[实用新型]一种基于中子照相平台研究多孔介质非饱和下渗的装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及多孔介质非饱和渗流领域，尤其涉及一种基于中子照相平台研究多孔介质非饱和下渗的装置。

背景技术

水圈和岩石圈是人类赖以生存的地球表层的重要组成部分，二者的相互作用即水岩耦合一直是相关领域研究的热点。岩石中的非饱和渗流是多孔介质渗流的典型代表。通过测定水在特定压差下通过岩石的流量，进而利用达西定律测定岩石的渗透率是一种普遍采用的实验手段。这种状态下的岩石往往处于饱和状态，而不论是自然界还是工程界，水在非饱和岩石中的渗流现象更为普遍的存在。在水利水电工程领域涉及降雨入渗条件下岸坡的稳定性，在环境工程领域涉及有毒污染物随地下水在岩石中的迁移；近年来随着注水采油、采气中的水锁损害等问题，水在岩石中的非饱和渗流问题也引起了相关领域研究人员的重视；此外，目前我国神华集团的煤矿地下水库建设，以及二氧化碳地质封存均涉及对该问题的研究。作为水在非饱和岩石中渗流问题的重要组成部分，考虑毛细力和重力双重作用下水在岩石中的下渗问题值得深入研究。综上所述，非饱和岩石的固体力学及水力学性质与其含水饱和度有很大的关系，但目前尚缺乏可靠的手段实时定量化研究水在非饱和岩石中的下渗规律，如饱和度随着入渗时间的推移在岩石内部的空间演化过程。由于中子不带电，能轻易的穿透电子层，仅与原子核发生作用，因此其衰减系数与入射的中子能量和物质的原子核截面有关，而与原子序数无关。中子穿过物体时的吸收系数随原子序数的变化很不规则，中子能够穿透重元素物质，对大部分重元素，如铁、铅、铀等，中子衰减系数小；对某些轻元素如水中的氢等，中子衰减系数反而特别大。由于中子上述特点，使中子照相技术特别适合研究非饱和多孔介质中水的等富氢流体的非饱和下渗问题。但由于优质的中子束流一般依赖于核反应堆提供，造成了中子束流的短缺，目前国内尚未开展相关领域的研究，尤其是配合中子照相技术研究非饱和多孔介质中水的下渗问题的实验设备尚未开发。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提出一种基于中子照相平台研究多孔介质非饱和下渗的装置，实时定量化研究富氢流体在非饱和多孔介质下渗过程中，渗流场、饱和度场随着入渗时间的空间演化过程。

其中，数控泵的泵口与岩心夹持器通过进液胶管相连，岩心夹持器与出液口胶管转换头的单口侧通过出液胶管相连，出液口胶管转换头的双口侧中的一口接排液胶管，双口中的另一口通过胶管与马氏瓶相连，最终利用岩心夹持器下部套帽装置卡住圆柱形固体试样，将岩心夹持器水平固定于固定台上，达到中子射线可从正面照射并通过探测器和电荷耦合器件 (CCD)相机或其他类型相机对水等富氢流体沿多孔介质下渗过程进行实时中子成像及其他数据记录，通过后期图像处理定量化研究水在非饱和多孔介质下渗过程中，渗流场和饱和度场随着入渗时间的空间演化过程的目的。为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种基于中子照相平台研究多孔介质非饱和下渗的装置，包括：

数控泵、岩心夹持器、固定台、水槽、出液口胶管转换头、马氏瓶、进液胶管、出液胶管和排液胶管，所述数控泵的泵口与岩心夹持器用进液胶管相连，所述岩心夹持器固定于固定台保持水平，所述出液口胶管转换头与岩心夹持器用出液胶管相连，所述水槽置于岩心夹持器和排液胶管下方。

优选地，所述岩心夹持器为铝合金材质做成，所述岩心夹持器具有进液口与出液口，进液口与出液口位于同一水平，岩心夹持器上部为临时储液区，岩心夹持器下部为固体试样固定区，固体试样固定区内径大于固体试样直径，固定固体试样时固体试样裹缠铝制防水纸，使固体试样固定于岩心夹持器下部并将岩心夹持器与固体试样间的隙缝用硅酮胶粘合。

优选地，所述出液口胶管转换头一侧为单口，与岩心夹持器出液口连接；另一侧为双口，双口中的一口与马氏瓶连接，双口中的另一口与排液胶管连接，所述出液口胶管转换头的单口与岩心夹持器进液口、出液口位于同一水平位置。

优选地，所述马氏瓶包含中间玻璃管，中间玻璃管的下开口的液体平面与岩心夹持器的进液口和出液口位于同一水平位置。

与相关装置相比，本实用新型具有如下优点：