测量多场多相耦合条件下超低渗介质气体渗透参数的试验系统技术方案

本申请属于岩土工程、地质工程技术领域，提供测量多场多相耦合条件下超低渗介质气体渗透参数的试验系统。本系统包括三轴渗流室、变形监测装置、温度感控装置、体积/压力控制器、偏应力加载装置、气体注入装置、出口缓冲容器、超低渗流量监测装置。试验过程中，首先对岩土体试样施加温度和三轴应力控制；利用气体注入装置向岩土体试样注入高压气体，高压气体经过渗透后进入出口缓冲容器和超低渗流量监测装置，获得气体渗透流量；变形监测装置可在试验过程中测量岩土体试样的局部绝对变形量。本申请提供的方案，其有益效果在于：实现了多场多相耦合条件下超低渗介质的气体渗透的全过程监测，能够获得气体渗透特性和宏观变形特性。

An experimental system for measuring the gas permeability parameters of ultra-low permeability medium under the condition of multi field and multi-phase coupling

【技术实现步骤摘要】
测量多场多相耦合条件下超低渗介质气体渗透参数的试验系统
本申请涉及一种在土木工程(岩土)及地质工程
，用于测量多场多相耦合条件下超低渗介质气体渗透参数的试验系统。
技术介绍
高放射性核废物深地质处置是通过设置各种屏障，将废弃物封存在距地表以下500～1000m的合适岩体中，以阻止核素的泄漏与迁移。根据围岩的不同，处置库可分为单屏障库与双屏障库。其中，双屏障库选用坚硬岩层作为围岩，如美国尤卡山、日本的处置库，以及中国北山预选处置库等。双屏障库中，以蒙脱石为主要成分的高压实膨润土是最适合的人工屏障缓冲/回填材料，它具备水力屏障、化学屏障和机械屏障等多重功能。处置库建设与长期运营过程中，受围岩的约束与地下水的入侵影响，膨润土自身吸水膨胀，库内核废料产生衰变热，以及围岩内地下水化学成分与库内混凝土结构部分衰解产生高碱溶液等，都将影响高压实膨润土的缓冲/回填性能的发挥。此外，研究还发现，因废物罐金属壳体腐蚀、微生物降解、水辐解等作用将产生大量气体(氢气、甲烷、二氧化碳等)，并将在罐体周围压实膨润土及相关低渗屏障体中不断积聚，从而产生本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.测量多场多相耦合条件下超低渗介质气体渗透参数的试验系统，其特征在于：包括三轴渗流室、变形监测装置、温度感控装置、体积/压力控制器、偏应力加载装置、气体注入装置、出口缓冲容器、超低渗流量监测装置。试验过程中，首先对岩土体试样施加温度和三轴应力控制；利用气体注入装置向岩土体试样注入高压气体，高压气体经过渗透后进入出口缓冲容器和超低渗流量监测装置，获得气体渗透流量；变形监测装置可在试验过程中测量岩土体试样的局部绝对变形量。本申请提供的方案，其有益效果在于：实现了多场多相耦合条件下超低渗介质的气体渗透的全过程监测，能够获得气体渗透特性和宏观变形特性。/n

【技术特征摘要】
1.测量多场多相耦合条件下超低渗介质气体渗透参数的试验系统，其特征在于：包括三轴渗流室、变形监测装置、温度感控装置、体积/压力控制器、偏应力加载装置、气体注入装置、出口缓冲容器、超低渗流量监测装置。试验过程中，首先对岩土体试样施加温度和三轴应力控制；利用气体注入装置向岩土体试样注入高压气体，高压气体经过渗透后进入出口缓冲容器和超低渗流量监测装置，获得气体渗透流量；变形监测装置可在试验过程中测量岩土体试样的局部绝对变形量。本申请提供的方案，其有益效果在于：实现了多场多相耦合条件下超低渗介质的气体渗透的全过程监测，能够获得气体渗透特性和宏观变形特性。


2.根据权利要求1所述的测量多场多相耦合条件下超低渗介质气体渗透参数的试验系统，其特征在于：所述的三轴渗流室是试验系统的主体部分，包括外壳、内腔；
所述的三轴渗流室外壳由底座、顶盖和侧环组成，均由不锈钢制成；所述的底座和侧环之间通过若干个水平向螺栓紧密连接在一起；所述的底座与侧环、顶盖与侧环的接缝处采用若干条O形圈密封；所述的底座内设有进气孔、出气孔和供水孔；所述的顶盖顶部设有排气孔、热探针孔、承重轴孔；
所述的三轴渗流室内腔设置有若干根三轴室支柱、岩土体试样、上方金属圆柱体、下方金属圆柱体；所述的三轴渗流室内腔可充填液体；所述的若干根三轴室支柱垂直连接于底座与顶盖之间，沿底座圆周方向等距设置，起底座与顶盖之间支撑固定作用；所述的岩土体试样为被测试验材料，安装于上方金属圆柱体和下方金属圆柱体之间；所述的上方金属圆柱体、下方金属圆柱体的横截面尺寸与岩土体试样的横截面尺寸相同；所述的上方金属圆柱体、下方金属圆柱体内设有通气孔，上方金属圆柱体通气孔底端、下方金属圆柱体通气孔顶端与岩土体试样直接连通；上方金属圆柱体通气孔顶端通过导管与底座出气孔顶端连接，下方金属圆柱体通气孔底端与底座进气孔顶端连接。


3.根据权利要求1所述的测量多场多相耦合条件下超低渗介质气体渗透参数的试验系统，其特征在于：所述的变形监测装置安装在三轴渗流室内腔内，由若干个电涡流传感器、若干个变形监测架、若干个金属贴片组成；
所述的若干个电涡流传感器固定在变形监测架上，并分别沿岩土体试样高度、圆周方向等距布设在岩土体试样周围；所述的若干个变形监测架沿岩土体试样圆周方向等距布设；所述的金属贴片分别沿岩土体试样高度、圆周方向等距粘附在岩土体试样外高强度乳胶膜外表面，与电涡流传感器探头正对并保持一定距离；所述的电涡流传感器可精确测量金属贴片与探头端面之间静态和动态的相对位移变化，通过实时监测金属贴片相对位移来间接获得渗透过程中岩土体试样的局部绝对变形量。


4.根据权利要求1所述的测量多场多相耦合条件下超低渗介质气体渗透参数的试验系统，其特征在于：所述的温度感控装置安装在三轴渗流室外壳外，包括加热器、温度控制器、热探针；
所述的加热器包裹在三轴渗流室侧环外侧，通过对不锈钢材料制成的侧环加热，间接将热量传导给三轴渗透室内腔充填的液体；所述的温度控制器通过导线与加热器连接，可根据温度设定值和热探针测量的三轴渗流室内腔液体温度自动控制加热器电源的通断；所述的热探针通过热探针孔将探头伸入三轴渗流室内腔液体中，可用于测量的三轴渗流室内腔液体的温度，再通过导线将实时测量温度数据传输给温度控制器；所述的加热器、温度控制器、热探针三者共同构成闭环控制装置，可精确控制被测岩土体试样在渗透试验过程中的温度。


5.根据权利要求1所述的测量多场多相耦合条件下超低渗介质气体渗透参数的试验系统，其特征在于：所述的体积/压力控制器通过导管与三轴渗透室供水孔相连；对于组装好的三轴渗透室，当排气孔打开时体积/压力控制器可向三轴渗透室内腔注入或排出液体，当排气孔关闭时可向三轴渗透室内腔液体施加压力，从而对岩土体试样施加围压...

【专利技术属性】
技术研发人员：叶为民，崔林勇，王琼，季裕恒，陈永贵，陈宝，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：上海;31