[发明专利]化学渗透与蠕变耦合作用下岩石孔隙度实时测试装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种化学渗透与蠕变耦合作用下岩石孔隙度实时测试装置，主要用于岩石材料在不同三向恒定应力水平、不同种类化学溶液、不同渗透压耦合作用下的岩石孔隙度实时测试装置。属于岩石工程领域。

背景技术

岩石在化学渗透、蠕变耦合作用过程中物理力学特性变化的研究是国际岩石力学领域的前沿课题，如何从实验角度来定量刻画化学渗透与蠕变耦合作用对岩石的变形破坏过程效应已成岩石力学和重大工程中迫切需要解决的关键科学问题，而孔隙度是反映岩石物理特性的主要参数之一，是岩石力学领域中通过宏观变化探究微观机理的突破口之一，所以对岩石孔隙度在化学渗透与蠕变耦合作用过程中的变化进行实时测定是研究化学渗透与蠕变耦合作用对岩石宏细观特征影响的首要问题。

近些年来，国内外学者相继开展了与岩石蠕变效应、化学效应、渗透效应相关的实验研究工作，主要体现在以下几个方面：

1.干燥岩石经化学处理后(淋滤实验或者浸泡实验)的单轴、三轴力学加载实验；

2.干燥状态、饱水状态岩石的单轴、三轴压缩蠕变实验；

3.渗透水压下岩石的单轴、三轴力学加载实验和蠕变实验；

4.不加载条件下岩石的孔隙度的测试实验。

现有的岩石流变仪多采用电机伺服加载装置，少数采用砝码加载装置，但上述加载装置均存在不足之处。电机伺服加载装置由于伺服信号的滞后性，所以会在蠕变加压过程中产生波动效应，影响蠕变试验的结果；砝码加载装置，虽然解决了加压过程中的波动效应，但结构复杂，成本高，操作不便，绝大多数应用于软岩蠕变试验。

岩石孔隙度的测定方法包括传统的液体称重法、气体压缩膨胀法等直接测试方法以及近些年来发展起来的间接测试方法，如CT法。基于上述这些测试方法，也出现了一些岩石孔隙度的测试装置及测试技术，如江苏海安的高压气体测孔仪、北京的F-Sorb3400孔隙度测定仪等，这些孔隙度的测试设备及技术共同的特点都是在岩样不加载的条件下对其孔隙度进行测定。国外一些学者基于有效应力原理和固结理论，通过测试加载过程中岩样孔隙水压力的变化，进而推算得到孔隙体积的变化，但对岩样孔隙度的准确数值无法得到。经检索，岩样在三个方向恒定压力与化学渗透耦合作用过程中孔隙度的测定技术及设备尚未见相关的实验设备和与该类技术相关的文献报道。这主要与现阶段与此相关的实验设备缺乏有关。现阶段与此相关的实验设备由于设计及结构上的原因，不能对三轴蠕变(三个方向恒定压力)与化学渗透耦合作用过程中岩石的孔隙度进行测试。

要实现三个方向恒定压力与化学渗透耦合作用过程中岩石孔隙度的实时测试，其关键技术难点是：

1.长时间保持三个方向压力与化学渗透压力恒定。

2.采用气体膨胀法测定岩样孔隙度时，在不改变岩样孔隙结构的前提下，对岩样中孔隙水的驱替。

3.采用气体膨胀法测定岩样孔隙度时，岩样密封问题。

发明内容