[实用新型]岩石高压渗透试验系统

说明书

技术领域：

本实用新型与岩石(体)渗透性测试、高渗压下岩石(体)的力学特性测试及其破坏机制研究有关。

背景技术：

在水利、矿业、石油、铁路、公路和国防等工程建设中，经常会遇到各种各样的岩石渗透问题。在西部地区300m级高坝的大型水电站建设，以及高等公路、铁路深埋长隧道工程建设中，一类重大地质灾害问题就是异常地下水流的“高压突水”问题。对这类问题的评价与预测，就要求我们必须了解高水头压力作用下岩体的渗透特性、破坏机理和力学特性，而目前，人们在这方面所积累的知识和经验都很少。

要完成上述研究课题，需配备相应的试验仪器设备。高压下岩石渗流耦合试验的试件密封、各向压力控制以及应力、应变测量的难度很大，对设备要求很高，国内、外能做此类试验的设备并不多。试验仪器首要性能是进行渗透性测定。按照实验原理，室内渗透性测试方法可分为两大类：一类是在试件的两端施加一定或变化的水压差，通过测量渗透流量来计算试件的渗透系数，传统的定水位和变水位法即属于此类；另一类是向试件的一端以一定的流量注水或直接施加压力脉冲，通过测量试件两端间压力差随时间的变化来计算试件的渗透系数。20世纪60年代，OlsenH W Darcy’s law in saturated kaolinite[J].Water Resources 1966，2(6)：287-295[3]；Brace W F，Walsh J B.Fangos W T.Permeability of granite underhigh pressure[J].Journal of Geophysical Research.1968.73(6)：2 225-2 236文中先后提议的定流量法以及压力脉冲法即属于此类。

渗透性测试，主要存在两大技术难点，一是渗流量的测定，二是稳定渗透水压差的建立。渗流量的测试方式，一般采用高灵敏度流量传感器，但其测试精度有限，一般大于180ml/min，主要用于高渗透岩性及松散颗粒土等的测试。Zhang M，Takahashi M，Esaki T.Japan Patent No.3041417[P]；韩小妹.低渗透岩石非Darcy渗流实验研究[硕士学位论文][D].北京：清华大学2004中分别采用高性能流泵和双缸Quizix柱塞泵进行流量测定。前者可在定流量控制条件下可以每分钟0.01ul到50ml间任意设定的流量速度注水或抽水，控制误差为3％；后者的驱替泵的控制测试流量范围为0.0012ml～15.0ml/min。这两种方法虽然可以精确测到微小的渗流量，但仪器精度要求太高，流速不易长时间精确控制，难能普遍推广使用。

而渗透测试稳定水压差一般在试样进出端分别采用伺服控制，使试样进、出端分别保持一定的水压值不变。例如张铭在他的《低渗透岩石实验理论及装置》(岩石力学与工程学报，2003 22(6)：919-925)中定流量测定在试样进出端分别采用流泵控制，其中一流泵设为定流量工作状态，另一流泵采用定压工作状态来实现稳定渗透水压差的建立。此法往往需要较长的测量时间，而且同样存在上述对流量测定的技术问题，难能长时间稳定控制，不易推广使用。

近年来，随着对低渗透岩的深入研究，瞬时压力脉冲法被广泛采用和认可。该技术是通过测量试样两端容器水压力差随时间的变化来测定岩石的渗透性，不需要测量流量，从而避免用常规方法测量流体通过致密岩石时微小流量计量的困难。该实验压力可实时测量，而流量则需要时间积分，这一特性使得测试时间大大减少，但在测试低渗透试件时仍然需要较长时间。根据试件的渗透性、储水性、试件尺寸及实验装置本身的压缩储水性能的大小，实验时间可短至几分钟，几小时，长则几天乃至几十天。该方法是根据水压力的平衡与时间的关系来测试试样的渗透性，它忽略了试样中流体的压缩性和岩石的孔隙压缩性，管路的变形及管路的泄漏，而且压差传感器的精度相对较低，试验持续时间长必然影响测试结果。渗流出水口端水压力是一个变量，这与试样实际所受的孔隙水压力情况不符。

实用新型内容：

本实用新型的目的是了为了提供一种可根据试样在高渗透压力下，变形破坏过程和渗透压力耦合作用机理研究的需要，能够开展高渗透压力下，岩石变形破坏和渗透压力耦合的全过程试验研究，围压、渗透压最大均可加到30MPa，轴向最大刀可加到4000KN，且可对轴压、围压、渗透压力、轴向位移进行精确控制的岩石高压渗透试验系统。