1.一種高壓多相流耦合巖石真三軸試驗系統(tǒng),其特征在于:
包括圍壓室(1)、X方向壓軸(2)、Y方向壓軸(3)、加載墊塊(4)、多孔隔板(5)、Pcmax陶瓷板(6)、O型密封圈(7)、巖樣(8)、聲發(fā)射傳感器(9)、計算機(10)、溫度調(diào)節(jié)水域(11)、過濾器(12)、孔隙二氧化碳計量泵(13)、孔隙水計量泵(14)、真空泵(15)、控制器(16)、位移支架(17)和LVDT位移傳感器(18);
其位置和連接關(guān)系是:
在圍壓室(1)的中心設(shè)置有巖樣(8),在巖樣(8)的四周設(shè)置有加載墊塊(4),X方向壓軸(2)壓緊左、右加載墊塊(4-1、4-2),Y方向壓軸(3)壓緊前、后加載墊塊(4-3、4-4);在左、前加載墊塊(4-1、4-3)上設(shè)置有位移支架(17)和在右、后加載墊塊(4-2、4-4)上LVDT位移傳感器18;左、右加載墊塊(4-1、4-2)均設(shè)置有流體通道;在左加載墊塊(4-1)內(nèi)設(shè)置有Pcmax陶瓷板(6),并通過O型密封圈(7)進行密封;在左、右加載墊塊(4-1、4-2)上內(nèi)嵌有多孔隔板(5);在后加載墊塊(4-4)上設(shè)置有聲發(fā)射傳感器(9);
將巖樣(8)的上下兩面抹膠密封;左、右加載墊塊(4-1、4-2)通過氣體管路與過濾器(12)相連;
過濾器(12)分別與孔隙二氧化碳計量泵(13)和孔隙水計量泵(14)連接,孔隙二氧化碳計量泵(13)和孔隙水計量泵(14)共同連接于真空泵(15),將巖樣8抽真空;孔隙二氧化碳計量泵(13)和孔隙水計量泵(14)分別通過控制器(16)和計算機(10)連接,實現(xiàn)對流體的控制;
聲發(fā)射傳感器(9)和LVDT位移傳感器(18)分別與計算機(10)連接,采集聲發(fā)射聲信號和位移信號。
2.基于權(quán)利要求1所述高壓多相流耦合巖石真三軸試驗系統(tǒng)的試驗方法,其特征在于包括下列步驟:
①巖樣加工
將待測試巖石加工為長×寬×高=100mm×50mm×50mm或80mm×40mm×40mm表面平整的立方體巖樣;
②巖樣密封
將巖樣放在左、右、前和后加載墊塊中心并夾緊,在巖樣上下兩面及棱角處均勻地涂抹一層密封膠,使得密封膠和加載墊塊完全包裹住巖樣,形成組合件;待密封膠風干,才可進行測試;
③管路連接
將含有巖樣的組合件放入圍壓室中間位置,并將X方向壓軸和Y方向壓軸壓緊加載墊塊;然后將加載墊塊上的二氧化碳和孔隙水管路分別與孔隙二氧化碳計量泵和孔隙水計量泵連接,管路需途徑溫度調(diào)節(jié)水域;
④系統(tǒng)氣密性檢查
在孔隙流體控制單元中,向密封的巖樣充入高壓力氣體,待壓力恒定后,關(guān)閉閥門,觀察壓力變化,如過長時間內(nèi)沒有下降,則氣密性良好;否則重復密封試樣及步驟③④,直至該單元密封性良好為止;
⑤抽真空
開啟真空泵,抽真空12小時,完成后先關(guān)閉氣路閥門再關(guān)閉真空泵,保持密封巖樣內(nèi)部真空狀態(tài);
⑥預應力加載
啟動三軸壓力機加載系統(tǒng),按照預先試驗方案對巖樣施加預定的三軸應力;
⑦孔隙流體加載
啟動孔隙二氧化碳計量泵和孔隙水計量泵、溫度調(diào)節(jié)水域,先注入高壓孔隙水,并保持預定的壓力;待固結(jié)平衡后,注入高壓力孔隙二氧化碳,并保持預定的壓力,固結(jié)平衡時間保持24小時;
⑧試驗測試
首先啟動聲發(fā)射監(jiān)測單元和位移監(jiān)測單元,再根據(jù)預先設(shè)定好的應力路徑,控制和調(diào)節(jié)三軸壓力機和孔隙流體壓力,開展多相流耦合巖石真三種力學特性試驗;
⑨整理設(shè)備
待完成測試后,首先將高壓氣體放出,再卸載應力,取出試驗后被破壞的巖樣,清理干凈圍壓室,關(guān)閉三軸壓力機、聲發(fā)射監(jiān)測單元和孔隙流體控制單元;
⑩試驗數(shù)據(jù)整理
對保存在計算機中的試驗測試數(shù)據(jù)進行整理和分析。