[发明专利]一种流固耦合条件下岩土热扩散特性测试装置

权利要求书

1.一种流固耦合条件下岩土热扩散特性测试装置，其特征在于，所述测试装置包括：

定水头控制系统，包括：

渗流系统水罐；

气压表，设置于所述渗流系统水罐上，用于测试所述渗流系统水罐内的气压；

第一水阀，设置于所述渗流系统水罐的出水端；

空气压缩机，与所述渗流系统水罐连接；

第一压力调节阀，设置于所述空气压缩机和所述渗流系统水罐之间；

温度控制器，与所述渗流系统水罐连接，控制所述渗流系统水罐的温度；

岩土测试系统，包括：

导热特性测试仪；

测试盒，用于放置待测试岩土，与所述渗流系统水罐的出水端连接；

测试传感器，与所述导热特性测试仪连接，且所述测试传感器设置于所述测试盒内；

水样收集器，与所述测试盒连接，用于收集所述测试盒内的水样；

电子天平；

量杯，置于所述电子天平上，用于盛装所述水样收集器收集的水样；

其中，所述测试岩土为岩样样品，所述定水头控制系统还包括：围压系统水罐、第二压力调节阀以及第二水阀，所述空气压缩机设置于所述渗流系统水罐和所述围压系统水罐之间，所述第二压力调节阀设置于所述空气压缩机和所述围压系统水罐之间，所述第二水阀设置于所述围压系统水罐的出水端；

所述测试盒内设置有橡胶套，所述岩样样品设置于所述橡胶套内，所述围压系统水罐的出水端与所述测试盒连接，所述渗流系统水罐的出水端与所述橡胶套端口密封固定装置连接；

所述水样收集器与所述橡胶套出水口端密封固定装置连接，收集所述橡胶套内的水样；

所述测试传感器为圆柱状的传感器，通过一外套接的圆柱筒将围压隔开，岩样顶端的橡胶套开设有一圆形孔使岩样与传感器紧密贴合，孔隙部分采用硅胶垫片密封，防止渗透水压泄露；

所述测试盒包括：测试盒端盖、测试盒拉杆、测试盒体固定压杆及压片、围压阻隔套环、密封垫片压环、传感器压盖、手动调节压盖顶杆、压杆反力支撑梁、硅胶密封垫圈、密封橡胶圈、测试盒箱体、样品端口密封卡环、透水石、渗流出水连接管、岩样密封端、围压排水口、高度调节螺母、岩样支撑底座、测试盒支架、围压进水口和渗流进水连接管；

其中，使用上述测试装置进行测试的步骤如下：

步骤一：按照试验要求制作符合测试尺寸岩样样品，装入测试盒中，连接各个部件，安装并密封测试传感器；

步骤二：对于岩样测试：打开第二水阀向测试盒中充入围压水，此时设定一个较小压力，同时打开第一水阀以一个小于围压水的压力对岩样进行饱和，当出水端水样收集器中长时间不再有气泡排出，可认为岩样饱和，此时关闭第一水阀，打开导热特性测试仪，测量饱和状态下的岩体热物性参数；

步骤三：将量杯中的水清空，电子天平至零，分别按梯次设定不同的水头，测量出水口流量，同时当流量稳定时利用导热特性测试仪测量热物性参数；其中，岩样测试中，围压水头时刻都要略大于渗流水头，保证渗透路径的唯一性；

步骤四：导出数据，进行处理，得到渗流速率与导热系数、热扩散系数、比热容之间的关系曲线，以此分析岩石介质在渗流作用下的热物性质。

2.一种流固耦合条件下岩土热扩散特性测试装置，其特征在于，所述测试装置包括：定水头控制系统和土样测试系统；

所述定水头控制系统包括：渗流系统水罐、气压表、第一压力调节阀、空气压缩机、第一水阀和温度控制器；

所述气压表设置于所述渗流系统水罐上，用于测试所述渗流系统水罐内的气压；

所述第一水阀设置于所述渗流系统水罐的出水端；

所述空气压缩机与所述渗流系统水罐连接，所述第一压力调节阀设置于所述空气压缩机和所述渗流系统水罐之间；

所述温度控制器与所述渗流系统水罐连接，控制所述渗流系统水罐的温度；

所述土样测试系统包括：导热特性测试仪、测试传感器、测试盒、水样收集器、量杯以及电子天平；

所述测试传感器与所述导热特性测试仪相连，且所述测试传感器设置于所述测试盒内，所述测试盒内用于放置待测试土样；

所述渗流系统水罐的出水端与所述测试盒连接；

所述测试传感器为探针传感器，所述探针传感器从测试盒中部设置的小孔插入所述待测试土样，通过密封圈密封孔隙，并通过卡环固定所述探针传感器，防止测试过程中水压泄露或测试传感器脱离；

所述测试盒内设置有透水石；

所述水样收集器与测试盒连接，收集所述测试盒内的水样，并将收集的水样置于量杯内，所述量杯设置于所述电子天平上，所述电子天平用于称所述量杯内水样的重量；

其中，使用上述测试装置进行测试的步骤如下：

步骤一：按照试验要求制作土样，装入测试盒中，连接各个部件，安装并密封测试传感器；

步骤二：对于土样测试：设定较小的定水头，对土样进行饱和，当出水端水样收集器中长时间不再有气泡排出，可认为土样已饱和，此时关闭第一水阀，打开导热特性测试仪，测量饱和状态下的土样的热物性参数；

步骤三：将量杯中的水清空，电子天平至零，分别按梯次设定不同的水头，测量出水口流量，同时当流量稳定时利用导热特性测试仪测量热物性参数；

步骤四：导出数据，进行处理，得到渗流速率与导热系数、热扩散系数、比热容之间的关系曲线，以此分析土样介质在渗流作用下的热物性质。