[发明专利]高温高压下测量岩体循环剪切渗流的实验装置及实验方法

权利要求书

1.一种高温高压下测量岩体循环剪切渗流的实验装置，其特征在于：至少包括中部有空腔的围压缸，设置于围压缸中空内腔且支承试样的支架，设置于支架上的试样，设置于支架、试样外周且位于围压缸内周的传压介质，设置于传压介质上方并向传压介质施加载荷的围压头，还包括截面为倒T形结构的基座，所述围压缸的截面同样为倒T形结构；所述基座的中部形成使围压缸、传压介质、支架嵌入的阶梯凸台，所述传压介质为固定颗粒传压介质、固定粉末传压介质或是固定颗粒传压介质和固定粉末传压介质以任意比的混合物；

所述试样包括位于传压介质中空内腔两侧的左侧岩石、右侧岩石以及位于左侧岩石、右侧岩石之间可以上下往复运动的中间岩石；所述左侧岩石、右侧岩石设置在支架上时，所述围压头中空内腔设置有牵引中间岩石上下往复运动的轴压头，轴压头封闭围压缸的上端，所述围压缸的底端封闭，形成剪切渗流的实验空间；所述围压缸的底端连通有渗流通孔a，所述渗流通孔a的出口端位于试样的底端；所述轴压头设置有渗流通孔b，该渗流通孔b的流入端位于轴压头下方；所述传压介质的外围设置有加热棒；

所述支架包括截面为倒U形结构的试样座和截面为H型结构的试样架；所述试样架的中部设置有中间开设有连通槽的隔板，所述隔板将试样架相隔形成底部的用于安装左侧岩石、右侧岩石的安装腔和顶部的高压腔，所述连通槽使安装腔与高压腔相连通，所述左侧岩石、右侧岩石安装在试样架的安装腔内，所述中间岩石安装在左侧岩石、右侧岩石之间且从连通槽伸入到高压腔；所述试样座的顶端为平面，与试样架的底端平面接触，所述试样座的底部向内凹陷有嵌槽，所述试样座的中心设置有与渗流通孔a连通的连通通孔以贯通到试样架的安装腔；

所述左侧岩石、右侧岩石为半圆柱体岩石，所述中间岩石为岩石薄板，所述岩石薄板高于半圆柱体岩石；所述试样架的安装腔与围压头的中空内腔相适配，所述轴压头的外径与试样架的安装腔、围压头的中空内腔相适配，所述轴压头的底端在中间岩石的外周向下延伸环形的凸壁，所述凸壁形成通孔c，所述渗流通孔b与通孔c连通；所述中间岩石顶部设置有固定通孔d，所述中间岩石、轴压头通过穿过固定通孔d、通孔c的固定杆相连接；

所述渗流通孔a的进口端设置有进气管，所述进气管上设置有孔隙压高压泵；所述渗流通孔b的流出端设置有出气管。

2.如权利要求1所述的实验装置，其特征在于：所述基座的周部设置有若干个通孔a，所述围压缸的周部相应设置有若干个通孔b使基座、围压缸通过穿过通孔a、通孔b的螺栓固定连接以封闭围压缸、传压介质、支架的底端；所述基座设置有L形的渗流通孔a，该渗流通孔a的出口端位于基座阶梯凸台的顶端并与试样座的连通通孔连通。

3.如权利要求1所述的实验装置，其特征在于：所述围压缸的周部沿高度设置有若干个钻孔，所述加热棒安装在钻孔中；所述围压缸的周部沿径向设置有径向通孔，所述径向通孔设置有温度传感器。

4.如权利要求1所述的实验装置，其特征在于：所述支架高度大于试样与基座阶梯凸台的高度之和，所述传压介质充填高度大于支架高度。

5.一种如权利要求1至4中任一种高温高压下测量岩体循环剪切渗流的实验装置的实验方法，其特征在于：该实验方法的步骤是：

S1、首先预制一块圆柱体试样，将其分割成尺寸相同的两个半圆柱体岩石和一块岩石薄板；沿径向切割两个半圆柱体岩石，使得岩石薄板高度大于半圆柱体岩石高度；

S2、将两个半圆柱体岩石放置在支架两侧；

S3、将岩石薄板通过固定杆、通孔c和固定通孔d与轴压头固连；并将固连后的岩石薄板插入支架中央；

S4、通过螺栓、通孔a和通孔b，将围压缸与基座固连；然后将试样、支架和轴压头放置在基座中央；

S5、向围压缸内腔、支架和试样周围放入传压介质，传压介质高度大于支架高度；

S6、将加热棒、温度传感器分别放入围压缸的钻孔和径向通孔中；

S7、向围压缸内腔放入围压头，并通过压力试验机对围压头施加载荷，当达到设定载荷即停止继续加载，并保持设定载荷；

S8、通过加热棒按照设定温度梯度加热，并通过温度传感器监测温度值，当达到设定温度即停止继续加温，并保持设定温度；

S9、将进气管一端与基座渗流通孔a连接，另一端与孔隙压高压泵连接；

S10、将出气管一端与轴压头渗流通孔b连接，另一端与渗流监测系统连接；

S11、同时打开孔隙压高压泵与渗流监测系统；

S12、通过材料实验机对轴压头上部施加循环载荷，使轴压头牵动岩石薄板按照设定移动速度往复运动；

S13、通过渗流检测系统测量的出气管压力、流量情况，获得高温高压下岩体循环剪切渗流特性。