盐岩溶腔夹层垮塌模拟试验装置及模拟试验方法
【专利摘要】本发明公开了一种盐岩溶腔夹层垮塌模拟试验装置及模拟试验方法，属于岩土工程技术领域。该装置包括第一容器、第二容器、夹层、盐溶液、通液管路、阀门，第一容器内部设有容置腔，盐溶液盛装于容置腔内；夹层设置于第二容器内部，使得第二容器在夹层底部形成模拟岩腔，夹层上设有通孔；通液管路的一端连接于第一容器，通液管路的另一端通过通孔通入模拟岩腔内，容置腔与模拟岩腔之间通过通液管路连通；阀门设置于通液管路上，用于控制通液管路的连通或者截止。该方法基于该装置而实现。其能够对盐岩溶腔夹层垮塌情况进行试验模拟，因此，能够给实际施工带来启发。
【专利说明】
盐岩溶腔夹层垮塌模拟试验装置及模拟试验方法
技术领域
[0001]本发明涉及岩土工程技术领域，特别是涉及一种盐岩溶腔夹层垮塌模拟试验装置及模拟试验方法。
【背景技术】
[0002]盐岩具有良好的蠕变特性、低渗透性和损伤恢复特性，被认为是能源地下储存和核废料地下处置的理想介质。我国盐岩地层埋深较浅，成层分布，夹层较多，地质条件相对比较复杂。在地下能源储存方面，现在层状盐岩中建设储气库属于国家能源战略储备，因此有必要对地下储存环境进行探讨。在盐岩中储存能源，利用水溶造腔技术，即利用盐溶于水这一物理特性，这地下盐岩层中形成腔体，但是因为夹层的存在，夹层里面成分含有盐，含盐率的不同致使其强度不同尤其是在水溶过程中因为其含盐率不同强度会有不同程度的弱化，最后其夹层在水溶之后的形态以及其垮塌的形态，夹层垮塌下落过程以及在盐腔底部堆积的形态也有所不同。夹层垮塌在水溶造腔过程中会对造腔套管造成损伤，其垮塌下落之后会造成盐腔体积减少，因此有必要对其进行研究。因为工程实际在地下人眼无法观察其具体垮塌过程以及形态。
【发明内容】
[0003]有鉴于此，本发明提供一种盐岩溶腔夹层垮塌模拟试验装置及模拟试验方法，其能够对盐岩溶腔夹层垮塌情况进行试验模拟，因此，能够给实际施工带来启发。从而更加适于实用。
[0004]为了达到上述第一个目的，本发明提供的盐岩溶腔夹层垮塌模拟试验装置的技术方案如下:
[0005]本发明提供的盐岩溶腔夹层垮塌模拟试验装置包括第一容器、第二容器、夹层、盐溶液、通液管路、阀门，
[0006]所述第一容器内部设有容置腔，所述盐溶液盛装于所述容置腔内；
[0007]所述夹层设置于所述第二容器内部，使得所述第二容器在所述夹层底部形成模拟岩腔，所述夹层上设有通孔；
[0008]所述通液管路的一端连接于所述第一容器，所述通液管路的另一端通过所述通孔通入所述模拟岩腔内，所述容置腔与所述模拟岩腔之间通过所述通液管路连通；
[0009]所述阀门设置于所述通液管路上，用于控制所述通液管路的连通或者截止。
[0010]本发明提供的盐岩溶腔夹层垮塌模拟试验装置还可采用以下技术措施进一步实现。
[0011]作为优选，所述通液管路与所述容器的连接孔设置于所述第一容器底部。
[0012]作为优选，所述第二容器的径向截面直径或者直径当量不等。
[0013]作为优选，所述第二容器包括一底板、多个直径不等的管、多个直径不等的环，最底部的管通过其底边缘固定连接于所述底板，所述多个直径不等的管、多个直径不等的环之间粘结在一起。
[0014]作为优选，所述第一容器和/或第二容器由透明材质制成。
[0015]作为优选，所述阀门为常闭型电磁阀，所述常闭型电磁阀上设有控制电路，当所述控制电路得电时，所述常闭型电磁阀开启。
[0016]作为优选，所述盐岩溶腔夹层垮塌模拟试验装置还包括控制终端，
[0017]所述控制电路上还设有通信接口，所述控制电路通过所述通信接口能够与所述控制终端实现通信。
[0018]作为优选，所述控制终端选自PC、工控机、单片机、手持终端中的一种或者几种。
[0019]作为优选，所述通液管路包括第一段软管、直径转换器、第二段软管、刚性管，
[0020]所述第一段软管的一端密封连接于所述阀门，
[0021 ]所述直径转换器包括大直径端和小直径端，所述大直径端密封连接于所述第一段软管的另一端，所述小直径端密封连接于所述第二段软管的一端，所述刚性管的一端密封连接于所述第二段软管的另一端，所述刚性管的另一端通过所述通孔通入所述模拟岩腔。
[0022]作为优选，所述盐溶液为饱和食盐水。
[0023]作为优选，所述盐岩溶腔夹层垮塌模拟试验装置还包括压力传感器、示波器，
[0024]所述压力传感器用于检测处于所述模拟岩腔内的盐溶液的压强，
[0025]所述示波器用于显示所述压强的波形图，当所述波形图突然跌落时，触发所述常闭型电磁阀的控制电路失电，使所述常闭型电磁阀关闭。
[0026]为了达到上述第二个目的，本发明提供的盐岩溶腔夹层垮塌模拟试验方法的技术方案如下:
[0027]本发明提供的盐岩溶腔夹层垮塌模拟试验方法基于本发明提供的盐岩溶腔夹层垮塌模拟试验装置而实现，所述盐岩溶腔夹层垮塌模拟试验方法包括以下步骤:
[0028]通过所述通液管路向所述模拟岩腔内注入所述盐溶液，直至所述盐溶液的界面到达与所述夹层底面持平的位置；
[0029]继续向所述模拟岩腔内注入所述盐溶液，使所述夹层承受的压强增大，直至所述夹层发生垮塌。
[0030]本发明提供的盐岩溶腔夹层垮塌模拟试验方法还可采用以下技术措施进一步实现。
[0031]作为优选，在所述夹层发生垮塌后，还包括关闭所述阀门的步骤。
[0032]作为优选，所述常闭型电磁阀的开启是通过使所述常闭型电磁阀的控制电路得电而实现的。
[0033]作为优选，所述常闭型电磁阀的关闭是通过使所述常闭型电磁阀的控制电路失电而实现的。
[0034]本发明提供的盐岩溶腔夹层垮塌模拟试验装置包括第一容器、第二容器、夹层、盐溶液、通液管路、阀门，第一容器内部设有容置腔，盐溶液盛装于容置腔内；夹层设置于第二容器内部，使得第二容器在处于夹层底部形成模拟岩腔，夹层上设有通孔;通液管路的一端连接于第一容器，通液管路的另一端通过通孔通入模拟岩腔内，容置腔与模拟岩腔之间通过通液管路连通；阀门设置于通液管路上，用于控制通液管路的连通或者截止。应用时，通过通液管路向模拟岩腔内注入盐溶液，直至盐溶液的界面到达与夹层底面持平的位置;继续向模拟岩腔内注入盐溶液，使夹层承受的压强增大，直至夹层发生垮塌。其能够对盐岩溶腔夹层垮塌情况进行试验模拟，因此，能够给实际施工带来启发。
【附图说明】
[0035]通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中:
[0036]图1为本发明实施例一提供的盐岩溶腔夹层垮塌模拟试验装置的结构原理图；
[0037]图2为图1中A部分的局部放大示意图；
[0038]图3为图1中B部分的局部放大不意图；
[0039]图4为本发明实施例三提供的盐岩溶腔夹层垮塌模拟试验装置的结构原理图；
[0040]图5为本发明实施例四提供的盐岩溶腔夹层垮塌模拟试验装置的结构原理图；
[0041 ]图6为本发明施例五提供的盐岩溶腔夹层垮塌模拟试验方法的步骤流程图。
【具体实施方式】
[0042]本发明为解决现有技术存在的问题，提供一种盐岩溶腔夹层垮塌模拟试验装置及模拟试验方法，其能够对盐岩溶腔夹层垮塌情况进行试验模拟，因此，能够给实际施工带来启发。从而更加适于实用。
[0043]为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的盐岩溶腔夹层垮塌模拟试验装置及模拟试验方法，其【具体实施方式】、结构、特征及其功效，详细说明如后。在下述说明中，不同的“一实施例”或“实施例”指的不一定是同一实施例。此外，一或多个实施例中的特定特征、结构、或特点可由任何合适形式组合。
[0044]本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/SB，具体的理解为:可以同时包含有A与B，可以单独存在A，也可以单独存在B，能够具备上述三种任一种情况。
[0045]实施例一
[0046]参见附图1?3，本发明实施例一提供的盐岩溶腔夹层垮塌模拟试验装置包括第一容器1、第二容器11、夹层8、盐溶液2、通液管路4-7-6、阀门3。第一容器I内部设有容置腔10，盐溶液2盛装于容置腔10内。夹层8设置于第二容器11内部，使得第二容器11在夹层8底部形成模拟岩腔9，夹层8上设有通孔(图中未标号)。通液管路4-7-6的一端连接于第一容器1，通液管路4-7-6的另一端通过通孔(图中未标号)通入模拟岩腔9内，容置腔10与模拟岩腔9之间通过通液管路4-7-6连通。阀门3设置于通液管路4-7-6上，用于控制通液管路4-7-6的连通或者截止。
[0047]本发明实施例一提供的盐岩溶腔夹层垮塌模拟试验装置包括第一容器1、第二容器11、夹层8、盐溶液2、通液管路4-7-6、阀门3，第一容器I内部设有容置腔10，盐溶液2盛装于容置腔10内；夹层8设置于第二容器11内部，使得第二容器11在处于夹层8底部形成模拟岩腔9，夹层8上设有通孔(图中未标号)；通液管路4-7-6的一端连接于第一容器I，通液管路4-7-6的另一端通过通孔(图中未标号)通入模拟岩腔9内，容置腔10与模拟岩腔9之间通过通液管路4-7-6连通；阀门3设置于通液管路4-7-6上，用于控制通液管路4-7-6的连通或者截止。应用其能够对盐岩溶腔夹层8垮塌情况进行试验模拟，因此，能够给实际施工带来启发。
[0048]其中，通液管路4-7-6与第一容器I的连接孔设置于第一容器I底部。随着盐溶液2的深度逐渐加深，
[0049]其中，第二容器11的径向截面直径或者直径当量不等。从而使得第二容器11与实际的盐岩溶腔形状更加接近。
[0050]其中，第二容器11包括一底板、多个直径不等的管、多个直径不等的环，最底部的管通过其底边缘固定连接于底板，多个直径不等的管、多个直径不等的环之间粘结在一起。本实施例中，从底部到上部直径大小依次为14cm圆板，14cm管(高度2cm)，外径18内径14圆环，直径18cm管(高度2cm)，外径22内径18圆环，直径22cm管(高度为2cm)，外径26内径22圆环，直径26cm管(高度2cm)，外径26内径24圆环，直径24cm管(高度4cm)，外径24内径22圆环，直径22管(高度3cm)，外径22内径20圆环，直径20管(高度3cm)，外径20内径18圆环，直径18cm管(高度4cm)，外径18内径16圆环，直径16cm管(高度2cm)，外径16内径14圆环，直径14管(高度2cm)，外径14内径8圆环，直径1cm管(高度2cm)，外径10内径6圆环，直径6cm管(高度2cm)，外径6内径4圆环，直径4cm管(高度2cm)，外径4内径2圆环，直径2cm管(高度2cm)，各部位层次连接用环氧树脂胶紧密粘结。本实施例中，夹层8材料取自工程实际，将夹层8打磨成直径9cm高度lcm，通孔(图中未示出)钻去直径为1.5cm的形状，夹层8放入模拟岩腔9上部直径1cm管内，下部有外径14cm内径8cm的圆环做支撑，夹层8和管之间的空隙用环氧树脂胶填充从而将夹层8固定在模拟岩腔9中。
[0051]其中，第一容器I和/或第二容器11由透明材质制成。从而能够在试验过程中对第一容器1、第二容器11进行观察。本实施例中，选用的透明材质为亚克力。
[0052]其中，通液管路4-7-6包括第一段软管4、直径转换器5、第二段软管7、刚性管6。第一段软管4的一端密封连接于阀门6。直径转换器5包括大直径端和小直径端，大直径端密封连接于第一段软管4的另一端，小直径端密封连接于第二段软管7的一端，刚性管6的一端密封连接于第二段软管7的另一端，刚性管6的另一端通过通孔(图中未标号)通入模拟岩腔9。本实施例中，钢芯管6直径为6mm，第二段软管7直径为4mm，第一段软管直径为I cm。本实施例中，刚性管6深入模拟岩腔9底部，将第一容器I置于高处以使其和模拟盐腔9有一高度差，从而可以保证供水装置可以供水。
[0053]其中，盐溶液2为饱和食盐水。其原因之一是食盐水廉价易得；其原因之二是应用饱和食盐水能够避免其继续对第一容器I和第二容器11的材质进行溶解。
[0054]实施例二
[0055]作为本发明实施例一提供的盐岩容腔夹层垮塌模拟试验装置中应用的发明的一种具体的实现方式，阀门3为常闭型电磁阀，常闭型电磁阀上设有控制电路(图中未示出)，当控制电路(图中未示出)得电时，常闭型电磁阀开启。其与手动阀门相比，控制更加方便。
[0056]实施例三
[0057]参见附图4，在本发明实施例二提供的盐岩容腔夹层垮塌模拟试验装置的基础上进行改进，在本发明实施例三提供的盐岩溶腔夹层垮塌模拟试验装置中，还包括控制终端。控制电路(图中未示出)上还设有通信接口，控制电路(体中未示出)通过通信接口能够与控制终端实现通信。本实施例中，控制终端选自PC、工控机、单片机、手持终端中的一种或者几种。从而实现对该常闭型电磁阀开启的自动控制。
[0058]实施例四
[0059]参见附图5，在本发明实施例三提供的盐岩容腔夹层垮塌模拟试验装置的基础上进行改进，在本发明实施例四提供的盐岩溶腔夹层垮塌模拟试验装置中，还包括压力传感器、示波器。压力传感器用于检测处于模拟岩腔内的盐溶液的压强。示波器用于显示压强的波形图，当波形图突然跌落时，触发常闭型电磁阀的控制电路失电，使常闭型电磁阀关闭。从而实现该常闭型电磁阀关闭的自动控制。
[0060]实施例五
[0061]参见附图6，本发明实施例五提供的盐岩溶腔夹层垮塌模拟试验方法基于本发明实施例一?四中任一提供的盐岩溶腔夹层垮塌模拟试验装置而实现，该盐岩溶腔夹层垮塌模拟试验方法包括以下步骤:
[0062]步骤S1:通过通液管路向模拟岩腔9内注入盐溶液2，直至盐溶液2的界面到达与夹层8底面持平的位置。
[0063]步骤S2:继续向模拟岩腔9内注入盐溶液2，使夹层8承受的压强增大，直至夹层8发生垮塌。
[0064]本发明实施例五提供的盐岩溶腔夹层垮塌模拟试验方法在应用时，通过通液管路4-7-6向模拟岩腔9内注入盐溶液2，直至盐溶液2的界面到达与夹层8底面持平的位置;继续向模拟岩腔9内注入盐溶液2，使夹层8承受的压强增大，直至夹层8发生垮塌。其能够对盐岩溶腔夹层8垮塌情况进行试验模拟，因此，能够给实际施工带来启发。
[0065]其中，在夹层8发生垮塌后，还包括关闭阀门3的步骤。从而避免已经垮塌的夹层8继续被新引入的盐溶液3的形态造成影响。
[0066]实施例六
[0067]其中，当盐岩容腔夹层8垮塌模拟试验装置为本发明实施例二或三提供的盐岩容腔夹层8垮塌模拟试验装置时，常闭型电磁阀的开启是通过使常闭型电磁阀的控制电路得电而实现的。从而实现对该常闭型电磁阀开启的自动控制。
[0068]实施例七
[0069]其中，当盐岩容腔夹层垮塌模拟试验装置为本发明实施例四提供的盐岩容腔夹层8垮塌模拟试验装置时，常闭型电磁阀的关闭是通过使常闭型电磁阀的控制电路失电而实现的。从而实现该常闭型电磁阀关闭的自动控制。
[0070]尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
[0071]显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
【主权项】
1.一种盐岩溶腔夹层垮塌模拟试验装置，其特征在于，包括第一容器、第二容器、夹层、盐溶液、通液管路、阀门， 所述第一容器内部设有容置腔，所述盐溶液盛装于所述容置腔内； 所述夹层设置于所述第二容器内部，使得所述第二容器在所述夹层底部形成模拟岩腔，所述夹层上设有通孔； 所述通液管路的一端连接于所述第一容器，所述通液管路的另一端通过所述通孔通入所述模拟岩腔内，所述容置腔与所述模拟岩腔之间通过所述通液管路连通； 所述阀门设置于所述通液管路上，用于控制所述通液管路的连通或者截止。2.根据权利要求1所述的盐岩溶腔夹层垮塌模拟试验装置，其特征在于，所述通液管路与所述容器的连接孔设置于所述第一容器底部。3.根据权利要求1所述的盐岩溶腔夹层垮塌模拟试验装置，其特征在于，所述第二容器的径向截面直径或者直径当量不等； 作为优选，所述第二容器包括一底板、多个直径不等的管、多个直径不等的环，最底部的管通过其底边缘固定连接于所述底板，所述多个直径不等的管、多个直径不等的环之间粘结在一起。4.根据权利要求1所述的盐岩溶腔夹层垮塌模拟试验装置，其特征在于，所述第一容器和/或第二容器由透明材质制成。5.根据权利要求1所述的盐岩溶腔夹层垮塌模拟试验装置，其特征在于，所述阀门为常闭型电磁阀，所述常闭型电磁阀上设有控制电路，当所述控制电路得电时，所述常闭型电磁阀开启； 作为优选，所述盐岩溶腔夹层垮塌模拟试验装置还包括控制终端， 所述控制电路上还设有通信接口，所述控制电路通过所述通信接口能够与所述控制终端实现通信； 作为优选，所述控制终端选自PC、工控机、单片机、手持终端中的一种或者几种。6.根据权利要求1所述的盐岩溶腔夹层垮塌模拟试验装置，其特征在于，所述通液管路包括第一段软管、直径转换器、第二段软管、刚性管， 所述第一段软管的一端密封连接于所述阀门， 所述直径转换器包括大直径端和小直径端，所述大直径端密封连接于所述第一段软管的另一端，所述小直径端密封连接于所述第二段软管的一端，所述刚性管的一端密封连接于所述第二段软管的另一端，所述刚性管的另一端通过所述通孔通入所述模拟岩腔。7.根据权利要求1所述的盐岩溶腔夹层垮塌模拟试验装置，其特征在于，所述盐溶液为饱和食盐水。8.根据权利要求5所述的盐岩溶腔夹层垮塌模拟试验装置，其特征在于，还包括压力传感器、示波器， 所述压力传感器用于检测处于所述模拟岩腔内的盐溶液的压强， 所述示波器用于显示所述压强的波形图，当所述波形图突然跌落时，触发所述常闭型电磁阀的控制电路失电，使所述常闭型电磁阀关闭。9.一种盐岩溶腔夹层垮塌模拟试验方法，其特征在于，所述盐岩溶腔夹层垮塌模拟试验方法基于权利要求1?8中任一所述的盐岩溶腔夹层垮塌模拟试验装置而实现，所述盐岩溶腔夹层垮塌模拟试验方法包括以下步骤: 通过所述通液管路向所述模拟岩腔内注入所述盐溶液，直至所述盐溶液的界面到达与所述夹层底面持平的位置； 继续向所述模拟岩腔内注入所述盐溶液，使所述夹层承受的压强增大，直至所述夹层发生垮塌。10.根据权利要求9所述的盐岩溶腔夹层垮塌模拟试验方法，其特征在于，在所述夹层发生垮塌后，还包括关闭所述阀门的步骤； 作为优选，所述盐岩溶腔夹层垮塌模拟试验装置为权利要求5所述的盐岩溶腔夹层垮塌模拟试验装置，所述常闭型电磁阀的开启是通过使所述常闭型电磁阀的控制电路得电而实现的； 作为优选，所述盐岩溶腔夹层垮塌模拟试验装置为权利要求8所述的盐岩溶腔夹层垮塌模拟试验装置，所述常闭型电磁阀的关闭是通过使所述常闭型电磁阀的控制电路失电而实现的。
【文档编号】G01N33/24GK105911253SQ201610344013
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2016年5月23日
【发明人】尹洪武, 杨春和, 马洪岭
【申请人】中国科学院武汉岩土力学研究所