[发明专利]真三轴岩石渗流试验加载装置及试验系统

说明书

本发明公开了一种真三轴岩石渗流试验加载装置及系统，其由底板、基板、可在横向动力装置驱动下横向移动的横向加载板、可分别在纵向动力装置和横向加载板的驱动下纵向和横向移动的纵向加载板、及可在纵向加载板的驱动下纵向移动的随动板共同围成顶部开口的腔室，并由垂向加载板通过弹性密封部将腔室封闭形成与岩石试样相适的密封空间，且底板、基板、纵向加载板、横向加载板、随动板以及垂向加载板中的至少两个设有水口，分别通连变频渗流加载装置的进水端和排水端。本发明能准确模拟岩石在真实环境中受渗流作用下的应力应变关系等力学特性提供准确的实验数据，以使后续可更准确地对变频渗流诱发断层滑移问题进行更深入的试验验证。

技术领域

本发明涉及地热开采的岩石力学试验技术领域，特别涉及一种基于地热开采的真三轴岩石渗流试验加载装置试验系统。

背景技术

以化石燃料为基础构建的能源结构对人类赖以生存的环境产生了越来越大的不良影响，为减少对化石燃料为基础构建的能源结构的依赖。贮存在地球内部的可再生地热资源的开发逐渐成为热门。目前世界上开采和利用地热资源主要是水热型地热，干热岩（Hot Dry Rock，简称HDR）作为传统水热型地热的延伸，由于具有环境友好性、清洁、可再生和空间分布的广泛性等特性，而被认为是21世纪最有潜力的新型能源。

当前，往深部干热岩热源地层注水进行热交换已经成为地热开采中的关键技术。但近年来地热开采诱发地震的案例频发，经地震学研究表明，在特定形式的荷载和地下水渗流共同作用下，会引起断层失稳，并诱发断层滑移，甚至导致地震或工程灾害，上述科学问题的核心本质即变频渗流诱发断层滑移问题。因而，将变频渗流诱发断层滑移的机理研究清楚，对实际的地热开采具有重要的指导意义。

上述科学问题的研究过程中需开展试验对理论模型进行验证，试验一般通过真三轴试验系统进行，但现有部分真三轴试验系统（例如英国GDS公司生产的动静态真三轴测试系统（简称GDSTTA））的三个轴向均采用刚性平板加载，每个轴向施加正应力的平板的刚性大，当试样发生较大变形后，与试样接触的刚性板必然产生相互的刚性抵触而制约它们进一步运动，这就影响了三个轴向的加载和变形，导致加载边界条件无法成功模拟。还有部分真三轴试验系统的加载方式为X、Y两个方向使用机械加载装置，第三个轴方向由液体以围压方式提供压力。虽然解决了加载边界条件问题，但由于提供围压的液体与试样直接接触，无法再对岩石试样进行渗流（因为渗流试验要求试样处于单一渗流作用的环境中）。因此现有的真三轴试验系统无法准确模拟岩石在真实环境中受渗流作用下的应力应变关系等力学特性，从而难以对变频渗流诱发断层滑移问题进行更深入的试验验证。

发明内容

本发明的主要目的是提出一种真三轴岩石渗流试验加载装置试验系统，旨在准确模拟出在地热开采过程中岩体受三轴方向荷载和变频渗流作用下的力学特性并提供准确的实验数据。

为实现上述目的，本发明提出一种真三轴岩石渗流试验加载装置，包括：

水平设置的底板；

纵向加载板和基板，所述纵向加载板和所述基板纵向平行间隔分布，基板的底部固定于底板且基板和底板的结合处密封，所述纵向加载板活动设于底板顶面并可在纵向动力装置的驱动下相对基板纵向移动，纵向加载板与底板的结合处通过第一密封件密封；

横向加载板和随动板，所述横向加载板和所述随动板横向平行间隔分布于底板顶面，横向加载板与底板的顶面和基板的内壁可活动相连，并可在横向动力装置的驱动下沿底板的顶面和基板的内壁横向移动，横向加载板与底板和基板的结合处通过第二密封件和第三密封件密封，所述纵向加载板与横向加载板相邻的一端可纵向移动连接于横向加载板的内壁且结合处通过第四密封件密封，当横向加载板横向移动时可驱动纵向加载板横向移动，所述纵向加载板的内壁与随动板远离基板的一侧可横向移动连接，所述随动板的内壁与基板远离横向加载板的一侧可纵向移动连接；当纵向加载板纵向移动时可驱动随动板纵向移动，所述随动板与底板、纵向加载板和基板的结合处分别通过第五密封件、第六密封件和第七密封件密封，所述底板、基板、纵向加载板、横向加载板、随动板围成顶部开口的腔室；以及