本實(shí)用新型涉及化學(xué)滲透實(shí)驗(yàn)裝置，具體涉及一種水氣兩相三軸化學(xué)滲透實(shí)驗(yàn)裝置。

背景技術(shù)：

巖體的物理力學(xué)性質(zhì)和滲透性質(zhì)受多種因素的影響，如應(yīng)力、溫度、滲流梯度、化學(xué)條件等。在實(shí)際工程中，這些因素往往相互耦合，相互影響，所以單一分析其中一種因素作用的方法已經(jīng)越來越不適用。巖體在復(fù)雜條件下的物理力學(xué)和滲透特性研究是大型水利水電、深部資源開采、油/氣能源地下存儲、地下空間的利用等領(lǐng)域的大型工程中迫切需要解決的問題。目前，已經(jīng)有較多人提出了不同的用于三軸應(yīng)力條件下巖體物理力學(xué)性質(zhì)研究的裝置，但綜合考慮溫度、化學(xué)作用以及滲流梯度的三軸試驗(yàn)裝置還較為少見。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問題，本實(shí)用新型的目的在于提供一種水氣兩相三軸化學(xué)滲透實(shí)驗(yàn)裝置，可以實(shí)現(xiàn)不同圍壓、軸壓，不同溫度、以及不同濕度和化學(xué)離子濃度的條件下，巖石試樣的氣體滲透試驗(yàn)。改實(shí)驗(yàn)裝置可用于研究應(yīng)力-溫度-水-化學(xué)腐蝕等多種作用下，巖石的氣體滲透規(guī)律，還可應(yīng)用于建筑工程、巖土工程、水利工程、石油工程等多個(gè)領(lǐng)域。

為實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型的上述目的，本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案：

一種水氣兩相三軸化學(xué)滲流實(shí)驗(yàn)裝置，包括巖芯夾持裝置、水-化學(xué)溶液-氣體兩相混合系統(tǒng)、圍壓加載系統(tǒng)、軸壓加載系統(tǒng)和溫度控制系統(tǒng)；

所述巖芯夾持裝置包括殼體和壓力柱，所述壓力柱設(shè)置在殼體內(nèi)，所述殼體包括左殼體和右殼體，其中，左殼體的直徑大于右殼體，所述左殼體內(nèi)具有用于固定巖樣的巖樣固定結(jié)構(gòu)；左殼體的內(nèi)壁和巖樣固定結(jié)構(gòu)的外壁形成圍壓室C1，右殼體的內(nèi)壁和壓力柱的右端面形成軸壓室C2，所述右殼體的內(nèi)壁與壓力柱右端密封滑動(dòng)配合；

所述水-化學(xué)溶液-氣體兩相混合系統(tǒng)包括混合罐C3和連接在其上三條支路；

其中，第一條支路上從遠(yuǎn)離混合罐C3的方向開始順次設(shè)有控制閥V6和流量計(jì)D8，且第一條支路遠(yuǎn)離混合罐C3的端部連接有氣瓶R3；

第二條支路包括一條底端與混合罐C3連通的干路，所述干路的頂端通過三通管連接水瓶R1和化學(xué)溶液瓶R2，所述干路上從遠(yuǎn)離混合罐C3的方向開始順次設(shè)有控制閥V5和流量計(jì)D7；

第三條支路上從遠(yuǎn)離混合罐C3的方向開始順次設(shè)有真空泵P3和控制閥V10；

所述圍壓加載系統(tǒng)包括圍壓室C1和圍壓支路；

所述圍壓支路的底端與圍壓室C1連通，圍壓支路上從遠(yuǎn)離圍壓室C1的方向開始順次設(shè)有圍壓壓力泵P1、壓力表D1和控制閥V1；

所述混合罐C3和圍壓室C1通過導(dǎo)管連通，所述導(dǎo)管上設(shè)有控制閥V7；

所述軸壓加載系統(tǒng)包括軸壓室C2、壓力柱和軸壓支路；

所述軸壓支路的底端與軸壓室C2連通，軸壓支路上從遠(yuǎn)離軸壓室C2的方向開始順次設(shè)有軸壓壓力泵P2、壓力表D2和控制閥V2；

所述壓力柱的左端將軸壓施加于固定在圍壓室C1內(nèi)的巖樣；

所述溫度控制系統(tǒng)包括恒溫水浴箱C4，以及位于恒溫水浴箱C4中的溫度計(jì)和用于給恒溫水浴箱C4中的水加熱的加熱電阻絲；

所述混合罐C3和巖芯夾持裝置置于恒溫水浴箱C4內(nèi)，且位于恒溫水浴箱C4中水面以下。

作為優(yōu)化，所述混合罐C3的側(cè)壁上設(shè)有壓力表D3。

作為優(yōu)化，所述混合罐C3的側(cè)壁上設(shè)有離子濃度表D4。

作為優(yōu)化，所述混合罐C3的側(cè)壁上設(shè)有濕度表D5。

作為優(yōu)化，所述壓力柱為橫桿和豎桿構(gòu)成的“十”字形結(jié)構(gòu)，其中豎桿位于右殼體內(nèi)，豎桿的右端面與右殼體的內(nèi)壁形成軸壓室C2；

所述豎桿的兩端與右殼體內(nèi)壁密封滑動(dòng)配合。

作為優(yōu)化，所述橫桿由位于豎桿左側(cè)的左半橫桿和位于豎桿右側(cè)的右半橫桿組成，所述右半橫桿的端部穿過右殼體側(cè)壁伸出右殼體外。

作為優(yōu)化，還包括氣體吸收系統(tǒng)；

所述氣體吸收系統(tǒng)包括氣體吸收裝置R4和氣體吸收支路；

所述氣體吸收支路的底部與圍壓室C1連通，氣體吸收支路的頂部位于氣體吸收裝置R4

中吸收液液面以下，所述氣體吸收支路上從遠(yuǎn)離氣體吸收裝置R4的方向開始順次設(shè)有控制閥V9和流量計(jì)D6。

作為優(yōu)化，所述氣體吸收支路的底部穿過所述橫桿與圍壓室C1連通。

作為優(yōu)化，所述左半橫桿的外壁、豎桿的左側(cè)壁和右殼體內(nèi)壁構(gòu)成空氣室，所述空氣室上連通有通氣支路，所述通氣支路上設(shè)有控制閥V8。

作為優(yōu)化，所述三通管的第一個(gè)支管與所述干路的頂端連通，另外兩個(gè)支管分別連接水瓶R1和化學(xué)溶液瓶R2，且另外兩個(gè)支管上分別設(shè)有控制閥V3和控制閥V4。

溫度控制系統(tǒng)包括恒溫水浴箱C4，以及位于水浴箱中的溫度計(jì)和加熱電阻絲。將混合罐和巖芯夾持裝置置于水浴箱中，通過加熱電阻絲進(jìn)行加熱，通過溫度計(jì)監(jiān)測水浴箱的溫度。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型提供的實(shí)驗(yàn)裝置至少具有如下優(yōu)點(diǎn)：

通過此裝置，可配比含不同濃度化學(xué)離子、不同濕度的氣體，用于進(jìn)行巖石在三軸應(yīng)力狀態(tài)下的水氣兩相滲流試驗(yàn)，探究巖樣在應(yīng)力場、溫度場、滲流場以及化學(xué)場的多場作用下的物理力學(xué)和滲透性質(zhì)。該裝置同時(shí)考慮了應(yīng)力場、溫度場、滲流場以及化學(xué)場的影響，模擬了巖體在含一定濃度化學(xué)離子和一定濕度氣體中的滲透行為。

附圖說明

圖1為本實(shí)用新型水氣兩相三軸化學(xué)滲透實(shí)驗(yàn)裝置的示意圖；

具體實(shí)施方式

以下將結(jié)合附圖，對本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)的描述；優(yōu)選實(shí)施例僅為了說明本實(shí)施例，而不是為了限制本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。

在本實(shí)用新型的描述中，需要理解的是，術(shù)語“頂”、“底”、“左”、“右”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖1所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本實(shí)用新型和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對本實(shí)用新型的限制。

實(shí)施例：一種水氣兩相三軸化學(xué)滲流實(shí)驗(yàn)裝置，包括巖芯夾持裝置、水-化學(xué)溶液-氣體兩相混合系統(tǒng)、圍壓加載系統(tǒng)、軸壓加載系統(tǒng)和溫度控制系統(tǒng)；

所述巖芯夾持裝置包括殼體和壓力柱，所述壓力柱設(shè)置在殼體內(nèi)，所述殼體包括左殼體和右殼體，其中，左殼體的直徑大于右殼體，所述左殼體內(nèi)具有用于固定巖樣的巖樣固定結(jié)構(gòu)；左殼體的內(nèi)壁和巖樣固定結(jié)構(gòu)的外壁形成圍壓室C1，右殼體的內(nèi)壁和壓力柱的右端面形成軸壓室C2，所述右殼體的內(nèi)壁與壓力柱右端密封滑動(dòng)配合；

所述水-化學(xué)溶液-氣體兩相混合系統(tǒng)包括混合罐C3和連接在其上三條支路。

其中，第一條支路上從遠(yuǎn)離混合罐C3的方向開始順次設(shè)有控制閥V6和流量計(jì)D8，且第一條支路遠(yuǎn)離混合罐C3的端部連接有氣瓶R3。

第二條支路包括一條底端與混合罐C3連通的干路，所述干路的頂端通過三通管連接水瓶R1和化學(xué)溶液瓶R2，所述干路上從遠(yuǎn)離混合罐C3的方向開始順次設(shè)有控制閥V5和流量計(jì)D7；

作為優(yōu)化，所述三通管的第一個(gè)支管與所述干路的頂端連通，另外兩個(gè)支管分別連接水瓶R1和化學(xué)溶液瓶R2，且另外兩個(gè)支管上分別設(shè)有控制閥V3和控制閥V4。

第三條支路上從遠(yuǎn)離混合罐C3的方向開始順次設(shè)有真空泵P3和控制閥V10。

通過控制控制閥V3、控制閥V4、控制閥V5，實(shí)現(xiàn)不同濃度化學(xué)溶液的配比，將混合后的溶液通過噴頭噴入混合罐C3，通過控制控制閥V6，將氣體注入混合罐C3，實(shí)現(xiàn)含一定離子濃度和一定壓力的水氣兩相物質(zhì)的制備。

所述圍壓加載系統(tǒng)包括圍壓室C1和圍壓支路。

所述圍壓支路的底端與圍壓室C1連通，圍壓支路上從遠(yuǎn)離圍壓室C1的方向開始順次設(shè)有圍壓壓力泵P1、壓力表D1和控制閥V1；所述混合罐C3和圍壓室C1通過導(dǎo)管連通，所述導(dǎo)管上設(shè)有控制閥V7。

作為優(yōu)化，所述混合罐C3的側(cè)壁上設(shè)有壓力表D3、離子濃度表D4和濕度表D5。

通過圍壓壓力泵P1給位于圍壓室C1內(nèi)包裹在橡膠套中的巖樣施加圍壓，通過壓力表D1監(jiān)測圍壓的大小。

所述軸壓加載系統(tǒng)包括軸壓室C2、壓力柱和軸壓支路。

所述軸壓支路的底端與軸壓室C2連通，軸壓支路上從遠(yuǎn)離軸壓室C2的方向開始順次設(shè)有軸壓壓力泵P2、壓力表D2和控制閥V2；所述壓力柱的左端將軸壓施加于固定在圍壓室C1內(nèi)的巖樣。

作為優(yōu)化，所述壓力柱為橫桿和豎桿構(gòu)成的“十”字形結(jié)構(gòu)，其中豎桿位于右殼體內(nèi)，豎桿的右端面與右殼體的內(nèi)壁形成軸壓室C2；所述豎桿的兩端與右殼體內(nèi)壁密封滑動(dòng)配合。所述橫桿由位于豎桿左側(cè)的左半橫桿和位于豎桿右側(cè)的右半橫桿組成，所述右半橫桿的端部穿過右殼體側(cè)壁伸出右殼體外。

通過軸壓壓力泵P2給壓力柱施加軸壓，帶動(dòng)壓力柱壓縮巖樣，通過壓力表D2監(jiān)測軸壓的大小。

所述溫度控制系統(tǒng)包括恒溫水浴箱C4，以及位于恒溫水浴箱C4中的溫度計(jì)和用于給恒溫水浴箱C4中的水加熱的加熱電阻絲。

所述混合罐C3和巖芯夾持裝置置于恒溫水浴箱C4內(nèi)，且位于恒溫水浴箱C4中水面以下。

作為優(yōu)化，水氣兩相三軸化學(xué)滲流實(shí)驗(yàn)裝置，還包括氣體吸收系統(tǒng)。

所述氣體吸收系統(tǒng)包括氣體吸收裝置R4和氣體吸收支路；

所述氣體吸收支路的底部與圍壓室C1連通，氣體吸收支路的頂部位于氣體吸收裝置R4

中吸收液液面以下，所述氣體吸收支路上從遠(yuǎn)離氣體吸收裝置R4的方向開始順次設(shè)有控制閥V9和流量計(jì)D6。所述氣體吸收支路的底部穿過所述橫桿與圍壓室C1連通。

下面應(yīng)用本實(shí)用新型提供的水氣兩相三軸化學(xué)滲流實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)：含碳酸根離子的水氣兩相三軸滲透試驗(yàn)：

含碳酸根離子的水氣兩相三軸滲透試驗(yàn)，包括以下實(shí)驗(yàn)步驟：

1、安裝巖樣、封閉壓力室

將巖樣裝于橡膠套筒中，固定于圍壓室C1中，封閉圍壓室C1，并檢查裝置氣密性。

2、施加圍壓、軸壓

關(guān)閉控制閥V7和控制閥V9，打開控制閥V8。

打開控制閥V1，啟動(dòng)圍壓壓力泵P1，并逐步加大圍壓，待壓力表D1讀數(shù)達(dá)到設(shè)定圍壓值時(shí)，關(guān)閉V1，關(guān)閉P1。

打開控制閥V2，啟動(dòng)軸壓壓力泵P2，并逐步加大軸壓，待壓力表D2讀數(shù)達(dá)到設(shè)定軸壓值時(shí)，關(guān)閉V2，關(guān)閉P2。

3、控制試驗(yàn)溫度

打開加熱電阻絲，對恒溫水浴箱C4進(jìn)行加熱。待恒溫水浴箱C4達(dá)到設(shè)定溫度時(shí)，減小加熱電阻絲的功率，保持恒溫水浴箱C4溫度恒定，并通過溫度計(jì)對恒溫水浴箱C4溫度進(jìn)行監(jiān)測。

4、水氣兩相混合物的配制

打開控制閥V10，打開真空泵P3，對混合罐C3進(jìn)行抽真空。完成后，關(guān)閉V10，關(guān)閉P3。

打開控制閥V6，向混合罐C3中通入一定量指定氣體。待混合罐C3中氣壓達(dá)到設(shè)定氣壓時(shí)，關(guān)閉V6。

打開控制閥V4和控制閥V5，向混合罐C3中噴入一定量的碳酸溶液。通過離子濃度監(jiān)測裝置監(jiān)測混合罐中氫離子的濃度，待混合罐C3中離子濃度達(dá)到設(shè)定值時(shí)，關(guān)閉控制閥V4和控制閥V5。

打開控制閥V3和控制閥V5，向混合罐C3中噴入一定量的水。通過濕度監(jiān)測裝置監(jiān)測混合罐C3中的濕度，待濕度達(dá)到設(shè)定值時(shí)，關(guān)閉控制閥V3和控制閥V5。

此時(shí)，若氣壓值、氫離子濃度或濕度不滿足要求，則重復(fù)以上步驟進(jìn)行調(diào)節(jié)。

5、加載滲透壓，進(jìn)行滲透試驗(yàn)

打開控制閥V9和控制閥V7，使混合罐C3中的水氣兩相混合物進(jìn)入巖樣中，在壓力梯度下進(jìn)行滲透試驗(yàn)。經(jīng)過一定時(shí)間后，關(guān)閉V7，記錄流量計(jì)D6的讀數(shù)，通過相關(guān)公式計(jì)算出巖樣的滲透系數(shù)。

6、卸載軸壓、圍壓

關(guān)閉控制閥V7一定時(shí)間后，關(guān)閉控制閥V9，打開控制閥V1和控制閥V2，將油回流至圍壓壓力泵P1和軸壓壓力泵P2中，完成卸載。

7、改變控制條件，再次進(jìn)行試驗(yàn)

改變圍壓、軸壓、氣壓、氫離子濃度、濕度中的一項(xiàng)或幾項(xiàng)，再次進(jìn)行試驗(yàn)。

比較實(shí)驗(yàn)結(jié)果，分析并得出結(jié)論。

本實(shí)用新型進(jìn)行巖石在三軸應(yīng)力狀態(tài)下的水氣兩相滲透試驗(yàn)，探究巖樣在應(yīng)力場、溫度場、滲流場以及化學(xué)場的多場作用下的物理力學(xué)和滲透性質(zhì)。探究其主要影響因素及影響規(guī)律。

以上所述僅為本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例，并不用于限制本實(shí)用新型，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對本實(shí)用新型進(jìn)行各種改動(dòng)和變型而不脫離本實(shí)用新型的精神和范圍。如本實(shí)用新型的這些修改和變型屬于本實(shí)用新型權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本實(shí)用新型也意圖包含這些改動(dòng)和變型在內(nèi)。