[发明专利]一种利用磁流体测量岩石裂隙某点开度和标定渗透压力值的实验装置及方法

权利要求书

1.一种利用磁流体测量岩石裂隙某点开度和标定渗透压力值的实验装置的实验方法，所述实验装置包括承压板（1），所述承压板（1）的顶部通过多根非磁性螺杆（2）以及非磁性加压条（3）安装有顶板（8），在承压板（1）和顶板（8）之间设置有加压气垫（6），所述加压气垫（6）的顶部和顶板（8）的底部之间设置有试样，在试样和顶板（8）之间设置有用于加强填充磁流体（10）的流体填充装置；所述承压板（1）的底端固定有角度测量仪（5），所述顶板（8）的顶部固定有电磁铁（11）；

所述流体填充装置包括加压泵（9），所述加压泵（9）与储液罐相连，所述储液罐的顶部固定有气压表（12），所述储液罐的底部出口通过连通管设置在试样的顶部和顶板（8）的底端之间；

所述顶板（8）的正上方设置有摄像机（13），所述摄像机（13）安装在相机支架的顶部；

其特征在于，所述实验方法，包括以下步骤：

Step1：选取实验所用岩样，对岩样进行劈裂，得到一条裂隙完全重合且平行于轴线方向、贯穿整个试样的人工粗糙裂隙面；

Step2：将劈裂后的岩样切割成长方体试样，将试样打磨光滑；

Step3：将切割后劈裂试样对立面进行翻模，翻模材料采用添加5%硬化剂的硅胶和加入添加剂的高清晰度透明不饱和树脂，从而得到试验岩样的对立面；

Step4：重复步骤2，3得到试验岩样的另一对立面；

Step5：将类岩石透明树脂板以及承压装置进行组装；组装后装置从上到下的结构应是：非磁性加压条（3）作用在顶板（8）上，顶板（8）覆盖在类岩石透明树脂板上，两块类岩石透明树脂板组合构成试验岩样，在试验岩样下方为加压气垫（6），加压气垫（6）为试验岩样提供均匀的法向应力；

Step6：调配不同黏度的磁流体（10），用磁流体（10）中纳米级铁粉的含量控制磁流体的黏度；黏度值用以下公式计算得出：运动黏度ν=μ/ρ=τ/ρ×(du/dy)；μ为液体的动力黏度，ρ为液体的密度，τ为液流单位面积上的内摩擦阻力，du/dy为速度梯度；

Step7：在两块类岩石透明树脂板的裂隙中注入掺有纳米级铁粉的磁流体，通过顶板（8）和类岩石透明树脂板可以观察到磁流体的流动情况，在中空的承压板（1）内部放置电磁铁，运用电磁铁的磁力将磁流体吸附住，使其堵住渗流通道；

Step8：由注入体积为V的磁流体和已知电磁铁的表面积A，求得到某点的裂隙开度H=V/A，其中电磁铁的表面积A较小，忽略裂隙不规则引起的误差；

Step9：利用加压泵或氮气加压泵的压力将水压入试验岩样与类岩石透明树脂板的裂隙中，不断加大水压，使水流冲击被电磁铁吸附住的磁流体，直至水流冲开磁流体产生渗漏且磁流体开始产生位移；

Step10：通过顶板（8）与类岩石透明树脂板观察，并运用摄像机（13）记录下哪些位置开始渗漏且磁流体产生移动，将这些位置标记为渗漏点1、渗漏点2……以及位移点1、位移点2……，并记录此时的水头差或氮气加压泵的压力，此时的水头差大小或此时氮气加压泵的压力要换算成等效水头，即为该水头差所标定的磁力大小、裂隙开度及对应的磁流体黏度值；

Step11：绘制水头差与电磁力的关系曲线图；

Step12：在试验岩样与类岩石透明树脂板的裂隙中注入体积为V的磁流体，运用电磁铁控制磁流体的流动状态；

Step13：通过亚克力板和类岩石透明树脂板可以观察到磁流体的流动情况，确定最先发生渗透的位置；

Step14：此时用底部安装的电磁铁调整磁流体黏性，使磁流体不再移动，利用水头差与电磁力的关系曲线图，确定发生渗透时电磁力所对应的水头；

Step15：重复上述步骤不断改变磁力大小、裂隙开度、渗透压、磁流体黏度，从而得到四者之间的关系。

2.根据权利要求1所述一种利用磁流体测量岩石裂隙某点开度和标定渗透压力值的实验装置的实验方法，其特征在于：所述承压板（1）通过支撑杆固定在万向转动球铰（4）的顶部，所述万向转动球铰（4）固定在支撑座的顶部。

3.根据权利要求1所述一种利用磁流体测量岩石裂隙某点开度和标定渗透压力值的实验装置的实验方法，其特征在于：所述加压气垫（6）与用于提供气源的氮气瓶（7）相连。

4.根据权利要求1所述一种利用磁流体测量岩石裂隙某点开度和标定渗透压力值的实验装置的实验方法，其特征在于：所述储液罐的侧壁上设置有刻度线，并在内部盛放磁流体（10）；所述磁流体（10）内部填充有纳米级铁粉。