[发明专利]一种单裂隙中的剪切-两相流实验盒、系统和方法

说明书

本申请公开了一种单裂隙中的剪切‑两相流可视化实验盒、系统和方法，其中实验盒包括：底座：两个对置的用以固定在底座上的第一侧壁，其中的一个第一侧壁上设有注气孔和注水孔，另一个第一侧壁上设有用以气水流出的气水排出孔；两个对置的第二侧壁，第二侧壁通过第二底部翼缘以可朝第二方向移动的方式固定在底座上；顶板；夹持调节件，其用以调解第二侧壁对第一侧壁的夹持程度；辅助固定件，其与底座固定连接，其端面与第一侧壁平行；移动调节件，包括用以与第一侧壁的侧向翼缘固定连接的第一端部，和用以与辅助固定件的端面连接的第二端部，通过调解第二端部与辅助固定件的相对位置，实现对第一移动侧壁沿第一方向的调节。

技术领域

本公开涉及岩土工程测量技术领域，具体涉及一种单裂隙中的剪切-两相流实验盒、系统和方法。

背景技术

在多种工程背景中，裂隙岩体中的多相流动都是一个重要的研究课题，如油气资源开发中的油-气-水多相流动，煤层气开采中的气-水两相流动，二氧化碳地质封存中的超临界二氧化碳-水-气态二氧化碳的多相流动，地热资源开发中的高温液态水和水蒸气的两相流动等。由于两相流动问题自身的复杂性，至今尚无一个通用的方程能精确描述所有的两相问题，因此基于实验获得的经验或半经验方程仍然是刻画两相流动问题的重要手段；可以说，对两相流动机理的认知的加深，很大程度上依赖于实验手段的进步。而裂隙中的气液两相流动更加复杂，裂隙的粗糙度、开度、剪切位移等参数对流动特性有重要影响。

目前已有一些学者设计或开发了部分两相流实验装置。中国专利号为CN201510906972.1的发明专利公开了一种“裂隙岩体可视化实验装置”，提供了一种在T型裂隙结构中进行两相流实验的方案。这种T型裂隙结构本身是裂隙网络中的一个单元，即两条单裂隙交叉形成的裂隙组合。竖向裂隙中的两相流体的流动受到重力和浮力的影响，与水平方向裂隙中的流动特性会有明显不同；这样就增加了影响流动的因素，故而增加了从监测数据(压力、流量、流型图像等)中分析不同因素对流动的影响作用的难度。中国专利号为CN201710432090.5的发明专利公开了“一种裂隙网络两相流实验装置及方法”，提供了一种在裂隙网络中开展两相流实验的装置，并提供了一种有效处理油水两相混合物的方法。然而，单裂隙中的两相流动本身已经受到诸多因素的影响，如水气比、裂隙开度、裂隙粗糙度等；在裂隙网络中，又增加了表征裂隙网络结构的各类参数的影响，使实验中的影响因素增多，增加了区分不同因素的影响作用的难度。由此可见，研究单裂隙中两相流动特性的实验设备的开发仍然是有必要的。在单裂隙的两相流实验装置方面，斯坦福大学的Diomampo在其硕士学位论文中设计的实验系统较为成熟。其核心设备为两相流动盒，在其内部可以放置一块光滑或粗糙的透明裂隙板，通过可视化手段观察流动形态。然而其粗糙裂隙是通过在光滑裂隙上粘结不同直径的不锈钢丝来实现的，与真实的粗糙裂隙面的形态会有较大的不同；另外，两块裂隙试件由于剪切错动导致的裂隙开度分布形态的变化，对流动也会产生重要影响，而该两相流动盒中只能放置一块裂隙试件，无法模拟两块裂隙试件产生不同开度、不同剪切位移的情况。

此外，目前已有的其他两相流实验设备主要存在以下问题：(1)密封困难或密封过程繁琐。目前的流体流动实验中采用的密封方式主要有两种：一种是机械密封，即采用施加机械压力的方式来压紧试件和箱体；这种方式的操作较为便捷，节省时间，但密封效果欠佳，在机械结合部位容易漏水。另一种是采用密封胶来密封，即将关键部位用强力胶密封起来，即每次装配试件时都要涂胶，等待密封胶形成强度以后方能开展实验，在更换下一个试件时要先彻底清除上一次实验留下的密封胶，然后重新涂胶密封。这种方式密封效果较好，但操作繁琐，耗费时间和实验成本。(2)不能实现试件的剪切错动，即无法模拟自然条件下的裂隙在剪切错动的条件下形成的裂隙开度分布。

发明内容

鉴于现有技术中的上述缺陷或不足，期望提供一种单裂隙中的剪切-两相流实验方案。

第一方面，本申请实施例提供了一种单裂隙中的剪切-两相流可视化实验盒，包括：

底座，其具有用以承托试件的矩形凸台；