[实用新型]一种适于高渗透压的岩体真三轴剪切渗流试验装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及岩石力学试验技术，尤其涉及一种适于高渗透压的岩体真三轴剪切渗流试验装置。

背景技术

岩体剪切装置是一种可直接测定岩体（节理）的剪切强度及其变形等参数的岩石力学测试装置，常用来测试工程岩体的力学特性参数，指导岩土工程的设计及安全评估。近年来，随着地下工程和采矿工程的深部扩展，地下水严重影响了岩体工程的稳定性，因此开展岩体剪切渗流耦合研究极为重要。目前国内外已开展了大量研究工作，同时研发出多种岩体剪切渗流耦合试验装置，但这些装置都存在着渗透流体压力较小的问题，无法突破高压流体密封的难题，致使高压流体条件下的剪切渗流试验无法开展。

近年来，全球二氧化碳地址封存研究取得较大发展，现已有大量工程应用项目正进行或已竣工。但在工程实施过程中及已完成项目中发现较多问题，尤其在项目安全评估上缺少最基本的超临界二氧化碳作用下的岩体力学特性参数及本构模型。目前的剪切装置无法满足高压流体下岩体剪切渗流试验；一种能够完成高温、高应力、高渗透压复杂条件下的岩体剪切渗流试验装置对研究岩体在高温、高应力、高渗透压作用下的力学特性、变形破坏机制及本构模型有很重要的作用。

如今，液压伺服控制技术国内外已取得了长足的发展，在此基础上研制的真三轴伺服控制压力机已十分成熟，可满足当前各种力学实验的应力控制及边界条件的实现。各种耐高温、高强度橡胶材料已普遍应用于各种极端环境下，使得进行适于高渗透压的岩体真三轴剪切渗流试验装置的研发变为可能。

实用新型内容

本实用新型的目的就在于提供一种适于高渗透压的岩体真三轴剪切渗流试验装置，该装置能够实现高温、高应力、高渗透压复杂条件下的岩体真三轴剪切渗流试验，最高渗透压可达50MPa。采用特殊设计的密封胶套能克服岩体剪切过程中高压流体密封难的问题以及岩体中流体的压力和体积不能精准测量和控制的问题；该装置的加载能力能够满足完整岩石剪切的高应力要求，并能实现三个方向应力的独立加载，同时能够高精度的测量岩样三个方向的变形，为深入研究岩石或节理的渗流特性、剪切强度、变形破坏机制及本构模型等相关内容提供了可能。

本实用新型的目的是这样实现的：

一、适于高渗透压的岩体真三轴剪切渗流试验装置（简称装置）

本装置包括刚性框架、油缸、压力传感器、高压腔体、压柱、剪切板、法向压板、岩样、密封胶套、计算机、流体注入计量泵、流体回流计量泵、围压跟踪泵、X向位移传感器、Y向位移传感器和Z向位移传感器；

其位置和连接关系是：

在刚性框架内设置有高压腔体，在高压腔体内设置有一个由剪切板、法向压板、岩样和密封胶套构成剪切渗流密封的组合件，所述的组合件的结构是：岩样置于胶套的中心，在岩样的上下分别设置有法向压板，在岩样的左右分别设置有剪切板；

在刚性框架内部的左侧、右侧和上侧分别固定有油缸，油缸的活塞与压力传感器连接，通过压柱压紧组合件，对组合件施加法向应力和剪切应力；

在高压腔体上部设置有液压油注入孔和管线通道，内部空腔为围压室；并在围压室内设置有刚性垫块、温度传感器和加热盘管；温度传感器和加热盘管分别与计算机连接，能够实现围压室内部温度的控制；

在密封胶套内嵌有变形胶囊和变形隔板；围压跟踪泵分别与变形胶囊和围压室连接，能够使变形胶囊内部压力和围压室的压力始终保持一致；

流体注入计量泵和流体回流计量泵分别与左侧和右侧的剪切板上的流体通道连接，能够对岩样注入流体的压力和流量进行测量和控制；

X向位移传感器设有X向位移探测支架和X向位移固定支架；X向位移传感器通过X向位移探测支架和X向位移固定支架固定于组合件上；Y向位移传感器设有Y向位移探测支架和Y向位移固定支架；Y向位移传感器通过Y向位移探测支架和Y向位移固定支架固定于组合件上；Z向位移传感器设有Z向位移固定支架；Z向位移传感器通过Z向位移固定支架固定于组合件；能够测量岩样的 X、Y和Z向的变形；

流体注入计量泵、流体回流计量泵、围压跟踪泵、X向位移传感器、Y向位移传感器和Z向位移传感器分别与计算机连接，实现位移和压力信息的采集。

二、适于高渗透压的岩体真三轴剪切渗流试验的方法（简称方法）

本方法包括下列步骤：

第1、岩样制备

将待测试岩石加工成长×宽×高=100mm×100mm×100mm的立方体，并将各表面打磨平整光滑；若待测试为岩石节理，需将节理面处于横切立方体的中心位置；

第2、组合件组装