条丝杆4相对于顶盖3的位置。

具体地，在底座1和顶盖3的内侧均设置卡槽6，卡槽6可通过铣削加工，壳体的两侧分别通过底座卡槽、顶盖卡槽进行固定，这样壳体2与底座1、顶盖3之间形成了用于设置测试样本的容腔。

在壳体2内两侧与底座1、顶盖3之间分别设置供电电极，供电电极为与测试样本直径相当的金属圆片，能够设于测试样本的两侧，供电电极可与底座或顶盖相互平行，底座1和顶盖3均设有供电电极引出孔8，供电电极孔8设于底座2或顶盖3的中心，在容腔内设置测试样本后，两端设有供电电极，供电电极的导线通过供电电极引出孔与电源连接，通过供电电极的设置向测试样本的两侧进行供电。

另外，壳体1、底座1和顶盖3均为亚克力玻璃管，便于观察实验样本与容器的相对位置，壳体2为环形壳体，如图4和图5所示，底座1和顶盖3均为方形，为了方便牙条丝杆4连接底座1和顶盖3，牙条丝杆4设于壳体2的周侧，在壳体2的环向方向设有测量电极孔7，用于设置测量电极，测量电极在***壳体2后与测试样本的中心轴线呈垂直状态，测量电极用于测量测试样本的复电阻率信号，并向测试样本提供传输信号所需的盐桥溶液。

测量电极的电极采用Ag柱或AgCl柱17，该电极的制作步骤如下：

先将直径为2.05mm的Ag/AgCl柱置于浓度为7.85mol/L的Clorox强效浓缩漂白消毒水中浸泡1个小时，使其完全氧化后再用自来水冲洗，并浸泡多次后使用，其中Ag柱氧化后成AgCl柱；

制作保护壳15，该保护壳15为半径为2mm、长度为60mm、壁厚为0.5mm的石英玻璃管，内置3.5mol/L的KCl溶液作为盐桥溶液；

保护壳15一端设置耐腐蚀的木材渗透件12，AgCl柱的一端与渗透件12接触或连接，AgCl柱***渗透件的侧面，具体，通过渗透件12保护壳内的盐桥溶液向测试样本流动，渗透件12渗水性较好，可便于盐桥溶液的流动，渗透件12直径可定为3.9mm，长度为3mm，Ag/AgCl柱长于保护壳设置；

在保护壳两端分别设置密封套，密封套采用橡胶帽，一端的橡胶帽A13用于保护渗透件，橡胶帽A13不开孔，在使用时，将该橡胶帽A13退下，使得AgCl柱与测试样本紧密接触，对另一端的橡胶帽B16进行开孔，将AgCl柱与保护壳15固定，防止保护壳内的盐桥溶液挥发。

具体地，在本实施例中，壳体2为长为160mm、半径为30mm、壁厚为5mm的亚克力玻璃管，壳体2长度方向的两侧均刻有80mm的刻度线5，用于校对测试样本的相对位置，卡槽6的宽度为5mm，顶盖通孔半径为3.5mm，顶盖3和底座1的供电电极引出孔8半径为10mm。

一种岩体复电阻率信号测量装置的使用方法，包括如下内容：

两个测量电极通过容器的测量电极孔7，与容腔内的测试样本接触；

测量电极向测试样本提供盐桥溶液；

将测量电极与测量设备(如PSIP(Portable Spectral Induced Polarization)，一种用于测量频率域激发极化信号的实验设备。)相连并接通电源后，通过测量电极测量两个测量电极之间的电势差，并将电势差信息转化为设定模型的中相关岩体参数，可采用多频波谱的物理模型，进而获得岩体复电阻率信息。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种岩体复电阻率信号测量装置，其特征在于，包括：

可拆卸的容器，容器内设有用于放置测试样本的容腔，容腔内设有能够与测试样本接触的供电电极；

测量电极，容器开有用于安装测量电极的测量电极孔，测量电极通过测量电极孔能够与容腔内的测试样本接触，测量电极能够向容腔内的测试样本提供盐桥溶液，以使测量电极通过盐桥溶液与测试样本间接接触，但测量电极不直接与容腔内的测试样本相接触，而是通过电极内部的盐桥溶液与测试样本间接接触，目的是避免金属电极发生电极极化效应，影响测量信号。

2.根据权利要求1所述的一种岩体复电阻率信号测量装置，其特征在于，所述容器包括中空的壳体，壳体开有所述的测量电极孔，壳体的两端通过顶盖和底座进行支撑，壳体内侧与顶盖和底座之间形成所述的容腔。

3.根据权利要求2所述的一种岩体复电阻率信号测量装置，其特征在于，所述顶盖和底座分别设置卡槽，所述壳体的两端与卡槽配合，且顶盖和底座通过牙条丝杆和螺母进行连接。

4.根据权利要求2所述的一种岩体复电阻率信号测量装置，其特征在于，所述顶盖和底座均设置供电电极孔，所述供电电极的电源线穿过供电电极孔与电源连接。

5.根据权利要求1所述的一种岩体复电阻率信号测量装置，其特征在于，所述测量电极包括保护壳，保护壳内设有所述的盐桥溶液，保护壳内设置电极，保护壳内一端设置渗透件，渗透件能够与测试样本接触，电极一端与渗透件连接，电极的另一端长于保护壳另一端设置。

6.根据权利要求5所述的一种岩体复电阻率信号测量装置，其特征在于，所述渗透件的材料为木材。

7.根据权利要求5所述的一种岩体复电阻率信号测量装置，其特征在于，所述保护壳的一端设有密封套A，另一端设有带通孔的密封套B，所述的电极穿过密封套B设置。

8.根据权利要求7所述的一种岩体复电阻率信号测量装置，其特征在于，所述密封套A相对于保护壳可拆卸设置。

9.根据权利要求7所述一种岩体复电阻率信号测量装置的制作方法，其特征在于，包括如下内容：

制作一个容器，容器内放置测试样本，在测试样本的两侧设置供电电极，供电电极与电源连接；

制作测量电极：

对电极进行氧化和冲洗；

电极一端与渗透件连接，电极穿过保护壳设置，且渗透件固定于保护壳内一端，电极长于保护壳设置，保护壳内设置盐桥溶液，在保护壳的两端分别设置密封套，一端的密封套A用于保护渗透件，对另一端的密封套B进行开孔，将电极与保护壳固定；

拆除密封套A，将电极***容器的测量电极开孔内，使得渗透件与测试样本接触。

10.根据权利要求1-8中任一项所述的一种岩体复电阻率信号测量装置的使用方法，其特征在于，包括如下内容：

多个测量电极通过容器的测量电极孔，与容腔内的测试样本接触；

测量电极向测试样本提供盐桥溶液；

通过测量电极测量其中两个测量电极之间的电势差，并将影响电势差信息转化为设定模型的中相关岩体参数。