CN214040974U - 含水合物沉积物三轴剪切、渗流一体化实验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于土工实验技术领域，具体涉及一种含水合物沉积物三轴剪切、渗流一体化实验装置。包括三轴压力室，其试样底座上设有一周通孔，通孔为交替设置的试样底座渗流孔和试样底座进气孔，试样底座渗流孔与渗流入口管相连，试样底座进气孔与孔压进气管相连，渗流入口管上设有渗流入口压力传感器；试样底座中还设有凹槽，凹槽内安装有试样底座压力传感器；试样帽上设有一周的试样帽渗流孔，与渗流出口管相连，渗流出口管上设有渗流出口压力传感器；试样帽中还设有凹槽，凹槽内安装有试样帽压力传感器。本实用新型可以实现水合物三轴剪切破坏过程的渗流、应力耦合分析，且可实现液体和气液的不同渗流实验。

Description

含水合物沉积物三轴剪切、渗流一体化实验装置

技术领域：

本实用新型属于土工实验技术领域，具体涉及一种含水合物沉积物三轴剪切、渗流一体化实验装置。

背景技术：

天然气水合物作为一种新型能源，在世界范围内广泛分布于各大海洋及陆地冻土地带，由于其储量大、分布广、无污染等优点，被广泛认为是二十一世纪的替代能源。然而在进行水合物开采时，水合物的分解会产生大量气体，其胶结作用消失并产生超静孔压，进而造成含水合物沉积物力学特性的变化、强度的降低，最终会诱发一系列的大范围地质灾害；渗透特性作为含水合物沉积物的一种固有属性，是天然气水合物储层质量评价、产气性能预测、开采方案制定的重要依据。因此开展天然气水合物沉积物力学特性及渗透特性研究是实现水合物安全、高效开采的前提。

受限于天然气水合物严苛的贮存条件(高压低温)，原位钻孔取芯的方式既不经济又不现实，因此目前针对含水合物沉积物研究，广泛采用室内合成的方式。首先在人为创造的高压、低温环境下生成天然气水合物，然后再开展力学特性、渗流特性等具体研究工作。

水合物开采过程中，储层有效应力、水合物饱和度、孔隙压力等都是动态变化而非固定不变的，因此多因素影响下的渗流特性也是一个动态变化过程；与此同时储层所受有效应力亦会受到渗透率、饱和度等因素影响而发生变化。因此应力、渗流之间是一个两场耦合，相互作用的过程。

虽然目前针对土工实验的力学设备、渗流设备较多，但是专门用于含水合物沉积物并且同时可以考虑应力、渗流相互影响的设备十分鲜见。特别是不能进行试样三轴剪切过程即破坏过程中的气体和液体渗流实验，为含水合物沉积物三轴剪切、渗流一体化实验带来很大局限。

实用新型内容：

本实用新型要解决的技术问题是专门用于含水合物沉积物并且同时可以考虑应力、渗流相互影响的设备十分鲜见。特别是不能进行试样三轴剪切过程即破坏过程中的气体和液体渗流实验，为含水合物沉积物三轴剪切、渗流一体化实验带来很大局限。

为解决上述问题，本实用新型提供了一种含水合物沉积物三轴剪切、渗流一体化实验装置，可以实现水合物三轴剪切破坏过程的渗流、应力耦合分析，且可实现液体和气液的不同渗流实验。

为达到上述目的，本实用新型具体通过以下技术方案实现：一种含水合物沉积物三轴剪切、渗流一体化实验装置，包括三轴压力室，三轴压力室外为三轴压力室外罩，通过三轴仪外罩螺母、三轴仪外罩螺栓与试样底座固定；试样底座上设有一周通孔，通孔为交替设置的试样底座渗流孔和试样底座进气孔，试样底座渗流孔与渗流入口管相连，试样底座进气孔与孔压进气管相连，通过该两种通孔与试样相通，渗流入口管上设有渗流入口压力传感器，用以监测渗流入口压力；试样底座中还设有凹槽，凹槽内安装有试样底座压力传感器；传力杆通过传力杆上螺母、传力杆下螺母连接在三轴压力室外罩顶部，通过传力杆上螺母、传力杆下螺母可对传力杆进行高度调节；传力杆顶部为凹半球形，与其上方的上顶杆底部凸半球形相匹配，传力杆下部为凸半球形，与其下方的试样帽顶部凹半球形相匹配；三轴压力室底部为试样底座，试样底座中心上方设有乳胶膜；乳胶膜中部包裹住试样，上端通过上橡胶箍筋套在试样帽上，将乳胶膜与试样帽紧密贴合，下端通过下橡胶箍筋套在试样底座上，将乳胶膜与试样底座紧密贴合；试样帽上设有一周的试样帽渗流孔，与渗流出口管相连，渗流出口管通过试样底座及试样帽与试样相通，渗流出口管上设有渗流出口压力传感器，用以监测渗流出口压力；试样帽中还设有凹槽，凹槽内安装有试样帽压力传感器；渗流部分的进出口均采用多孔均匀布置方式，可以保证渗流实验过程中的压差稳定以及压差分布的均匀，同时试样的渗透通过性好。这对于某些渗透性较低的含水合物沉积物(如泥质粉砂质型水合物)至关重要；

甲烷气瓶通过甲烷压力调节阀与甲烷储气罐相连，甲烷储气罐通过孔压控制器和管路与试样底座进气孔相连，提供合成水合物所需甲烷气体；氮气气瓶通过氮气压力调节阀与氮气储气罐相连，氮气储气罐通过氮气渗流压力控制器和管路与试样底座渗流孔相连，为氮气渗流压力控制器提供渗流所需气体；甲烷储气罐与氮气储气罐起过渡作用，降低气体压力及温度；

储气罐通过气液分离器和管路与试样帽渗流孔相连，对渗流实验产生的氮气进行储存；储水箱通过气液分离器与试样帽渗流孔相连，对渗流实验产生的水进行储存，天平实时获取渗流过程中产生的水质量；气液分离器与储气罐之间设有气体流量计，对渗流产生气体体积进行监测，对渗流产生气体体积进行监测；

油箱与围压控制器相连，为围压控制器提供液压油，围压控制器与三轴压力室通过围压进液管相连，围压进液管通过试样底座与三轴压力室相通；水箱与液体渗流压力控制器相连，为液体渗流压力控制器提供渗流所需液体，这里采用水进行渗流实验，液体渗流压力控制器通过管路与试样底座渗流孔相连；

三轴压力室外为三轴仪竖梁，三轴仪竖梁底部与三轴仪底座焊接，三轴仪竖梁上部设有螺纹，通过横梁上螺母、横梁下螺母与三轴仪横梁相连接，通过横梁上螺母、横梁下螺母可对三轴仪横梁进行高度调节；三轴仪底座中心设有轴压控制器，通过伸缩轴与试样底座相连；三轴仪横梁中部为上顶杆；

各管路上设有阀门。

进一步的，相邻试样底座渗流孔和试样底座进气孔之间呈45°角设置；相邻试样帽渗流孔之间呈90°角设置。为了保证渗流过程中的压差稳定，且压差分布均匀，渗透通过性好，本实用新型中的试样底座渗流孔、试样底座进气孔、试样帽渗流孔均有多个且均匀分布，且试样底座进气孔与试样底座渗流孔之间所形成的的圆心角为45°；样帽渗流孔之间所形成的圆心角为90°。

进一步的，甲烷压力调节阀与甲烷储气罐之间设有第一阀门，氮气压力调节阀与氮气储气罐之间设有第十二阀门；甲烷储气罐与孔压控制器之间设有第二阀门；孔压控制器与试样底座进气孔之间设有第三阀门；围压进液管上设有第四阀门；油箱与围压控制器之间设有第五阀门；液体渗流压力控制器与试样底座渗流孔的管路与氮气渗流压力控制器与试样底座渗流孔的管路汇合后的总管路设有第六阀门；液体渗流压力控制器与试样底座渗流孔的分管路上设有第九阀门，氮气渗流压力控制器与试样底座渗流孔的分管路上设有第八阀门；氮气渗流压力控制器与氮气储气罐之间设有第十阀门；水箱与液体渗流压力控制器之间设有第十一阀门；气液分离器与渗流出口压力传感器之间设有背压阀，实现渗流出口的压力控制，渗流出口压力传感器与背压阀之间设有第七阀门。第一阀门、第二阀门、第三阀门、第四阀门、第五阀门、第六阀门、第七阀门、第八阀门、第九阀门、第十阀门、第十一阀门、第十二阀门实现各个管路的开启与关闭。

进一步的，试样底座上还设有设有压力室压力传感器与压力室温度传感器；上顶杆上设有轴力传感器。

进一步的，孔压控制器、氮气渗流压力控制器、围压控制器、液体渗流压力控制器、天平、气体流量计、轴压控制器、伸缩轴、渗流出口压力传感器、渗流入口压力传感器、压力室压力传感器、压力室温度传感器、轴力传感器、试样底座压力传感器、试样帽压力传感器均与计算机相连，可以实现相关数据的实时记录；孔压控制器、氮气渗流压力控制器、围压控制器、液体渗流压力控制器均由伺服电机以及一定容积的腔室所组成，并可由计算机进行压力控制；轴压控制器则由伺服电机构成可以实现对伸缩轴的长度控制，伸缩轴的长度变化反映试样在剪切过程中的位移变化，并由计算机实时记录。

进一步的，除甲烷气瓶、氮气气瓶、甲烷压力调节阀、氮气压力调节阀、气液分离器、储水箱、天平、气体流量计、储气罐、计算机外，其他所有结构均处于恒温气浴内。

利用上述装置进行含水合物沉积物三轴剪切、渗流一体化的实验方法，包括以下步骤：

(1)生成水合物：通过装样、对试样施加围压、施加孔压、降温的操作，在低温高压环境下生产水合物；

(2)剪切、渗流耦合实验准备：设置预设应力路径下的轴压控制器、围压控制器、孔压控制器、液体渗流压力控制器或氮气渗流压力控制器在不同阶段的相应状态；设置背压阀压力为高于恒温气浴设定温度下的水合物相平衡压力；

(3)进行实验：开启装置进行实验，记录样底座压力传感器与试样帽压力传感器的数据作为渗流实验的压差数据。

进一步的，步骤(3)进行实验时，待压差稳定之后再进行剪切、渗流耦合实验；或稳定压差较难维持时，采取不低于3次实验取平均值的方式进行计算。

进一步的，所述步骤(1)装样步骤为自下而上按照试样底座、下透水石、试样、上透水石、试样帽的顺序进行装样，并用上橡胶箍筋以及下橡胶箍筋箍紧；调整三轴仪横梁及传力杆的高度，使传力杆下端与试样帽处于接触的临界状态；若试样为松散基质试样，利用孔压控制器对试样内部制造负压环境，令试样处于直立状态。

进一步的，所述步骤(1)施加围压步骤为围压控制器向三轴压力室注入液压油，施加一定围压；施加孔压步骤为通过孔压控制器向试样通入甲烷气体，孔压压力始终小于围压压力；降温步骤为利用恒温气浴将温度降至实验温度。

本实用新型相比于现有技术，其有益效果在于：

(1)基于常规假三轴实验系统，增加渗流实验部分，可实现基于假三轴应力条件的“剪切+渗流”耦合分析；同时可进行单独的剪切或特定三轴状态下的渗流实验，在进行单独剪切实验时，只需将渗流部分阀门关闭即可，在进行特定三轴状态下的渗流实验时，只需保持轴压、围压、孔压一定即可；同时本实用新型还可进行试样三轴剪切过程即破坏过程中的渗流实验。

(2)在实现“剪切+渗流”的耦合分析基础上，增加水合物原位合成设备，使该设备可用于含水合物沉积物的原位合成研究。

(3)提供气液两种渗流途径，解决单一渗流与不同科研目之间的脱钩问题。

(4)现有设备一般采用渗流入口压力控制装置(如本实用新型中的氮气渗流压力控制器或液体渗流压力控制器)以及渗流出口压力控制装置(如本实用新型中的背压阀)的压力数据进行渗透率的计算，然而实验样品的实际进出口压差往往并不等于入口压力控制装置与出口压力控制装置的压差，这就会造成实验数据存在一定的误差。本实用新型在渗流系统中增加4个专用压力传感器，分别为渗流出口压力传感器、渗流入口压力传感器、试样底座压力传感器、试样帽压力传感器，四个传感器分别对系统的不同位置进行压力监测，采用试样内部的压力数据，而不是进出口压力控制装置的压力数据：渗流出口压力传感器获取渗流出口管的压力，渗流入口压力传感器获取渗流入口管的压力，试样底座压力传感器获取试样的下端压力，试样帽压力传感器获取试样的顶端压力；实际利用达西定律计算渗透率时，采用试样底座压力传感器以及试样帽压力传感器的数据，而背压阀、氮气渗流压力控制器、液体渗流压力控制器的压力仅作为参考，这与现有设备区别巨大；同时渗流出口压力传感器、渗流入口压力传感器可实现对氮气渗流压力控制器、液体渗流压力控制器以及背压阀的校正，并进一步获取试样压差与渗流控制装置压差的误差大小，使得压差数据更加准确。

(5)现有设备极少可以分别进行气体以及液体的两相渗流，即使可以进行气液两相渗流，也无法对气液进行分离；然而无论是单纯的气体渗流还是液体渗流，或者是气液两相渗流，由于气体与液体计量设备的设计原理不同，在进行渗流出口的流量统计时，气液两相的存在都会对统计精度产生影响，当设备精度不够时甚至会产生较大的误差；此外对于气体渗流来说，气体中不可避免会有水分的存在，无论是对于气体存储设备还是气体计量设备，都会影响其使用寿命；本实用新型渗流部分增加气液分离装置，对气体和液体进行分别计量，减小流量计量设备的计量误差，不仅提高了计算精度，而且延长了设备的使用寿命。

(6)围压、轴压、孔压及渗流部分的压力均由计算机进行控制，克服传统手动控制的不足，并实现数据的自动采集。

(7)对于含水合物沉积物的合成及其渗透实验，需要对三轴压力室、渗流介质进行低温预冷，而现有设备仅对三轴压力室进行低温控制，当预冷设备增多时，采用水浴的方式实现温度控制，这将导致必须提供用以储存液体的腔室，而特定形状的腔室显然制造要求也较高，并且当需要对较多设备进行恒温控制时，水浴所需的预制腔室制造困难且成本较高，本实用新型改变现有设备采用的水浴方式，采用适用性更广的气浴进行温度控制，在不增加额外成本的基础上实现多设备的恒温目的。

(8)渗流部分的进出口均采用多孔均匀布置方式，可以保证渗流实验过程中的压差稳定以及压差分布的均匀，同时试样的渗透通过性好。这对于某些渗透性较低的含水合物沉积物(如泥质粉砂质型水合物)至关重要。

附图说明

图1是本实用新型的整体结构示意图。

图2是本实用新型压力室的结构示意图。

图3是试样底座渗流孔及试样底座进气孔分布示意图。

图4是试样帽渗流孔分布示意图。

图5是图2的俯视图。

图中，甲烷气瓶1、氮气气瓶2、甲烷压力调节阀3-1、氮气压力调节阀3-2、甲烷储气罐5、氮气储气罐6、孔压控制器7、氮气渗流压力控制器8、围压控制器9、液体渗流压力控制器10、油箱11、水箱12、背压阀13、气液分离器14、储水箱15、天平16、气体流量计17、储气罐18、计算机19、三轴仪底座20、轴压控制器21、伸缩轴22、试样底座23、渗流出口压力传感器24、渗流入口压力传感器25、试样底座渗流孔26、试样底座进气孔27、试样帽渗流孔28、三轴压力室外罩29、三轴仪竖梁30、三轴压力室31、传力杆下螺母32、传力杆上螺母33、传力杆34、上顶杆35、横梁下螺母36、三轴仪横梁37、横梁上螺母38、恒温气浴39、围压进液管40、孔压进气管41、压力室压力传感器42、压力室温度传感器43、下透水石44、上透水石45、试样帽46、渗流出口管47、渗流入口管48、三轴仪外罩螺母49、三轴仪外罩螺栓50、下橡胶箍筋51、试样52、乳胶膜53、上橡胶箍筋54、轴力传感器55、试样底座压力传感器56、试样帽压力传感器57。

具体实施方式：

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

实施例1：

一种含水合物沉积物三轴剪切、渗流一体化实验装置，包括三轴压力室31，如图2和图5所示，三轴压力室31外为三轴压力室外罩29，通过三轴仪外罩螺母49、三轴仪外罩螺栓50与试样底座23固定；如图3所示，试样底座23上设有一周通孔，通孔为交替设置的试样底座渗流孔26和试样底座进气孔27，试样底座渗流孔26与渗流入口管48相连，试样底座进气孔27与孔压进气管41相连，通过该两种通孔与试样52相通，渗流入口管48上设有渗流入口压力传感器25，用以监测渗流入口压力；试样底座23中还设有凹槽，凹槽内安装有试样底座压力传感器56；传力杆34通过传力杆上螺母33、传力杆下螺母32连接在三轴压力室外罩29顶部，通过传力杆上螺母33、传力杆下螺母32可对传力杆34进行高度调节；传力杆34顶部为凹半球形，与其上方的上顶杆35底部凸半球形相匹配，传力杆34下部为凸半球形，与其下方的试样帽46顶部凹半球形相匹配；三轴压力室31底部为试样底座23，试样底座23中心上方设有乳胶膜53；乳胶膜53中部包裹住试样52，上端通过上橡胶箍筋54套在试样帽46上，将乳胶膜53与试样帽46紧密贴合，下端通过下橡胶箍筋51套在试样底座23上，将乳胶膜53与试样底座23紧密贴合；如图4所示，试样帽46上设有一周的试样帽渗流孔28，与渗流出口管47相连，渗流出口管47通过试样底座23及试样帽46与试样52相通，渗流出口管47上设有渗流出口压力传感器24，用以监测渗流出口压力；试样帽46中还设有凹槽，凹槽内安装有试样帽压力传感器57；渗流部分的进出口均采用多孔均匀布置方式，可以保证渗流实验过程中的压差稳定以及压差分布的均匀，同时试样的渗透通过性好。这对于某些渗透性较低的含水合物沉积物(如泥质粉砂质型水合物)至关重要；

甲烷气瓶1通过甲烷压力调节阀3-1与甲烷储气罐5相连，甲烷储气罐5通过孔压控制器7和管路与试样底座进气孔27相连，提供合成水合物所需甲烷气体；氮气气瓶2通过氮气压力调节阀3-2与氮气储气罐6相连，氮气储气罐6通过氮气渗流压力控制器8和管路与试样底座渗流孔26相连，为氮气渗流压力控制器8提供渗流所需气体；甲烷储气罐5与氮气储气罐6起过渡作用，降低气体压力及温度；

储气罐18通过气液分离器14和管路与试样帽渗流孔28相连，对渗流实验产生的氮气进行储存；储水箱15通过气液分离器14与试样帽渗流孔28相连，对渗流实验产生的水进行储存，天平16实时获取渗流过程中产生的水质量；气液分离器14与储气罐18之间设有气体流量计17，对渗流产生气体体积进行监测，对渗流产生气体体积进行监测；

油箱11与围压控制器9相连，为围压控制器9提供液压油，围压控制器9与三轴压力室31通过围压进液管40相连，围压进液管40通过试样底座23与三轴压力室31相通；水箱12与液体渗流压力控制器10相连，为液体渗流压力控制器10提供渗流所需液体，这里采用水进行渗流实验，液体渗流压力控制器10通过管路与试样底座渗流孔26相连；

如图1所示，三轴压力室31外为三轴仪竖梁30，三轴仪竖梁30底部与三轴仪底座20焊接，三轴仪竖梁30上部设有螺纹，通过横梁上螺母38、横梁下螺母36与三轴仪横梁37相连接，通过横梁上螺母38、横梁下螺母36可对三轴仪横梁37进行高度调节；三轴仪底座20中心设有轴压控制器21，通过伸缩轴22与试样底座23相连；三轴仪横梁37中部为上顶杆35；

各管路上设有阀门。

试样底座23上还设有设有压力室压力传感器42与压力室温度传感器43；上顶杆35上设有轴力传感器55。

除甲烷气瓶1、氮气气瓶2、甲烷压力调节阀3-1、氮气压力调节阀3-2、气液分离器14、储水箱15、天平16、气体流量计17、储气罐18、计算机19外，其他所有结构均处于恒温气浴39内。

利用上述的含水合物沉积物三轴剪切、渗流一体化实验装置，本实用新型的实验方法主要包括以下步骤：

1、装样。自下而上按照试样底座23、下透水石44、试样52、上透水石45、试样帽46的顺序进行装样，并用上橡胶箍筋54以及下橡胶箍筋51箍紧；调整三轴仪横梁37及传力杆34的高度，使传力杆34下端与试样帽46处于接触的临界状态；应当指出的是，对于一些松散基质试样如粗砂质土体，由于试样52的自立性差，难以形成直立试样，针对该问题本方法利用孔压控制器7对试样52内部制造负压环境，此时试样52则可在环境大气压力下处于直立状态。

2、施加围压。在装样完成并将三轴压力室外罩29与试样底座23采用三轴仪外罩螺母49及三轴仪外罩螺栓50连接之后，使用围压控制器9向三轴压力室31注入液压油，施加一定围压。

3、施加孔压。通过孔压控制器7向试样52通入甲烷气体，孔压压力始终小于围压压力，此时保持渗流出口管47上的第七阀门4-7及渗流入口管48上的第六阀门4-6关闭。

4、降温。利用恒温气浴39将温度降至实验温度。

5、生成水合物。通过围压控制器9调整围压，通过孔压控制器7调整孔压，在低温高压环境下生成水合物。孔压压力应高于恒温气浴39设定温度下的水合物相平衡压力。合成过程一般在24h以上。

6、剪切、渗流耦合实验准备。根据研究目的，使用计算机19设置预设应力路径下的轴压控制器21、围压控制器9、孔压控制器7、液体渗流压力控制器10(液体渗流)或氮气渗流压力控制器8(气体渗流)在不同阶段的相应状态；设置背压阀13压力，背压阀13压力应高于恒温气浴39设定温度下的水合物相平衡压力。

7、开始实验。首先关闭孔压进气管41上的第三阀门4-3；然后计算机19启动液体渗流压力控制器10(液体渗流)或氮气渗流压力控制器8(气体渗流)；接着打开渗流出口管47上的第七阀门4-7以及渗流入口管48上的第六阀门4-6；最后计算机19启动轴压控制器21、围压控制器9及孔压控制器7，进行剪切实验；必须指出的是，在进行实验数据处理时，渗流实验的压差数据必须采用试样底座压力传感器56与试样帽压力传感器57的数据，而不能采用背压阀13、氮气渗流压力控制器8及液体渗流压力控制器10的数据；同时对于可能存在的压差不稳问题，本方法待压差稳定之后再进行剪切、渗流耦合实验；若稳定压差较难维持，则采取3次实验取平均值的办法，进一步消除压差波动所带来的误差，取平均值的方法应保证实验次数不低于3次。

上述步骤仅为主要步骤，一些次要步骤，如气密性检查、各阀门的开闭控制等并不在此赘述。此外上述步骤针对剪切、渗流耦合实验过程，显然本设备可根据研究需要进行单独三轴剪切或单独渗流实验；依据本实用新型，还可通过改变温压条件，进行考虑水合物分解影响的三轴剪切、渗流以及剪切渗流耦合实验。

实施例2：

相邻试样底座渗流孔26和试样底座进气孔27之间呈45°角设置；相邻试样帽渗流孔28之间呈90°角设置。为了保证渗流过程中的压差稳定，且压差分布均匀，渗透通过性好，本实用新型中的试样底座渗流孔26、试样底座进气孔27、试样帽渗流孔28均有多个且均匀分布，如图3及图4所示；且试样底座进气孔27与试样底座渗流孔26之间所形成的的圆心角为45°，如图3所示；试样帽渗流孔28之间所形成的圆心角为90°。

其余均与实施例1相同。

实施例3：

甲烷压力调节阀3-1与甲烷储气罐5之间设有第一阀门4-1，氮气压力调节阀3-2与氮气储气罐6之间设有第十二阀门4-12；甲烷储气罐5与孔压控制器7之间设有第二阀门4-2；孔压控制器7与试样底座进气孔27之间设有第三阀门4-3；围压进液管40上设有第四阀门4-4；油箱11与围压控制器9之间设有第五阀门4-5；液体渗流压力控制器10与试样底座渗流孔26的管路与氮气渗流压力控制器8与试样底座渗流孔26的管路汇合后的总管路设有第六阀门4-6；液体渗流压力控制器10与试样底座渗流孔26的分管路上设有第九阀门4-9，氮气渗流压力控制器8与试样底座渗流孔26的分管路上设有第八阀门4-8；氮气渗流压力控制器8与氮气储气罐6之间设有第十阀门4-10；水箱12与液体渗流压力控制器10之间设有第十一阀门4-11；气液分离器14与渗流出口压力传感器24之间设有背压阀13，实现渗流出口的压力控制，渗流出口压力传感器24与背压阀13之间设有第七阀门4-7。第一阀门4-1、第二阀门4-2、第三阀门4-3、第四阀门4-4、第五阀门4-5、第六阀门4-6、第七阀门4-7、第八阀门4-8、第九阀门4-9、第十阀门4-10、第十一阀门4-11、第十二阀门4-12实现各个管路的开启与关闭。

其余均与实施例1相同。

实施例4：

孔压控制器7、氮气渗流压力控制器8、围压控制器9、液体渗流压力控制器10、天平16、气体流量计17、轴压控制器21、伸缩轴22、渗流出口压力传感器24、渗流入口压力传感器25、压力室压力传感器42、压力室温度传感器43、轴力传感器55、试样底座压力传感器56、试样帽压力传感器57均与计算机19相连，可以实现相关数据的实时记录；孔压控制器7、氮气渗流压力控制器8、围压控制器9、液体渗流压力控制器10均由伺服电机以及一定容积的腔室所组成，并可由计算机19进行压力控制；轴压控制器21则由伺服电机构成可以实现对伸缩轴22的长度控制，伸缩轴22的长度变化反映试样52在剪切过程中的位移变化，并由计算机19实时记录。

其余均与实施例1相同。

以上所述仅为本实用新型示意性的具体实施方式，并非用以限定本实用新型的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本实用新型的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均应属于本实用新型保护的范围。

Claims (6)

1.含水合物沉积物三轴剪切、渗流一体化实验装置，其特征在于：包括三轴压力室，三轴压力室外为三轴压力室外罩，通过三轴仪外罩螺母、三轴仪外罩螺栓与试样底座固定；试样底座上设有一周通孔，通孔为交替设置的试样底座渗流孔和试样底座进气孔，试样底座渗流孔与渗流入口管相连，试样底座进气孔与孔压进气管相连，渗流入口管上设有渗流入口压力传感器；试样底座中还设有凹槽，凹槽内安装有试样底座压力传感器；传力杆通过传力杆上螺母、传力杆下螺母连接在三轴压力室外罩顶部；传力杆顶部为凹半球形，与其上方的上顶杆底部凸半球形相匹配，传力杆下部为凸半球形，与其下方的试样帽顶部凹半球形相匹配；三轴压力室底部为试样底座，试样底座中心上方设有乳胶膜；乳胶膜中部包裹住试样，上端通过上橡胶箍筋套在试样帽上，下端通过下橡胶箍筋套在试样底座上；试样帽上设有一周的试样帽渗流孔，与渗流出口管相连，渗流出口管上设有渗流出口压力传感器；试样帽中还设有凹槽，凹槽内安装有试样帽压力传感器；

甲烷气瓶通过甲烷压力调节阀与甲烷储气罐相连，甲烷储气罐通过孔压控制器和管路与试样底座进气孔相连；氮气气瓶通过氮气压力调节阀与氮气储气罐相连，氮气储气罐通过氮气渗流压力控制器和管路与试样底座渗流孔相连；

储气罐通过气液分离器和管路与试样帽渗流孔相连；储水箱通过气液分离器与试样帽渗流孔相连，天平实时获取渗流过程中产生的水质量；气液分离器与储气罐之间设有气体流量计；

油箱与围压控制器相连，围压控制器与三轴压力室通过围压进液管相连，围压进液管通过试样底座与三轴压力室相通；水箱与液体渗流压力控制器相连，液体渗流压力控制器通过管路与试样底座渗流孔相连；

三轴压力室外为三轴仪竖梁，三轴仪竖梁底部与三轴仪底座焊接，三轴仪竖梁上部设有螺纹，通过横梁上螺母、横梁下螺母与三轴仪横梁相连接；三轴仪底座中心设有轴压控制器，通过伸缩轴与试样底座相连；三轴仪横梁中部为上顶杆；

各管路上设有阀门。

2.如权利要求1所述的含水合物沉积物三轴剪切、渗流一体化实验装置，其特征在于：相邻试样底座渗流孔和试样底座进气孔之间呈45°角设置；相邻试样帽渗流孔之间呈90°角设置。

3.如权利要求1所述的含水合物沉积物三轴剪切、渗流一体化实验装置，其特征在于：甲烷压力调节阀与甲烷储气罐之间设有第一阀门，氮气压力调节阀与氮气储气罐之间设有第十二阀门；甲烷储气罐与孔压控制器之间设有第二阀门；孔压控制器与试样底座进气孔之间设有第三阀门；围压进液管上设有第四阀门；油箱与围压控制器之间设有第五阀门；液体渗流压力控制器与试样底座渗流孔的管路与氮气渗流压力控制器与试样底座渗流孔的管路汇合后的总管路设有第六阀门；液体渗流压力控制器与试样底座渗流孔的分管路上设有第九阀门，氮气渗流压力控制器与试样底座渗流孔的分管路上设有第八阀门；氮气渗流压力控制器与氮气储气罐之间设有第十阀门；水箱与液体渗流压力控制器之间设有第十一阀门；气液分离器与渗流出口压力传感器之间设有背压阀，渗流出口压力传感器与背压阀之间设有第七阀门。

4.如权利要求1所述的含水合物沉积物三轴剪切、渗流一体化实验装置，其特征在于：试样底座上还设有设有压力室压力传感器与压力室温度传感器；上顶杆上设有轴力传感器。

5.如权利要求1所述的含水合物沉积物三轴剪切、渗流一体化实验装置，其特征在于：孔压控制器、氮气渗流压力控制器、围压控制器、液体渗流压力控制器、天平、气体流量计、轴压控制器、伸缩轴、渗流出口压力传感器、渗流入口压力传感器、压力室压力传感器、压力室温度传感器、轴力传感器、试样底座压力传感器、试样帽压力传感器均与计算机相连。

6.如权利要求1或5所述的含水合物沉积物三轴剪切、渗流一体化实验装置，其特征在于：除甲烷气瓶、氮气气瓶、甲烷压力调节阀、氮气压力调节阀、气液分离器、储水箱、天平、气体流量计、储气罐、计算机外，其他所有结构均处于恒温气浴内。

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