[实用新型]一种岩石水气渗流-应力耦合试验装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种耦合装置，尤其是涉及一种岩石水气渗流-应力耦合试验装置。 

背景技术

岩石在复杂应力环境下的变形特性与渗透特性研究是大型水利水电、深部资源开采、油/气能源地下储存、地下空间利用等领域重大工程建设迫切需要解决的关键问题。由于岩石赋存环境的复杂性，在各种工程荷载的作用下，岩石初始地应力场受到改造，应力场分布发生变化，岩石产生变形和细观结构的演化，从而导致岩石的渗透特性发生变化；相应地，岩石渗透特性的变化将导致渗流场的分布发生改变，从而又进一步改造岩石应力场。岩石渗流场和应力场的这种相互作用和相互影响称为岩石渗流-应力耦合作用，岩石应力-渗流耦合试验是开展岩石应力场和渗流场耦合机理研究的关键。然而，常规的现场试验方法很难获取岩石变形过程中渗透特性的变化规律，采用岩石室内三轴压缩过程中的渗透试验可以揭示其应力-应变全过程中渗透率的演化规律。 

自上世纪50年代以来，岩石三轴压缩过程中的渗透特性研究受到了学术界和工程界的重视。然而，国内外许多学者的大部分渗透性试验主要针对渗透系数比较高渗透率在10^-12～10^-16m²量级的岩样，三轴压缩过程中低渗岩石渗透率在10^-16～10^-22m²量级的渗透性试验成果并不多见。已有研究成果表明，岩石在三轴压缩过程中的全应力-应变曲线可划分为初始压密阶段、弹性变形阶段、局部损伤阶段、剧烈损伤阶段及峰后破坏阶段，在此过程 中岩石的渗透特性相应地表现为初始下降、弹性稳定、峰前稳定增大、峰值附近剧烈增大及峰后下降等特征。 

当前，岩石(尤其是低渗岩石)在三轴压缩过程中的渗透性试验研究已成为国际岩石力学领域的研究热点，试验手段多采用瞬态压力脉冲法，渗透流体多采用水或气体如氮气、氦气。然而，由于岩石三轴压缩过程中渗透特性试验的特殊性和复杂性，国内目前尚未研发出功能完善的岩石三轴压缩-水(气)耦合装置。 

实用新型内容

本实用新型的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的： 

一种岩石水气渗流-应力耦合试验装置，其特征在于，包括轴压伺服系统、围压伺服系统、流体注入系统、流体渗透系统，以及与所述系统相连的数据采集、处理装置。 

在上述的一种岩石水气渗流-应力耦合试验装置，所述轴压伺服系统包括轴压伺服高精度液压泵、与之相连的第一液压阀门，紧接第一液压阀门后的轴压传感器；所述轴压伺服高精度液压泵还与数据采集、处理装置连接；所述轴压传感器还与气体渗透系统连接。 

在上述的一种岩石水气渗流-应力耦合试验装置，所述围压伺服系统包括围压伺服高精度液压泵、与之相连的第二液压阀门，紧接第一液压阀门后的围压传感器；所述围压伺服高精度液压泵还与数据采集、处理装置连接；所述轴压传感器还与气体渗透系统连接。 

在上述的一种岩石水气渗流-应力耦合试验装置，所述流体注入系统包括依此相连的高压氮气、气阀、气体减压阀，水瓶及与水瓶相连的水阀，水/气压伺服高精度液压泵以及第三液压阀门相连，所述第三液压阀门前与水(气)压高精度液压泵相连后与上述水阀连接，再与气体渗透系统相连。 

在上述的一种岩石水气渗流-应力耦合试验装置，所述流体渗透系统包 括进口端、试样及试样密封系统、三轴压力室及支撑传力装置、出口端；其中进口端包括进口端压力传感器、第四液压阀门、进口端钢瓶、第五液压阀门；所述第四液压阀门前与进口端压力传感器，后与进口端钢瓶、第五液压阀门依次相连；所述试样两端放置渗透活塞，橡皮套将试样和渗透活塞包裹，封气箍紧箍在橡皮套两端将试样密封；所述三轴压力室及支撑传力装置包括三轴压力室、支架、千斤顶、置于压力室底端并与一个流体回收容器相连的第六液压阀门，置于压力室上连通大气的第七液压阀门；出口端包括出口端压力传感器，第八液压阀门以及顺次相连的出口端钢瓶、第九液压阀门，第十液压阀门，其中出口端压力传感器分别与第八液压阀门、第十液压阀门相连；进口端与出口端由第十一液压阀门相连通。 

在上述的一种岩石水气渗流-应力耦合试验装置，所述数据采集、处理装置包括计算机采集及处理系统。 

本实用新型涉及到的三个过程如下：