[发明专利]一种高温岩体裂隙剪切渗流换热试验系统

权利要求书

1.一种高温岩体裂隙剪切渗流换热试验系统，所述系统包括：岩石直剪试验机；其特征在于，所述系统还包括：

直剪盒，置于所述岩石直剪试验机的机架内，所述直剪盒内部形成一容纳试验岩样的密闭腔体；其中，所述试验岩样内部具有天然裂隙面；所述天然裂隙面为单裂隙面，呈水平分布，位于所述试验岩样高度的中部；所述试验岩样底部设置有与所述天然裂隙面垂直连通的注水孔；

法向力加载装置包括：轴向加载杆和轴向力传感器；所述轴向加载杆的一端垂直穿过上剪切盒，延伸至所述密闭腔体中；所述轴向加载杆的另一端高于所述上剪切盒的顶面；所述轴向加载杆与所述上剪切盒之间滑动连接，以在所述岩石直剪试验机的作用下以恒定位移速率或力加载速率向所述试验岩样施加法向力，并在目标压力下保持预设时间段，以使所述试验岩样在高温环境下充分受热；所述轴向加载杆的两侧还分别设置有第一位移传感器，用于实时检测所述轴向加载杆的位移变化；所述轴向力传感器设置于所述轴向加载杆的另一端，用于实时检测所述轴向加载杆对所述试验岩样所施加的法向力的大小变化；所述轴向力传感器和所述第一位移传感器均连接至控制器，以使所述控制器实时获取采集的法向力大小和位移变化数据；

剪切力加载装置包括：切向加载杆和剪切力传感器；所述切向加载杆的一端横向穿过下剪切盒，延伸至所述密闭腔体中；所述切向加载杆的另一端伸出于所述下剪切盒的外侧面；所述切向加载杆与所述下剪切盒之间滑动连接，以在所述岩石直剪试验机的作用下以恒定位移速率或力加载速率向所述试验岩样施加剪切力，并实时观测剪应力-剪切位移曲线变化关系,当所述曲线到达塑性区时，维持恒定剪应力不变；所述切向加载杆的两侧还分别设置有第二位移传感器，用于实时检测所述切向加载杆的位移变化；所述剪切力传感器设置于所述切向加载杆的另一端，用于实时检测所述切向加载杆对所述试验岩样所施加的剪切力的大小变化；所述剪切力传感器和所述第二位移传感器均连接至所述控制器，以使所述控制器实时获取采集的剪切力大小和位移变化数据；

加压装置，用于向所述密闭腔体内部注入预设气体，以使所述密闭腔体内部具有预设气压；其中，所述预设气压为所述直剪盒的密闭腔体提供一个高压压力环境，以保证高温作用下的密闭腔体内的注入水流不发生气化，进而稳定测量所述试验岩样的裂隙渗透率；

温度控制装置，用于对所述密闭腔体内部的所述预设气体进行加热，以使所述密闭腔体内部具有第一预设温度；

注水装置，用于通过所述注水孔向所述天然裂隙面注入具有第二预设温度的水，以使注入的水向所述天然裂隙面的四边辐射渗流；所述直剪盒的壁面设置有与所述注水孔连通的注水口；所述注水装置还用于以恒定的加载速率由所述注水口向所述试验岩样底部增加水压，同步观测所述天然裂隙面在水压增大时的剪切位移变化，当剪切位移产生明显变化时维持水压不变；当所述天然裂隙面达到新的力学平衡时，继续以所述恒定加载速率增加水压，以诱发新的剪切滑移，以此反复进行试验；

出水采集装置，用于对从所述天然裂隙面的四边渗流出的水的流量进行采集测量，获得所述天然裂隙面每条边的实时出水量；所述注水装置包括：注液泵和预热器；所述注液泵经由所述预热器连接至所述注水口；所述预热器与所述注水口之间还设置有第二压力传感器；所述注液泵、所述预热器和所述第二压力传感器均连接至所述控制器；所述直剪盒的壁面还设置有与所述密闭腔体连通的出水口；所述出水采集装置设置有多套，每套所述出水采集装置包括：背压阀、冷却器和电子天平；所述出水口依次经由所述背压阀、所述冷却器连接至所述电子天平；所述出水口与所述背压阀之间还设置有第三压力传感器；所述冷却器、所述电子天平和所述第三压力传感器均连接至所述控制器；

其中，在试验过程中，由所述注水孔注入所述试验岩样的水向裂隙四边辐射流动，流入各条边的水经所述出水口流出密闭腔体，由于所述背压阀的压力限制，流出的水仍保持液态，而后经所述冷却器冷却，之后可通过所述电子天平对瞬态出水量进行测量；

控制器，与所述法向力加载装置、所述剪切力加载装置、所述加压装置、所述温度控制装置、所述注水装置和所述出水采集装置连接，用于监控各装置的动作，并对各装置采集到的数据进行处理；

所述控制器还用于：采集试验过程中的法向应力和剪切应力的变化、法向位移及剪切位移变化，绘制裂隙剪切应力-剪切位移曲线、法向位移-剪切位移曲线，并基于所述天然裂隙面每条边的实时出水量，计算所述天然裂隙面的实时水力开度和实时各向异性渗透率，以获得表征所述天然裂隙面在注水剪切过程中的演化特征的关键参数。