【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及岩石力学与工程相关，特别涉及一种多功能岩石气液渗流的试验装置及方法。
技术介绍
1、在现代岩土工程中，岩石渗透性是一种非常重要的技术参数，对岩石工程、水利工程、采矿工程都具有极其重要的意义。渗透系数的物理意义是材料介质对某种特定流体的渗透能力，同时，在应力作用下，岩石材料发生变形会改变其渗透性能即渗透系数。而岩石材料的现场渗透系数试验操作复杂、人力物力消耗高。当前测定岩石渗透系数的方法为液体流量法，然而在工程实践中，大多数地下工程围岩为致密岩体，具有低渗透率的特性。在油气地质封存储库、废料填埋场、气体储能等工程建设中，均存在低渗介质气体渗透问题。随着科学技术的发展，低渗介质条件下，气体渗透行为测量致密岩体渗透率与孔隙率成为主要的研究手段。
2、因此，需要开发一种保证液体渗流与气体渗流简易快速切换的装置同三轴压缩试验仪器相连，实现各类型岩体渗透率测量的要求，满足三轴压缩的试验要求。
技术实现思路
1、专利技术目的：针对以上问题，本专利技术目的是提供一种多功能岩石气液渗流的试验装置及方法。
2、技术方案：本专利技术一方面提供一种多功能岩石气液渗流的试验装置，包括油泵、围压加载系统、轴压加载系统、液体渗流控制系统、气体渗流控制系统、三轴压力室、液体流量采集系统以及计算机数据采集系统，其中液体渗流控制系统以及气体渗流控制系统使用同一通路组成气液-体渗透系统与三轴压力室的渗压室相连接，围压加载系统与三轴压力室的围压室相连接，轴压加载系统与三轴压力室的轴压
3、进一步，在液体渗流控制系统以及气体渗流控制系统使用的同一通路上设置渗压阀门和液体渗流阀门，渗压阀门靠近渗压室，在渗压阀门和液体渗流阀门中间的通路上还设置干燥器，气体渗流控制系统的出口位置位于干燥器和液体渗流阀门之间，液体渗流控制系统的出口位置位于液体渗流阀门之前。
4、进一步，液体渗流控制系统包括渗压水箱、渗压泵机、渗压加卸载阀门、风机及液体流量计，其中渗压水箱由渗压泵机提供不同的渗压加载速度，实现不同梯级渗压加载，风机通过管道连接渗压水箱，在管道上设置液体流量计，液体流量计和风机之间的管道上设置渗压加卸载阀门，渗压加卸载阀门通过管道连接液体渗流阀门。
5、进一步，气体渗流控制系统包括气瓶、高压气源、低压气源、高气压示数表和低气压示数表；其中气瓶通过管道连接高压气源，之间的管道上设置2个阀门，高压气源由气瓶补充气体；高压气源通过管道连接低压气源，之间的管道上设置阀门，低压气源由高压气源补充气体；低压气源通过管道连接液体渗流控制系统以及气体渗流控制系统之间的同一通路，且管道上设置有阀门；高气压示数表连接高压气源，低气压示数表连接低压气源，高气压示数表和低气压示数表与计算机数据采集系统连接。
6、进一步，围压加载系统包括围压油箱、围压泵机和围压加卸载阀门，油量计由渗压泵机提供不同的油量加载速度，实现不同梯级围压加载；油量计通过管道连接围压室，围压加卸载阀门设置在管道上，围压加卸载阀门控制渗压泵机与油量计的开启与关闭，围压加卸载阀门和围压室之间的管道上还设置有阀门。
7、进一步，轴压加载系统包括轴压油箱、轴压泵机和轴压加卸载阀门，轴压油箱由轴压泵机提供不同的油量加载速度，实现不同梯级轴压加载；轴压油箱通过管道连接轴压室，轴压加卸载阀门设置在管道上，轴压加卸载阀门控制轴压泵机与轴压油箱的开启与关闭，轴压加卸载阀门和轴压室之间的管道上还设置有轴压阀门。
8、进一步，三轴压力室渗流出口处设置气液分离器，气液分离器两端分别连接气体流量计与液体流量计阀门的一端，液体流量计阀门的另一端通过管道连接液体流量采集系统。
9、本专利技术另一方面提供一种多功能岩石气液渗流的试验方法，包括：
10、将待测岩石试样以及环形应变计安装于三轴压力室内，打开围压加载系统及对应阀门，施加围压至预定值后保持围压稳定；
11、若开展水渗流试验，打开对应处管道上的阀门，关闭干燥器，开启液体渗流控制系统施加渗流压力，利用流量计实时记录液体流量；
12、若开展气体渗流试验，打开对应处管道上的阀门，开启干燥器，开启气体渗流控制系统施加渗流压力，利用气体压力计实时记录气体压力；
13、打开轴压加载系统及对应阀门，施加轴压至达到试验方案要求；
14、利用计算机数据采集系统采集围压加载系统、轴压加载系统、液体渗流控制系统、气体渗流控制系统、液体流量采集系统以及气体流量计的试验数据，通过试验软件实时计算并显示试验结果。
15、进一步，该试验方法还包括：
16、进行液体渗流试验时，打开气液分离器，利用液体流量计记录渗流数据；
17、进行气体渗流试验时，打开气液分离器，利用气体流量计记录渗流数据；
18、若在液体渗流试验完成后预开展气体渗流试验时，先关闭液体渗流控制系统，开启风机，将通道的水分从液体流量采集系统的端口排除，待无明显水分流出，开启干燥器，利用气体压力排出通路中的水分，待放置于液体流量采集系统端口处的试纸无湿润变化时，表明内部通路水分排出完毕，再开展气体渗流试验。
19、有益效果：本专利技术与现有技术相比，其显著优点是：
20、本专利技术中液体渗流控制系统与气体渗流控制系统采用共同通道连接三轴压力室，该测定方法可以实现不同围压、不同偏应力水平下的岩石气体渗透渗流或水渗透流量的测定，无需更换渗流通，实现了液体渗流与气体渗流的快速简便切换，满足三轴试验多样性要求，降低了试验设备损坏的风险，简化了试验流程，保证了试验效率；相对于传统的方法过程长、操作复杂的缺点，本专利技术操作简便、耗时短、材料损耗，保障试验过程的稳定性与连续性，并降低试验成本。
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1.一种多功能岩石气液渗流的试验装置，其特征在于，包括油泵(1)、围压加载系统(2)、轴压加载系统(3)、液体渗流控制系统(4)、气体渗流控制系统(5)、三轴压力室(6)、液体流量采集系统(7)以及计算机数据采集系统(8)，其中液体渗流控制系统(4)以及气体渗流控制系统(5)使用同一通路组成气液-体渗透系统与三轴压力室(6)的渗压室相连接，围压加载系统(2)与三轴压力室(6)的围压室相连接，轴压加载系统(3)与三轴压力室(6)的轴压室相连接，围压加载系统(2)、轴压加载系统(3)、液体渗流控制系统(4)、气体渗流控制系统相连接(5)以及液体流量采集系统(7)分别与计算机数据采集系统(8)相连接，油泵(1)分别与围压加载系统(2)及轴压加载系统(3)连接。
2.根据权利要求1所述的多功能岩石气液渗流的试验装置，其特征在于，在液体渗流控制系统(4)以及气体渗流控制系统(5)使用的同一通路上设置渗压阀门(6-3)和液体渗流阀门(6-4)，渗压阀门(6-3)靠近渗压室，在渗压阀门(6-3)和液体渗流阀门(6-4)中间的通路上还设置干燥器(6-6)，气体渗流控制系统(4)的出口
3.根据权利要求2所述的多功能岩石气液渗流的试验装置，其特征在于，液体渗流控制系统(4)包括渗压水箱(4-1)、渗压泵机(4-2)、渗压加卸载阀门(4-3)、风机(4-4)及液体流量计(4-5)，其中渗压水箱(4-1)由渗压泵机(4-2)提供不同的渗压加载速度，实现不同梯级渗压加载，风机(4-4)通过管道连接渗压水箱(4-1)，在管道上设置液体流量计(4-5)，液体流量计(4-5)和风机(4-4)之间的管道上设置渗压加卸载阀门(4-3)，渗压加卸载阀门(4-3)通过管道连接液体渗流阀门(6-4)。
4.根据权利要求2所述的多功能岩石气液渗流的试验装置，其特征在于，气体渗流控制系统(5)包括气瓶(5-1)、高压气源(5-2)、低压气源(5-3)、高气压示数表(5-4)和低气压示数表(5-5)；其中气瓶(5-1)通过管道连接高压气源(5-2)，之间的管道上设置2个阀门，高压气源(5-2)由气瓶(5-1)补充气体；高压气源(5-2)通过管道连接低压气源(5-3)，之间的管道上设置阀门，低压气源(5-3)由高压气源(5-2)补充气体；低压气源(5-3)通过管道连接液体渗流控制系统(4)以及气体渗流控制系统(5)之间的同一通路，且管道上设置有阀门；高气压示数表(5-4)连接高压气源(5-2)，低气压示数表(5-5)连接低压气源(5-3)，高气压示数表(5-4)和低气压示数表(5-5)与计算机数据采集系统(8)连接。
5.根据权利要求2所述的多功能岩石气液渗流的试验装置，其特征在于，围压加载系统(2)包括围压油箱(2-1)、围压泵机(2-2)和围压加卸载阀门(2-3)，油量计(2-1)由渗压泵机(2-2)提供不同的油量加载速度，实现不同梯级围压加载；油量计(2-1)通过管道连接围压室，围压加卸载阀门(2-3)设置在管道上，围压加卸载阀门(2-3)控制渗压泵机(2-2)与油量计(2-1)的开启与关闭，围压加卸载阀门(2-3)和围压室之间的管道上还设置有阀门。
6.根据权利要求2所述的多功能岩石气液渗流的试验装置，其特征在于，轴压加载系统(3)包括轴压油箱(3-1)、轴压泵机(3-2)和轴压加卸载阀门(3-3)，轴压油箱(3-1)由轴压泵机(3-2)提供不同的油量加载速度，实现不同梯级轴压加载；轴压油箱(3-1)通过管道连接轴压室，轴压加卸载阀门(3-3)设置在管道上，轴压加卸载阀门(3-3)控制轴压泵机(3-2)与轴压油箱(3-1)的开启与关闭，轴压加卸载阀门(3-3)和轴压室之间的管道上还设置有轴压阀门(6-1)。
7.根据权利要求2所述的多功能岩石气液渗流的试验装置，其特征在于，三轴压力室(6)渗流出口处设置气液分离器(6-7)，气液分离器(6-7)两端分别连接气体流量计(6-10)与液体流量计阀门(6-8)的一端，液体流量计阀门(6-8)的另一端通过管道连接液体流量采集系统(7)。
8.一种多功能岩石气液渗流的试验方法，其特征在于，应用于权利要求1-7任一项所述的多功能岩石气液渗流的试验装置，包括：
9.根据权利要求8所述的多功能岩石气液渗流的试验方法，其特征在于，还包括：
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1.一种多功能岩石气液渗流的试验装置，其特征在于，包括油泵(1)、围压加载系统(2)、轴压加载系统(3)、液体渗流控制系统(4)、气体渗流控制系统(5)、三轴压力室(6)、液体流量采集系统(7)以及计算机数据采集系统(8)，其中液体渗流控制系统(4)以及气体渗流控制系统(5)使用同一通路组成气液-体渗透系统与三轴压力室(6)的渗压室相连接，围压加载系统(2)与三轴压力室(6)的围压室相连接，轴压加载系统(3)与三轴压力室(6)的轴压室相连接，围压加载系统(2)、轴压加载系统(3)、液体渗流控制系统(4)、气体渗流控制系统相连接(5)以及液体流量采集系统(7)分别与计算机数据采集系统(8)相连接，油泵(1)分别与围压加载系统(2)及轴压加载系统(3)连接。
2.根据权利要求1所述的多功能岩石气液渗流的试验装置，其特征在于，在液体渗流控制系统(4)以及气体渗流控制系统(5)使用的同一通路上设置渗压阀门(6-3)和液体渗流阀门(6-4)，渗压阀门(6-3)靠近渗压室，在渗压阀门(6-3)和液体渗流阀门(6-4)中间的通路上还设置干燥器(6-6)，气体渗流控制系统(4)的出口位置位于干燥器(6-6)和液体渗流阀门(6-4)之间，液体渗流控制系统(4)的出口位置位于液体渗流阀门(6-4)之前。
3.根据权利要求2所述的多功能岩石气液渗流的试验装置，其特征在于，液体渗流控制系统(4)包括渗压水箱(4-1)、渗压泵机(4-2)、渗压加卸载阀门(4-3)、风机(4-4)及液体流量计(4-5)，其中渗压水箱(4-1)由渗压泵机(4-2)提供不同的渗压加载速度，实现不同梯级渗压加载，风机(4-4)通过管道连接渗压水箱(4-1)，在管道上设置液体流量计(4-5)，液体流量计(4-5)和风机(4-4)之间的管道上设置渗压加卸载阀门(4-3)，渗压加卸载阀门(4-3)通过管道连接液体渗流阀门(6-4)。
4.根据权利要求2所述的多功能岩石气液渗流的试验装置，其特征在于，气体渗流控制系统(5)包括气瓶(5-1)、高压气源(5-2)、低压气源(5-3)、高气压示数表(5-4)和低气压示数表(5-5)；其中气瓶(5-1)通过管道连接高压气源(5-2)，之间的管道上设置2...
【专利技术属性】
技术研发人员：王伟，张宽，曹亚军，吴俊，陈超维，陈超，段雪雷，
申请(专利权)人：河海大学，
类型：发明
国别省市：
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