本實用新型涉及化學(xué)滲透實驗裝置，具體涉及一種水氣兩相三軸化學(xué)滲透實驗裝置。
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裝置還較為少見。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問題，本實用新型的目的在于提供一種水氣兩相三軸化學(xué)滲透實驗裝置，可以實現(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。改實驗裝置可用于研究應(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、石油工程等多個領(lǐng)域。
為實現(xiàn)本實用新型的上述目的，本實用新型采用如下技術(shù)方案：
一種水氣兩相三軸化學(xué)滲流實驗裝置，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支管與所述干路的頂端連通，另外兩個支管分別連接水瓶R1和化學(xué)溶液瓶R2，且另外兩個支管上分別設(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，通過溫度計監(jiān)測水浴箱的溫度。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型提供的實驗裝置至少具有如下優(yōu)點：
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，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為本實用新型水氣兩相三軸化學(xué)滲透實驗裝置的示意圖；
具體實施方式
以下將結(jié)合附圖，對本實用新型的優(yōu)選實施例進(jìn)行詳細(xì)的描述；優(yōu)選實施例僅為了說明本實施例，而不是為了限制本實用新型的保護(hù)范圍。
在本實用新型的描述中，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用新型的限制。
實施例：一種水氣兩相三軸化學(xué)滲流實驗裝置，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D7；
作為優(yōu)化，所述三通管的第一個支管與所述干路的頂端連通，另外兩個支管分別連接水瓶R1和化學(xué)溶液瓶R2，且另外兩個支管上分別設(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)滲流實驗裝置，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)用本實用新型提供的水氣兩相三軸化學(xué)滲流實驗裝置進(jìn)行實驗：含碳酸根離子的水氣兩相三軸滲透試驗：
含碳酸根離子的水氣兩相三軸滲透試驗，包括以下實驗步驟：
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，關(guān)閉V1，關(guān)閉P1。
打開控制閥V2，啟動軸壓壓力泵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，關(guān)閉V2，關(guān)閉P2。
3、控制試驗溫度
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，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，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，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，關(guān)閉控制閥V3和控制閥V5。
此時，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
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。經(jīng)過一定時間后，關(guān)閉V7，記錄流量計D6的讀數(shù)，通過相關(guān)公式計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
改變圍壓、軸壓、氣壓、氫離子濃度、濕度中的一項或幾項，再次進(jìn)行試驗。
比較實驗結(jié)果，分析并得出結(jié)論。
本實用新型進(jìn)行巖石在三軸應(yīng)力狀態(tài)下的水氣兩相滲透試驗，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。
以上所述僅為本實用新型的優(yōu)選實施例，并不用于限制本實用新型，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對本實用新型進(jìn)行各種改動和變型而不脫離本實用新型的精神和范圍。如本實用新型的這些修改和變型屬于本實用新型權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本實用新型也意圖包含這些改動和變型在內(nèi)。