[发明专利]一种复合煤岩体真三轴梯度应力加载渗流试验装置

说明书

一种复合煤岩体真三轴梯度应力加载渗流试验装置，属于岩石及岩体力学与工程技术领域范畴，该装置由真三轴伺服控制实时加载梯度应力装置、渗流装置、监测装置、集成控制装置，四大装置组成，可模拟真实地层的应力梯度条件，对复合煤岩试件进行模拟地层应力梯度加载；通过注入带压孔隙水或气体进行复合煤岩试件在地层应力梯度条件下的渗透性试验；通过监测装置全程监测试验过程中的力学特性及渗流特性，为地下复合煤岩体力学特性提供理论基础和实验依据。

技术领域：

本发明为一种复合煤岩体真三轴梯度应力加载渗流试验装置。属于岩石及岩体力学与工程技术领域范畴。通过真三轴多组相互独立油缸对复合煤岩试件目标层及其覆岩层分层施加水平梯度应力，实现模拟相邻煤岩层水平地应力梯度，揭示相邻煤岩层在地层应力梯度条件下的力学特征及渗流特征。为复合煤岩体力学特性及渗流特性提供理论基础和实验依据。

背景技术：

真三轴岩石力学试验机能较完整地模拟煤岩在原岩应力状态下的力学性能。岩石真三轴力学试验是研究岩石力学与岩石工程技术领域的重要手段之一。地下煤岩储层应力状态复杂，由于煤体本身的力学强度较覆岩层往往偏弱，导致其相邻煤岩层的水平地应力存在差异，需要从应力梯度的角度来研究复合煤岩体的力学性质。现有的真三轴岩石力学试验机大多通过单向油缸对单一煤岩材料实施单一应力加载进行研究，在垂直于水平方向的不同层位难以实现梯度应力加载。为了从梯度应力的角度更好的研究复合煤岩体试件的力学性能以及渗流特征，需要对现有的装置做进一步的改进。

发明内容：

本发明的一种复合煤岩真三轴应力梯度加载渗流试验装置，目的在于克服传统试验方法的缺陷与不足，根据地质资源赋存条件下邻近层力学性质差异导致的地应力梯度，公开一种模拟地下相邻煤岩层真三轴梯度应力加载条件下，复合煤岩体力学特性及渗流特性的先进、高效、直观、可靠和安全的试验装置。

一种复合煤岩体真三轴应力梯度加载渗流试验装置，包括渗流装置、监测装置、集成控制装置，还包括真三轴伺服控制实时加载梯度应力装置、所述的真三轴伺服控制实时加载梯度应力装置包括腔体、轴向加载油缸、水平方向独立的相互对应的侧向梯度应力加载油缸、侧向梯度应力传压板及顶部传压板；腔体内设置有顶部传压板、顶部多孔槽板、侧向梯度应力传压板、底部多孔槽板和底板，顶部传压板下方设置顶部多孔槽板，顶部多孔槽板下方左右两端均设置有侧向梯度应力传压板，侧向梯度应力传压板下方设置底部孔槽板，底部孔槽板下方设置有底板，顶部传压板上方设置有轴向加载油缸，轴向加载油缸另一端穿过腔体，顶部传压板上方设置有渗流管道，渗流管道穿过腔体连接至渗流装置，腔体底部设置有出口管道，出口管道依次穿过底部孔槽板、底板和腔体连接至出口流量采集装置，出口流量采集装置另一端连接至收集容器，侧向梯度应力传压板外侧端均设置有侧向梯度应力加载油缸，侧向梯度应力加载油缸另一端穿过箱体，轴向加载油缸和侧向梯度应力加载油缸均通过供油管路连接伺服油源，每条供油管路上均设置有伺服控制阀。

进一步的讲，侧向梯度应力加载油缸与侧向梯度应力传压板数量一致。

进一步的讲，底板上端和侧向梯度应力传压板接触处以及侧向梯度应力传压板内侧设置有上端开口的柔性耳式橡胶套。

进一步的讲，顶部传压板下端以及顶部传压板和侧向梯度应力传压板接触处设置有顶部密封橡胶垫。

进一步的讲，复合煤岩体试件设置在底板与侧向梯度应力传压板内。

进一步的讲，侧向梯度应力传压板及顶部传压板上均开设加热孔，通过温控加热棒可进行加热。