[发明专利]高温高压真三轴直剪破裂渗流耦合测试装置及使用方法

说明书

本发明涉及一种高温高压真三轴直剪破裂渗流耦合测试装置，两个第一压头和两个压力组件以关于岩石试样中心对称方式设岩石试样上下。两个第二压头以关于岩石试样中心对称的方式设岩石试样左右。第一压头包括设凹槽部的第一压头主体。压力组件一部分容纳在凹槽部。压力组件包括橡胶囊和垫板，橡胶囊通过垫板向岩石试样施加压力。第一压头主体设的第一渗流网路凹槽和垫板设的第二渗流网路凹槽内的渗流介质向岩石试样施加渗透压。三轴试验机向岩石试样施加侧向围压、轴压和高温。其有益效果是，该测试装置结合三轴试验机，能够在高温高压条件下对岩石试样开展真三轴直剪破裂渗流试验，并且实用性和可靠性较高。

技术领域

本发明涉及岩石实验技术领域，尤其涉及一种高温高压真三轴直剪破裂渗流耦合测试装置及使用方法。

背景技术

岩土工程的资源开采和能源开发包括核废料处理、二氧化碳封存、深井灌注、地热能生产和油气生产等。随着浅层岩土工程的资源不断利用，岩土工程的开采深度不断增加。深部岩土工程的基本赋存环境为高温三向高应力高流体压力环境，为更好的提高深部岩土工程开采和开发时的安全性，避免流体介质注入岩石裂隙内诱发地震和CO₂及储气库泄露等情况造成的人员伤亡和工期延误，需要在高温-高渗透压-高应力（THM）的多场耦合作用下，精确预测和描述流体介质流经岩石的裂隙网路，即精确预测和描述岩石开采和开发时流体介质流入岩石裂隙时的渗流状况。

目前，针对流体介质流入岩石裂隙的渗透性研究中的岩石试样多为预破裂试样，如预先锯切或劈裂等方式产生的岩石碎块。但是这种对预破裂的岩石试样的渗透性研究试验中缺少影响渗流的重要因素：断裂产生的应力边界条件和磨损产物。因此，采用完整的岩石试样开展高温条件下的真三轴直剪渗流试验的试验结果会更加合理和精确。

为解决现有的渗透性试验中采用的岩石试样多为预破裂试样的问题，当前一些相关专利文献中采用真三轴直剪试验装置对完整的岩石试样开展高温条件下的真三轴直剪渗流试验，但仍存在各种亟需解决的问题。

专利号为CN108152149B的专利文献，借助于全刚的三轴试验机开展岩石真三轴直剪试验，但缺少温度场和渗流场，无法满足测试所需的高温和高渗透压环境。专利号为CN110658084B的专利文献，提供一种高刚度的岩石真三轴剪切试验机，用于高应力硬岩三轴直剪试验，但缺少温度场和渗流场，无法满足测试所需的高温和高渗透压环境。

因此，目前针对岩石试样的剪切测试装置无法为岩石真三轴直剪破裂测试提供高温和渗透压环境，无法满足同时为岩石试样提供高温-高渗透压-高侧向围压的多重耦合环境。

发明内容

（一）要解决的技术问题

鉴于现有技术的上述缺点、不足，本发明提供一种高温高压真三轴直剪破裂渗流耦合测试装置及使用方法，其解决了无法为岩石真三轴直剪破裂测试提供高温和高渗透压环境、无法满足同时对岩石试样进行高温-高渗透压-高侧向围压的多重耦合环境下的直剪破裂渗流耦合测试的技术问题。

（二）技术方案

为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：

第一方面，本发明实施例提供一种高温高压真三轴直剪破裂渗流耦合测试装置，包括两个第一压头和两个压力组件，两个所述第一压头和两个所述压力组件均分别以关于岩石试样中心对称的方式设置在所述岩石试样的上下两侧；

还包括两个第二压头，两个所述第二压头以关于所述岩石试样中心对称的方式设置在所述岩石试样的左右两侧；

所述第一压头为一体式构件，包括第一压头主体，所述第一压头主体靠近所述岩石试样的一端设有向内凹陷的凹槽部，所述凹槽部朝向所述岩石试样开放；

所述压力组件包括橡胶囊和垫板，所述橡胶囊和所述垫板容纳在所述凹槽部内，且沿着所述凹槽部的深度方向依次布置；所述橡胶囊为空腔结构，贴合所述凹槽部的底壁设置；所述垫板的一端贴合于所述岩石试样，另一端贴合于所述橡胶囊；