[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

说明书

本发明公开了一种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，实现了岩体在高温高压下循环剪切过程中渗流特性的测试。本发明试样由两块半圆柱体一块岩石和岩石薄板组合而成；将基座与围压缸固连，将试样置于支架中，然后通过固定杆将岩石薄板与轴压头固连；将试样、支架和轴压头放入围压缸内腔，在试样和支架周围充填传压介质；通过围压头压缩传压介质向试样提供指定围压，并通过加热棒提供高温环境；孔隙流体经过试样中间的裂隙面流出；通过测量出气管流体参数，获得高温高压下岩体循环剪切过程中的渗流特性关系。本发明结构合理、操作简便，具有广泛适用性。

技术领域

本发明涉及一种岩石力学实验技术领域，尤其是一种适用于高温高压下岩体循环剪切渗流的实验装置及实验方法。

背景技术

循环剪切下节理岩体的热流固耦合特性是认知地震荷载作用下深层地热储层、核废料地下储层、火山带断层活化的重要依据之一。目前，针对高温高压下岩体的剪切渗流设备主要有两类即直接剪切设备和三轴压缩剪切设备。这两类设备可实现高温高压下的单程剪切渗流测试；但是由于结构缺陷，均不能实现高温高压下的循环剪切过程，更不能实现循环剪切过程中剪应力及渗流关系的测试。

发明内容

本发明的目的是针对上述问题，提供一种结构简单、操作方便、适用于高温高压下岩体循环剪切渗流的实验装置及实验方法。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种高温高压下测量岩体循环剪切渗流的实验装置，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；

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3，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；所述围压缸的底端通入有渗流通孔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。

试验时，所述围压头向下施加载荷，通过传压介质变成法向力，该法向力作用于支架并通过支架作用于左侧岩石、右侧岩石，使本发明的左侧岩石、右侧岩石在实验过程中作为法向受力部件，而上下往复运动的中间岩石作为剪切板与左侧岩石、右侧岩石形成剪切运动，而传压介质的外围设置有加热棒对实验空间的流体加热，实现高温高压下测量岩体循环剪切渗流的发明目的。

作为对上述技术方案的改进，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。

作为对上述技术方案的改进，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、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、轴压头通过穿过通孔d、通孔c的固定杆相连接。