[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

说明书

一种高温低摩擦岩石直接剪切渗流耦合试验装置及方法，属于岩石室内加载试验技术领域。所述高温低摩擦岩石直接剪切渗流耦合试验装置包括剪切盒装置、用于进行高压水渗流的渗流系统、实现岩样在全密封环境下试验的密封组件以及实现渗流水压梯级监测的岩石渗流过程监测系统，剪切盒装置包括下剪切盒、上剪切盒，下剪切盒和上剪切盒均嵌有加热棒；所述高温低摩擦岩石直接剪切渗流耦合试验方法包括S1、试验装置准备；S2、进行高温剪切渗流试验。所述高温低摩擦岩石直接剪切渗流耦合试验装置及方法能够实现含结构面硬岩在完全密封环境下，保持高温恒定且保持高渗透压力长时加载能力，并实现岩石剪切过程破裂、变形及渗流信息的精确测量。

技术领域

本发明涉及岩石室内加载试验技术领域，特别涉及一种高温低摩擦岩石直接剪切渗流耦合试验装置及方法。

背景技术

地壳岩石常伴随着许多结构面、节理、断层等弱结构，且深部岩体赋存于高温及高水压环境，使得工程开挖过程常遇到结构面等引起的断裂型岩爆、塌方，甚至地震等影响人员、设备安全的灾害。研究弱结构对岩石破坏的影响，对于预测深部岩体灾害预测具有重要意义。

结构面对岩石剪切滑移破坏影响过程一般通过直接剪切试验获得。岩石直接剪切试验必须通过剪切盒装置实现。现有剪切盒装置只能进行法向应力和切向应力下的剪切滑移试验，即使考虑温度，也是通过在剪切盒外部进行加热实现，导致剪切盒内岩石温度并未达到设定的温度。另外，剪切试验过程中的摩擦力会影响试验结果的准确性。与此同时，岩石剪切渗流过程只能测量入水口和出水口岩石水压，导致岩石剪切渗透破坏过程难以认知。

因此，亟需一种能够实现高温高水压高应力下岩石剪切过程破裂、变形及渗流信息的精确测量的试验装置及方法。

发明内容

为了解决现有技术存在的技术问题，本发明提供了一种高温低摩擦岩石直接剪切渗流耦合试验装置及方法，能够实现含结构面硬岩在完全密封环境下，保持高温恒定且保持高渗透压力长时加载能力，实现高温高水压高应力下岩石剪切过程破裂、变形及渗流信息的精确测量。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种高温低摩擦岩石直接剪切渗流耦合试验装置，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。

进一步的，所述高温低摩擦岩石直接剪切渗流耦合试验装置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。

进一步的，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。

进一步的，所述下剪切盒与上剪切盒滑动配合连接。

进一步的，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。