[发明专利]一种岩体裂隙非饱和渗流试验装置

说明书

本发明提供一种岩体裂隙非饱和渗流试验装置，包括用于夹持裂隙试件的夹持器、高精度柱塞泵、气瓶一、回压控制装置、水气分离装置、储水容器、电子天平，所述气瓶一通过压力调节阀一与裂隙试件的入口端相连，所述高精度柱塞泵与裂隙试件的入口端相连，所述裂隙试件的出口端、回压控制装置、水气分离装置、储水容器依次相连，储水容器置于电子天平上。本发明结构简单，操作简便，解决了传统二相流试验装置和拟稳态驱替试验装置的不足，能实现真正意义上的非饱和渗流状态，且对现有的岩体裂隙非饱和渗流试验装置进行了改进，解决了已有装置较难直接测量毛细压力、供水量测量不准确等问题，在试验精度控制方面具有突出的优点。

技术领域

本发明涉及岩体非饱和渗流和多相流试验技术领域，具体为一种岩体裂隙非饱和渗流试验装置。

背景技术

岩体是由完整的岩块和随机分布的裂隙组成的不连续介质，不同于土体的孔隙介质，岩体的主要渗流通道是岩块之间的裂隙网络，岩体的渗流主要受裂隙的影响。根据渗流时的物理特征不同，裂隙岩体的渗流通常被分为饱和渗流和非饱和渗流。在众多能源、环境和工程应用领域中，如降雨导致的岩坡滑坡、核废料深埋、油气二次开采等问题，都涉及裂隙岩体非饱和渗流和多相渗流的研究。

单裂隙是构成裂隙网络的基本组成单元，因此，单裂隙非饱和渗流是裂隙岩体非饱和渗流的基本问题和理论基础。目前单裂隙非饱和渗流的研究主要包括非饱和水力参数的确定和非饱和渗流机理的研究，对单裂隙非饱和水力参数大多通过室内物模试验来测定，其中最为关键的是单裂隙毛细压力-饱和度和相对渗透系数-饱和度(或毛细压力)关系的确定。目前大多数物模试验是通过水-油拟稳态驱替试验和二相流试验来测定单裂隙非饱和水力参数。但由于油、气物理特性的差异和试验过程中气相压力不恒定等问题的存在，通过上述试验所得出的单裂隙水力参数的关系式并不适用于非饱和渗流。此外，试验过程中裂隙内饱和度和毛细压力的量测技术要求较高，目前已有的裂隙非饱和渗流试验装置主要通过读取测压管水位与裂隙面的高差来计算各级毛细压力值，通过供水水量、集水水量和测压管水位变化量来计算各级毛细压力下的裂隙饱和度，试验精度无法得到保证。综上所述，目前还缺乏可靠的真正意义上的岩体裂隙非饱和渗流试验装置。

发明内容

（一）解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明以岩体裂隙非饱和渗透特性研究为出发点，研发了一种岩体裂隙非饱和渗流试验装置，在此试验装置上可以实现真正意义上的岩体裂隙非饱和渗流，所选用的压力传感器和集水量测电子天平均为高精度，可满足试验中各项技术指标及精度指标的要求，装置采用高精度柱塞泵进行注水，可对供水量进行实时准确测量。基于上述试验装置系统，研究提出了一种测定岩体裂隙非饱和水力参数的物模试验法。

（二）技术方案

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种岩体裂隙非饱和渗流试验装置，包括用于夹持裂隙试件的夹持器、高精度柱塞泵、气瓶一、回压控制装置、水气分离装置、储水容器、电子天平，所述气瓶一通过压力调节阀一和管路与裂隙试件的入口端相连，所述高精度柱塞泵通过管路与裂隙试件的入口端相连，高精度柱塞泵、气瓶一分别用于恒压注水和注气，注水压力精度可达0.1kPa、水量精度可达0.01ml，注气压力精度可达0.1kPa。所述裂隙试件的出口端、回压控制装置、水气分离装置、储水容器依次相连，储水容器置于电子天平上，回压控制装置用于调节模型出口压力。所述的电子天平计量精度可达0.01g。

优选的，所述回压控制装置包括回压阀、回压容器、压力调节阀二、气瓶二，所述气瓶二、压力调节阀二、回压容器、回压阀依次相连，所述裂隙试件的出口端、回压阀、水气分离装置、储水容器依次相连。

优选的，还包括储气容器，所述气瓶一、压力调节阀一、储气容器、裂隙试件的入口端依次相连。