[发明专利]微机控制电液伺服岩石三轴动态剪切渗流耦合试验方法

说明书

一种微机控制电液伺服岩石三轴动态剪切渗流耦合试验方法，属于岩石力学与工程技术领域范畴，其特征在于所采用的试验装置由加载系统、密封系统、流体注入系统、声发射监测系统、变形监测系统和数据采集系统组成，本发明的用途及优点在于：不仅能够解决现有三轴压力室无法进行高围压及高渗透压下岩石大位移剪切渗流耦合的技术问题，能实现以该技术为基础的多种扩展功能。能实现剪切方向的力、位移和应变率的伺服控制加载，以及动态剪切过程中的多相流体的注入渗流。此外，本装置还配有温度控制系统，能对三轴压力室实施0~200℃间的恒温控制，进开展在温度作用下的岩石动态剪切渗流耦合特性等一系列扩展试验。

技术领域

本发明微机控制电液伺服岩石三轴动态剪切渗流耦合试验方法，属于岩石力学与工程技术领域范畴，主要用于不同温度作用及不同流体注入下的完整或单裂隙岩石的动态剪切渗流耦合特性的试验研究。

背景技术

在地下岩土工程中，岩体与地下水的相互作用往往决定着岩体工程的稳定性，而岩体在水力耦合作用下的剪切滑移失稳通常会导致重大地质灾害的产生，因此，深入研究岩体的剪切-渗流耦合特性及由此所导致的失稳规律对于解决地下岩体工程的稳定性有着至关重要的作用。

目前，国内外各专家对于岩体剪切-渗流耦合特性的研究并不多，其中最难以解决的问题便是剪切-渗流过程中存在的动密封问题，即难以保证水在岩石试件剪切错动过程中只沿裂隙上下面组成的不规则通道流动而不发生侧漏。因此，研制密封性较好的剪切渗流耦合设备是探究岩体水力耦合剪切渗流耦合失稳机理的基础。

目前，涉及剪切渗流耦合的装置及方法的中国发明专利主要有：山东科技大学的“一种岩石剪切渗流耦合真三轴试验系统”(CN 102607950 A)。山东科技大学的“一种围压作用下岩石裂隙剪切渗流耦合试验系统”(CN 102253185 A)。山东科技大学的“岩石裂隙剪切渗流耦合试验盒”(CN 202133661 U)。同济大学的“岩石节理剪切-渗流耦合试验系统”(CN 201237591 Y)。武汉大学的“适用于岩石节理剪切渗流耦合试验的剪切盒”(CN202903786 U)。太原理工大学的“一种高温高压下测量岩石剪切渗流的装置”(CN104596857 A)。然而，这些已有的节理剪切试验设备存在以下几点问题：1.试验设备的密封操作比较繁琐且密封效果难以达到试验的要求；2.这些试验技术多是基于岩石直剪试验机所改造的，即采用直剪盒进行剪切渗流试验，但由于直剪盒的上下盒体在剪切滑移过程中难以保证剪切方向的恒定，进而使得侧向的密封难以实现，尤其是难以实现较高的渗透压力的密封；3.传统的直剪盒都只考虑岩体的法向受力，而忽略了侧向受力压力，这使得岩体所处的应力状态和实际赋存状态严重不符；4.传统的直剪盒还未见有气体作为渗透介质的，使得试验功能单一。5.岩石的剪切位移都不是很大，这主要是因为剪切位移越大，裂隙岩石的密封性越差；6、没有可靠的监测设备对岩石剪切渗流过程进行监测，只单纯的依靠变形和流量的变化量来推测剪切-渗流特性，既不科学又不准确。

发明内容

本发明微机控制电液伺服岩石三轴动态剪切渗流耦合试验方法的目的在于：解决上述各试验方法存在的诸多缺陷及不足，为深入研究岩体的剪切-渗流特性提供强有力的监测手段，进而提供一种微机控制电液伺服岩石三轴动态剪切渗流耦合的试验方法及试验装置的技术方案。