[发明专利]一种高温低摩擦岩石直接剪切渗流耦合试验装置及方法

权利要求书

1.一种高温低摩擦岩石直接剪切渗流耦合试验装置，其特征在于，包括剪切盒装置、渗流系统、密封组件以及岩石渗流过程监测系统；

所述剪切盒装置包括设置在岩样外部的下剪切盒、上剪切盒和法向传力板，所述下剪切盒和上剪切盒均内嵌有对岩样进行加热的加热棒，所述上剪切盒与岩样之间设置有封水件，以防止岩样内的水外溢；

所述渗流系统设置于封水件和下剪切盒，用于对岩样进行高压水渗流；

所述密封组件设置于岩样外侧，实现岩样在全密封环境下试验；

所述岩石渗流过程监测系统包括沿渗流方向均匀布置的若干个渗流压力监测管路，所述渗流压力监测管路设置有用于采集渗流水压的压力计，以实现渗流水压的梯级监测。

2.根据权利要求1所述的高温低摩擦岩石直接剪切渗流耦合试验装置，其特征在于，还包括岩石破裂及变形信息监测系统，所述岩石破裂及变形信息监测系统包括用于采集岩样法向位移的法向变形测量装置、用于采集岩样切向位移的切向变形测量装置以及用于采集岩样破裂信息的声发射传感器，所述声发射传感器设置于法向传力板的内部。

3.根据权利要求2所述的高温低摩擦岩石直接剪切渗流耦合试验装置，其特征在于，所述法向变形测量装置包括设置于上剪切盒上方的变形测量传感器一以及设置于下剪切盒下方的法向支架，所述法向支架的顶部与变形测量传感器一相连，变形测量传感器一采集岩样法向位移；所述切向变形测量装置包括设置于上剪切盒侧面的变形测量传感器二以及设置于下剪切盒侧面的切向支架，所述切向支架的端部与变形测量传感器二相连，变形测量传感器二采集岩样的切向位移。

4.根据权利要求1或2所述的高温低摩擦岩石直接剪切渗流耦合试验装置，其特征在于，所述下剪切盒与上剪切盒滑动配合连接。

5.根据权利要求1或2所述的高温低摩擦岩石直接剪切渗流耦合试验装置，其特征在于，所述下剪切盒与上剪切盒的连接处设置有切向减摩滚珠排，所述上剪切盒与封水件之间设置有法向减摩滚珠排。

6.根据权利要求1或2所述的高温低摩擦岩石直接剪切渗流耦合试验装置，其特征在于，所述渗流系统包括设置于封水件的若干个渗流入水口以及设置于下剪切盒的若干个渗流出水口，所述渗流入水口和渗流出水口分别位于岩样中部的两侧，所述渗流入水口与高压水进入管路相连，以实现岩样的高压水渗流试验。

7.根据权利要求1或2所述的高温低摩擦岩石直接剪切渗流耦合试验装置，其特征在于，所述密封组件包括密封条、密封胶条一、密封胶条二和密封胶条三；所述密封条设置于下剪切盒顶部，并且所述密封条的下方设置有密封水压管；所述密封胶条一设置于封水件与岩样之间，防止岩样内部高压水从岩样上部溢出；所述密封胶条二设置于封水件与上剪切盒之间，防止上剪切盒运动过程中岩样内部的高压水溢出；所述密封胶条三设置于下剪切盒顶部环形槽内，并位于密封条的外侧，防止岩样内部的高压水溢出。

8.根据权利要求1或2所述的高温低摩擦岩石直接剪切渗流耦合试验装置，其特征在于，还包括依次设置于下剪切盒下方的定位块和支撑平台，所述定位块设置于支撑平台的中心。

9.一种高温低摩擦岩石直接剪切渗流耦合试验方法，采用权利要求1所述的高温低摩擦岩石直接剪切渗流耦合试验装置，其特征在于，包括如下步骤：

S1、试验装置准备，将试验装置整体装配完成，并在密封水压管中通入高压水，进行密封；

S2、将试验装置放置于压力试验机上，通过加热棒加热岩样至设定温度，在高压水进入管路通入高压水，在岩样切向和法向进行应力加载，进行高温剪切渗流试验；

试验过程中，变形测量传感器一采集岩样的法向位移、变形测量传感器二采集岩样的切向位移、声发射传感器采集岩样的破裂信号、压力计采集渗流水压。

10.根据权利要求9所述的高温低摩擦岩石直接剪切渗流耦合试验方法，其特征在于，所述步骤S1包括：

S1.1、将密封水压管和密封条依次放入下剪切盒的顶部凹槽内，将下剪切盒顶部的环形槽内涂满密封胶形成密封胶条三；

S1.2、将上剪切盒与下剪切盒滑动配合安装，并在上剪切盒与下剪切盒的连接处放置切向减摩滚珠排；

S1.3、将岩样放入下剪切盒内；

S1.4、将封水件的外侧凹槽内涂满密封胶形成密封胶条二，再将封水件套在岩样外侧；在上剪切盒与封水件之间放置法向减摩滚珠排，将封水件内壁与岩样之间涂满密封胶形成密封胶条一；

S1.5、将内置有声发射传感器的法向传力板放置在岩样的顶部；

S1.6、分别将法向变形测量装置、切向变形测量装置、高压水进入管路和岩石渗流过程监测系统安装在剪切盒装置上。