[发明专利]一种岩土体材料气体突破/渗透特性双模块控制测试系统

说明书

一种岩土体材料气体突破/渗透特性双模块控制测试系统，包括气源、增压泵、高压致裂/突破测试模块①、低压渗透测试模块②和质谱仪，高压致裂/突破测试模块①包括依次连接的阀门A、第一钢瓶、上排气管路、阀门C、测试表M1、阀门E、第一压力室、测试表M3和上末端排气口，低气压模拟支路包括依次连接的调压阀、阀门B、第二钢瓶、下排气管路、阀门D、测试表M2、阀门F、第二压力室和下末端排气口，M1、M2和M3都内置压力及温度模块并分别连接第一电脑和第二电脑，气源连接一个增压泵之后分流为测试模块①、测试模块②两路再最终连接至质谱仪。本发明能准确测试出在该条件下岩土体材料的气体突破特性或气体渗透特性以及岩土体材料对不同流体的阻隔/吸附特性。

技术领域

本发明涉及一种岩土体的气体渗透试验装置，尤其是一种岩土体材料气体突破/渗透特性双模块控制测试系统。

背景技术

在岩土工程、页岩气开采、核废料深埋地质存储及二氧化碳地质封存等领域，存在流体运移问题。以核废料处理为例(但不仅限于此方面)，在长期演化过程中，储存库会产生大量的气体，因此，如何评价及测试缓冲材料(如膨润土)与围岩的气密性是一个非常重要的问题。

目前常用的研究方法是在实际工程现场取得岩土体样本，在实验室模拟现场实际的条件和环境，然后获取相关的气体渗透/突破实验数据，来指导工程实践。

这里有两个不同的概念要介绍一下：(1)高气压致裂/突破；(2)低气压缓慢渗透。同样还是以核废料深埋地质存储为例，随着时间的演化，在处置库内由于复杂的物理化学反应气体将会逐渐产生，主要为处置罐腐蚀产生的氢气、甲烷等。随着气体的不断产生，处置库内的气压将逐渐升高，积聚的气体将会通过缓冲材料向外界逃逸，而且积聚的气压将对整个处置库的稳定性和安全性产生较大的影响。在膨润土吸水和气体通过膨润土向外迁移的过程中，对于这种岩土体材料的气体渗透特性是评价其气密性的重要指标，关系到整个高放核废料处置库的密封性和安全性。

气体一开始产生时，气压较低，这时属于低气压缓慢渗透问题。气体通过岩土体材料内部的微米级孔隙缓慢扩散和渗透，通过测定该岩土体材料的气体渗透率即可指导工程实践。

随着内部气压越来越高，这时高气压对岩土体材料内部的孔隙结构产生破坏，甚至出现微裂纹扩展。到达某一气压值时，岩土体材料会形成贯穿的气流通道，造成岩体的致裂，气体突破该岩土体材料，快速逃逸而出。

并且不同的岩土体材料对不同的气体阻隔能力不同，有些岩土体材料对气体有吸附能力，比如煤体能吸附大量甲烷，这是不能忽略的一点。有些岩土体材料在地下水的影响下，其力学性质和内部孔隙结构会发生显著地改变，比如用于核废料处置的缓冲屏障材料膨润土，能够吸收大量的地下水，并且吸水后会膨胀，显著地提高了材料的气密性。

以上例子显示了不同的岩土体材料在不同气压，不同环境因素下，各不相同且复杂的气体渗透特性，需要根据实际情况进行实验测试。

发明内容

为了克服现有技术的上述不足，本发明提供一种岩土体材料气体突破/渗透特性双模块控制测试系统，能有效的模拟各种地质条件下的环境和力学情况，准确测试出在该条件下岩土体材料的气体突破特性或气体渗透特性，用以来指导工程实践。

本发明解决其技术问题采用的技术方案是：包括气源、增压泵、高压致裂/突破测试模块①、低压渗透测试模块②和质谱仪，所述的高压致裂/突破测试模块①包括依次连接的阀门A、第一钢瓶、上排气管路、阀门C、测试表M1、阀门E、第一压力室、测试表M3和上末端排气口，低气压模拟支路包括依次连接的调压阀、阀门B、第二钢瓶、下排气管路、阀门D、测试表M2、阀门F、第二压力室和下末端排气口，测试表M1、测试表M2和测试表M3都内置测试流体压力及温度变化的压力及温度模块，测试表M1和测试表M3分别连接第一电脑，测试表M2连接第二电脑，气源通过高压管连接一个增压泵，连接增压泵之后的高压管分流为两路，上路为高压致裂/突破测试模块①，下路为低压渗透测试模块②，第一压力室和第二压力室共同连接至质谱仪。