岩石高压渗透试验系统技术方案

本实用新型专利技术提供了一种岩石高压渗透试验系统，包括试样压力室装置，试样压力室装置中有承力架，位于承力架中的液压千斤顶，置于液压千斤顶顶部的移动小车，固定于移动小车上的三轴压力室，三轴压力室包括围压腔体、带渗透水进口和围压水进口的压力室底座、位于压力室底座上的与渗透水进口和试样上的渗透水通道连通的下传力柱系统、位于压力室顶部含与试样上的渗透水通道相通的渗透水出口的上传力柱系统，所述的试验系统中有分别与液压千斤顶、渗透水进口、围压水进口连接的油水转换动力控制系统。本实用新型专利技术可进行试样在各种条件下的渗透性测试，各种加载路径的常规三轴力学特性测试、高渗透压力下渗流、应力耦合全过程试验研究，可对轴压、围压、渗透压力、轴向位移进行精确控制。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术与岩石(体)渗透性测试、高渗压下岩石(体)的力学特性测试及其 破坏机制研究有关。技术背景-在水利、矿业、石油、铁路、公路和国防等工程建设中，经常会遇到各种各样 的岩石渗透问题。在西部地区300m级高坝的大型水电站建设，以及高等公路、铁 路深埋长隧道工程建设中，一类重大地质灾害问题就是异常地下水流的"高压突水" 问题。对这类问题的评价与预测，就要求我们必须了解高水头压力作用下岩体的渗 透特性、破坏机理和力学特性，而目前，人们在这方面所积累的知识和经验都很少。要完成上述研究课题，需配备相应的试验仪器设备。高压下岩石渗流耦合试验 的试件密封、各向压力控制以及应力、应变测量的难度很大，对设备要求很高，国 内、外能做此类试验的设备并不多。试验仪器首要性能是进行渗透性测定。按照实 验原理，室内渗透性测试方法可分为两大类 一类是在试件的两端施加一定或变化 的水压差，通过测量渗透流量来计算试件的渗透系数，传统的定水位和变水位法即 属于此类；另一类是向试件的一端以一定的流量注水或直接施加压力脉冲，通过测 量试件两端间压力差随时间的变化来计算试件的渗透系数。20世纪60年代，Olsen H W Darcy's law in saturated kaolinite. Water Resources 1966， 2(6): 287一295; Brace W F, Walsh J B. Fangos W T. Permeability of granite under high pressure . Journal of Geophysical Research. 1968. 73(6): 2 225-2 236 文中先后提议的定流量法以及压力脉冲法即属于此类。渗透性测试，主要存在两大技术难点， 一是'渗流量的测定，二是稳定渗透水压 差的建立。渗流量的测试方式， 一般采用高灵敏度流量传感器，但其测试精度有限， 一般大于180ml/min，主要用于高渗透岩性及松散颗粒土等的测试。Zhang M, Takahashi M, Esaki T. Japan Patent No. 3041417 ;韩小妹.低渗透岩石非 Darcy渗流实验研究.北京清华大学2004中分别采用高性能 流泵和双缸Quizix柱塞泵进行流量测定。前者可在定流量控制条件下可以每分钟0.01ul到50ml间任意设定的流量速度注水或抽水，控制误差为3%;后者的驱替泵 的控制测试流量范围为0. 0012ml 15. Oml/min。这两种方法虽然可以精确测到微 小的渗流量，但仪器精度要求太高，流速不易长时间精确控制，难能普遍推广使用。而渗透测试稳定水压差一般在试样进出端分别采用伺服控制，使试样进、出端 分别保持一定的水压值不变。例如张铭在他的《低渗透岩石实验理论及装置》(岩 石力学与工程学报，2003 22(6): 919-925)中定流量测定在试样进出端分别采用 流泵控制，其中一流泵设为定流量工作状态，另一流泵采用定压工作状态来实现稳 定渗透水压差的建立。此法往往需要较长的测量时间，而且同样存在上述对流量测 定的技术问题，难能长时间稳定控制，不易推广使用。近年来，随着对低渗透岩的深入研究，瞬时压力脉冲法被广泛采用和认可。该 技术是通过测量试样两端容器水压力差随时间的变化来测定岩石的渗透性，不需要 测量流量，从而避免用常规方法测量流体通过致密岩石时微小流量计量的困难。该 实验压力可实时测量，而流量则需要时间积分，这一特性使得测试时间大大减少， 但在测试低渗透试件时仍然需要较长时间。根据试件的渗透性、储水性、试件尺寸 及实验装置本身的压縮储水性能的大小，实验时间可短至几分钟，几小时，长则几 天乃至几十天。该方法是根据水压力的平衡与时间的关系来测试试样的渗透性，它 忽略了试样中流体的压縮性和岩石的孔隙压縮性，管路的变形及管路的泄漏，而且 压差传感器的精度相对较低，试验持续时间长必然影响测试结果。渗流出水口端水 压力是一个变量，这与试样实际所受的孔隙水压力情况不符
技术实现思路
本技术的目的是了为了提供一种可根据试样在高渗透压力下，变形破坏过 程和渗透压力耦合作用机理研究的需要.能够开展高渗透压力下，岩石变形破坏和渗透压力耦合的全过程试验研究，围压、渗透压最大均可加到30MPa，轴向最大刀 可加到4000KN,且可对轴压、围压、渗透压力、轴向位移进行精确控制的岩石高压 渗透试验系统。本技术的另一个目的是为了提供一种还可进行各种加、卸载路径下的力学 及渗透性测试研究，出水端水流量可0 10L/min任意调节，流量测定采用出水端 水体积的精确变化来计量岩石的渗流量，要求除了对常规试样尺寸外，还能开展大 尺寸岩样的测试，可针对0300X6OOmm、 0200X4OOmm、 015OX3OOmiru 0100X2OOmm、 050X1OO誦的标准试样及高度低于相应规格尺寸的非标准试样进行力学、渗透性试 验研究的岩石高压渗透性试验系统。本技术的目的是这样来实现的本技术岩石高压渗透试验系统，包括试样压力室装置，试样压力室装置中 有承力架，位于承力架中的液压千斤顶，置于液压千斤顶顶部的移动小车，固定于 移动小车上的三轴压力室，三轴压力室包括围压腔体、带渗透水进口和与围压腔体 相通的围压水进口的压力室底座、位于压力室底座上的与渗透水进口和试样上的渗 透水通道连通的传力柱系统、位于压力室顶部含与试样上的渗透水通道相通的渗透 水出口的上传力柱系统，所述的试验系统中有分别与液压千斤顶、渗透水进口、围 压水进口连接的油水转换动力控制系统。上述的油水转换动力控制系统中有油箱，与油箱连通的油泵，通过单向阀与油 泵出油口连接的储能油罐，分别通过第一、第二静态伺服阀及与第一、第二静态伺 服阀连接的第一、第二电磁换向阀与储能油罐连接的渗透水储能器、围压水储能器， 渗透水储能器、围压水储能器分别与三轴压力室的渗透水进口和围压水进口连通， 储能油罐分别通过第三静态伺服阀及第三电磁换向阀向液压千斤顶提供液压油。上述的储能油罐包括带进油口和出油口的第三密封罐体、第三密封罐体上部装 有预先加有压力的氮气密封胶囊，渗透水储能器包括带进油口的第一罐体、位于第 一罐体中的带渗透水出口的装渗透水的渗透水胶囊，围压水储能器包括带进油口的 第二罐体、位于第二罐体中的带围压水的出口的装围压水的围压水胶囊。上述的压力室渗透水出口处有通过管道分别与之连通的出水端水流控制系统， 体变测量仪。上述的出水端水流控制系统中有管路过滤器、与管路过滤器连接的手动调速阀。 上述的体变测量仪中有带渗流水进口的圆柱体钢桶，位于圆柱体钢桶中的磁致 性位移传感器。上述的承力架上梁固定有轴向压力传感器，承力架侧面与液压千斤顶相对应的 沿压力室轴向位置装有带竖直滑道的光纤位移传感器，可对测试试样轴向位移进行 精确测量，灵敏度高。上述的承力架由立柱、装于立柱上的下梁、上梁，与立柱螺纹配合且将上梁固 定的螺帽组成。.上述的三轴压力室渗透水进、出口处分别装有水压力传感器，在三轴压力室渗 透水进、出水管路上装有对水压力传感器测试差值进行校核的差压传感器。上述的传力柱系统中与试样接触端面上有保证渗流在试样整个端面进行的环形 本文档来自技高网...

【技术保护点】
岩石高压渗透试验系统，其特征在于包括试样压力室装置，试样压力室装置中有承力架，位于承力架中的液压千斤顶，置于液压千斤顶顶部的移动小车，固定于移动小车上的三轴压力室，三轴压力室包括围压腔体、带渗透水进口和与围压腔体相通的围压水进口的压力室底座、位于压力室底座上的与渗透水进口和试样上的渗透水通道连通的传力柱系统、位于压力室顶部含与试样上的渗透水通道相通的渗透水出口的上传力柱系统，所述的试验系统中有分别与液压千斤顶、渗透水进口、围压水进口连接的油水转换动力控制系统。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：黄润秋，徐德敏，付小敏，虞修竞，严明，林峰，邓英尔，蔡国军，
申请(专利权)人：成都理工大学，
类型：实用新型
国别省市：90[中国|成都]