[发明专利]基于核磁共振的耦合作用下岩石孔渗模型测试装置及方法

说明书

本发明公开基于核磁共振的耦合作用下岩石孔渗模型测试装置，包括计算机伺服控制系统、核磁共振系统、岩心夹持器、围压控制系统、轴压控制系统、渗压控制系统和应变测量系统，其中，所述计算机伺服控制系统与核磁共振系统、围压控制系统、轴压控制系统、渗压控制系统和应变测量系统分别相连，所述核磁共振系统由梯度磁场和射频系统组成，所述岩心夹持器分别与围压控制系统、轴压控制系统、渗压控制系统和应变测量系统相连。本发明还提供了一种测试方法。本发明实现无损、实时在线监测高应力高水压复杂化学环境下岩石蠕变及孔隙率‑渗透率演变规律。

技术领域

本发明涉及水利水电领域，具体为基于核磁共振的耦合作用下岩石孔渗模型测试装置及方法。

背景技术

渗流问题是水利工程失事的重要原因之一，随着越来越多西部高水头水电站、长距离深埋输水隧洞和抽水蓄能电站的建设，工程规模越来越大，设计水头越来越高，地质条件越来越复杂，水利水电工程面临着高水头、高应力、大水力梯度、水化学侵蚀等复杂地质条件的工程问题和工程风险。自然岩体一般为伴有断层、节理、裂隙的多孔介质，在流固化学等复杂条件长期作用下，地下围岩发生压密、扩容、侵蚀等作用，其内部孔隙结构发生改变，引起渗透特性变化。因此，深入系统地研究流固化学条件下岩体的孔隙率-渗透率演化规律对水利水电工程长期安全稳定运行至关重要。

传统三轴渗流实验只能通过渗出液流量、浓度，进出口压力差等宏观物理量表征岩石内流体流动特征，为攻克研究孔-渗模型的“黑箱”难题，目前对渗透岩石内部孔隙测量的方法主要包括压汞法、CT法以及核磁共振法。压汞法测量孔隙率对岩心试样具有破坏性，不能进行无损测量；CT法是一种成像分辨率较高无损探测，但当岩石中有流体时，不能很好地将岩石中流体与多孔岩体骨架分开；核磁共振技术可以获取孔径和孔喉分布、孔隙率以及渗透率，具有方便、无损等优点，对渗透岩石内部饱和度成像，实现岩石流固化学耦合渗流过程可视化孔隙水空间分布及渗透率规律。但现有的核磁共振渗流装置受磁场影响，难以进行岩体试样的应变测量，无法从宏观与细观结合的角度出发，对岩体在蠕变-渗透耦合过程中的渗流演化机理、渗流稳定性展开深入、系统的研究。

综上所述，为了满足高坝和深埋水工隧洞的长期安全稳定运行，本发明将突破流固化学侵蚀长期作用下裂隙岩体细观渗流演化机理、渗流稳定性及其动态力学响应这一技术难题，预测、预报和控制高坝、深埋水工隧洞等水利工程渗流破坏灾害的发生发展，对促进我国水利水电工程中的渗流学科发展起到重大的推动作用，为确保我国大型水利工程的长期安全运行和维护提供科学依据和技术支撑。

发明内容

本发明针对难以解决长期高水头、高应力、大水力梯度、水化学侵蚀等复杂地质条件的工程变形问题以及复杂工作环境下水工程侵蚀的渗流稳定问题，提供了基于核磁共振的耦合作用下岩石孔渗模型测试装置及方法，实现无损、实时在线监测高应力高水压复杂化学环境下岩石蠕变及孔隙率-渗透率演变规律。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

基于核磁共振的耦合作用下岩石孔渗模型测试装置，包括计算机伺服控制系统、核磁共振系统、岩心夹持器、围压控制系统、轴压控制系统、渗压控制系统和应变测量系统，其中，所述计算机伺服控制系统与核磁共振系统、围压控制系统、轴压控制系统、渗压控制系统和应变测量系统分别相连，所述核磁共振系统由梯度磁场和射频系统组成，所述岩心夹持器分别与围压控制系统、轴压控制系统、渗压控制系统和应变测量系统相连。

优选地，所述梯度磁场的磁极放置于岩心外部，产生成像功能的梯度磁场B0，激发样品信号；所述射频系统实施射频激励并接收核磁信号，所述射频系统将接收的信号反馈传输到计算机伺服控制系统，所述计算机伺服控制系统进行处理后获取岩心中孔隙-骨架分布特征。

进一步地，所述梯度磁场的磁体为钕铁硼口子型永磁体，磁场强度为0.5±0.05T。