[发明专利]全应力空间加载的岩石真三轴剪切渗流试验装置及方法

说明书

一种全应力空间加载的岩石真三轴剪切渗流试验装置及方法，属于岩石室内加载试验技术领域。所述全应力空间加载的岩石真三轴剪切渗流试验装置包括剪切盒装置、高压水渗流系统和密封组件，剪切盒装置包括扣合在岩石试样外部的上剪切盒和下剪切盒，用于实现岩石试样的全应力空间加载，高压水渗流系统设置于所述剪切盒装置，用于实现岩石试样的高压水渗流，密封组件设置于所述剪切盒装置，用于实现高压水渗流过程中的密封。所述全应力空间加载的岩石真三轴剪切渗流试验装置及方法能够用于开展硬岩的真三轴剪切渗流试验，实现岩石全应力空间加载及高压水渗流过程中流体完全密封的效果。

技术领域

本发明涉及岩石室内加载试验技术领域，特别涉及一种全应力空间加载的岩石真三轴剪切渗流试验装置及方法。

背景技术

近来年，随着中国工程技术的快速发展，水利水电、矿山、石油存储等一大批深部岩体工程正在建设，深部岩体工程在建设过程中一直面临着较大的挑战，如岩爆、塌方、大变形等地质灾害时有发生。另外，深部岩体经历了漫长的地质作用，是由结构面及切割而成的岩块组成的复杂地质体，特别是高压水渗流作用下，节理、层理及裂隙等结构面岩体的力学行为将极其复杂，严重制约着深部工程的安全与稳定。

结构面的力学行为及渗流特性可以通过剪切渗流试验进行研究，且深部岩体处于三向不等应力状态(σ₁＞σ₂＞σ₃)，真三轴试验装置能够模拟真三向应力状态。通过高压真三轴剪切渗流试验开展结构面的剪切及渗流力学特性，有助于为揭示深部岩体破裂机制及有效控制工程地质灾害提供理论基础。

岩石的剪切试验一般通过剪切盒实现，而目前的剪切装置无法实现真三向应力的全应力空间加载，即立方体岩石试样的六个受力面无法全面积受载，在切向方向只有剪切位置受载，导致岩石在剪切过程中存在应力空白区，无法很好的模拟工程现场的真三向应力状态，导致岩石的剪切破裂机制和变形规律认知不准确。现有技术中，仅仅考虑了剪切方向与渗流方向一致的剪切渗流试验，并未考虑剪切方向与渗流方向非一致的剪切渗流试验，导致深部工程复杂条件下的岩石剪切渗流破坏机制认知不全面。另外，真三轴剪切渗流试验对装置的密封性要求极高，目前尚无能够用于全应力空间真三轴剪切渗流试验的装置。

因此，需要设计一种全应力空间加载的岩石真三轴剪切渗流装置，实现真三轴剪切试验过程中岩石全应力空间受载及渗流高压水的严格密封。

发明内容

为了解决现有技术存在的技术问题，本发明提供了一种全应力空间加载的岩石真三轴剪切渗流试验装置及方法，能够用于开展硬岩的真三轴剪切渗流试验，实现岩石全应力空间加载及高压水渗流过程中流体完全密封的效果。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种全应力空间加载的岩石真三轴剪切渗流试验装置，包括剪切盒装置、高压水渗流系统和密封组件；

所述剪切盒装置包括扣合在岩石试样外部的上剪切盒和下剪切盒，用于实现岩石试样的全应力空间加载；

所述高压水渗流系统设置于所述剪切盒装置，用于实现岩石试样的高压水渗流；

所述密封组件设置于所述剪切盒装置，用于实现高压水渗流过程中的密封。

进一步的，所述高压水渗流系统包括设置于下剪切盒的圆柱形腔一以及设置于上剪切盒的圆柱形腔二，所述圆柱形腔一的开口端为渗流进水口，圆柱形腔一的侧壁与若干个渗流进水管路连通，高压水从渗流进水口进入圆柱形腔一，再从渗流进水管路的出水端流出，在岩石试样中部进行高压水渗流；所述圆柱形腔二的开口端为渗流出水口，圆柱形腔二的侧壁与若干个渗流出水管路连通，岩石试样渗出端的高压水从渗流出水管路的进水端进入圆柱形腔二，再从渗流出水管路的出水口流出。

进一步的，所述上剪切盒和下剪切盒均为长方形盒体结构。