[发明专利]一种测量岩石裂隙多相渗流特性的试验系统及试验方法

说明书

本发明一种测量岩石裂隙多相渗流特性的试验系统，包括供水装置、供气装置、多相渗流工作室、水收集装置和气体收集装置，多相渗流工作室包括压紧在裂隙试样两侧的夹板、分别安装在裂隙试样相对表面上的裂隙处的进口端帽和出口端帽，供水装置和供气装置均与进口端帽连接，水收集装置和气体收集装置均与出口端帽连接。该实验系统相对于其他成型方式(如微雕机械加工)，结构简单、经济实用，在较小的投入下仍能较好的完成实验过程，实用性强，便于推广应用。

技术领域

本发明涉及工程地质、水文地质的众多工程及地球科学技术领域，尤其涉及测量岩石裂隙多相渗流特性的试验系统及试验方法。

背景技术

岩石裂隙多相流是十分常见的，如在研究暴雨诱发岩质边坡滑坡、核废料迁移、地下能源与矿产开采及环境工程领域中都有涉及，并且对工程的经济效益与安全都起到至关重要的作用。岩石裂隙的多相渗透特性的确定是分析岩体多相渗流运动规律的前提，岩石裂隙多相渗流特性始终是地质技术领域热门课题。

岩石裂隙多相渗流特性，包含了岩石裂隙的饱和度、相对渗透性、毛细压力及其它们之间的相互关系，这些关系可以通过研究裂隙的表面粗糙程度、起伏度、开度来进行描述。现有的测量岩石裂隙多相渗透特性的技术存在着诸多方面的局限：

首先，在测量岩石裂隙的多相饱和度方面，现有技术多采用岩石裂隙进行试验，不能观察到裂隙内部流体相结构的变化特征，也较难测量裂隙的局部饱和度；其次，在毛细压力测量方面，现有技术多在岩石裂隙上打孔，将张力计插入到岩石裂隙内部进行测量，一方面它损坏了裂隙的局部，另一方面张力计布置的位置对测量的准确性影响极大；裂隙微观形貌测量方面，多采用激光扫描裂隙上、下两面，然后通过多点定位对两部分数据进行对接获取裂隙开度分布，并没有直接测量裂隙的开度分布，测量误差较大，由两个裂隙面拼接组合而成的裂隙的整体微观形貌特征、曲折度等也难精确获取。

因此，在上述因素的组合影响下，岩石裂隙的多相渗透特征并不能准确测量。

发明内容

本发明目的在于提供一种精准测量岩石裂隙饱和度、毛细压力、相对渗透性等多相渗透参数的试验系统及试验方法，为建立裂隙多相渗透理论模型和各类涉及裂隙多相渗透的工程应用提供技术支撑，从而解决上述问题。

为实现上述目的，本发明首先公开了一种测量岩石裂隙多相渗流特性的试验系统，包括供水装置、供气装置、多相渗流工作室、水收集装置和气体收集装置，所述多相渗流工作室包括压紧在裂隙试样两侧的夹板、分别安装在裂隙试样相对表面上的裂隙处的进口端帽和出口端帽，所述供水装置和供气装置均与进口端帽连接，所述水收集装置和气体收集装置均与所述出口端帽连接。

进一步的，所述供水装置包括储水箱和流体蠕动泵，所述流体蠕动泵的一端通过输液管与储水箱连接，另一端通过输液管与进口端帽连接。

进一步的，所述供气装置包括气体蠕动泵，所述气体蠕动泵的一端与大气连接，另一端通过输气管与进口端帽连接。

进一步的，所述夹板上设置有多个通孔，所述多相渗流工作室还包括相互配合以压紧设置于所述夹板间的裂隙试样的螺栓和螺母。

进一步的，所述水收集装置包括第一电子秤和第一储水容器，所述第一储水容器设置于第一电子秤上，所述第一储水容器通过回液管与出口端帽连接，所述气体收集装置包括收集装置包括第二电子秤、第二储水容器、盛有水的分支容器和倒扣在分支容器内的气体收集瓶，所述第二储水容器设置于第二电子秤上，所述气体收集瓶通过一回气管与出口端帽连接，所述分支容器内的出液口与所述第二储水容器连接。

然后本发明公开了上述测量岩石裂隙多相渗流特性的试验方法，包括如下步骤：

S1：将方形岩石试件通过劈裂法得到第一半裂隙原样和第二半裂隙原样，所述第一半裂隙原样和第二半裂隙原样具有可吻合的裂隙表面；

S2：在第一半裂隙原样上的四周贴合压板，形成以所述第一半裂隙原样的裂隙表面为底面的成型容腔；