[发明专利]用于模拟力-热-液耦合环境的真三轴直剪试验盒及方法

说明书

本发明公开了一种用于模拟力‑热‑液耦合环境的真三轴直剪试验盒及方法，包括直剪盒和位于所述直剪盒内试件仓，直剪盒包括密封压盖装置、加载压头装置、滑动压板装置、液压装置及加热装置，加载压头装置包括垂直加载压头、水平加载压头及剪切压头，滑动压板装置包括上滑动压板和侧滑动压板，上滑动压板位于所述的垂直加载压头的下方，上滑动压板可沿垂直加载压头相对滑动；侧滑动压板设置有六个，可沿着水平加载压头、剪切压头相对滑动；所述的液压装置包括液压油进口和液压油出口；加热装置包括加热槽和加热丝。本发明有效的模拟了千米以下的岩体环境，真实反映了力‑热‑液耦合环境下岩体剪切破坏特征。

技术领域

本发明涉及一种用于模拟力-热-液耦合环境的大尺寸真三轴直剪试验盒及方法，尤其是一种可模拟干热岩开发过程中所处的高温、高地压及高水压环境的大尺寸真三轴直剪试验盒及试验方法。

背景技术

中国是世界上地热资源储量较大的国家，地热资源以其极高的清洁性，运行稳定性和空间分布的广泛性成为世界各国重点研究和开发的新型清洁能源。中国陆地3～10km深处干热岩资源约为中国目前年度能源消耗总量的26万倍。地热能开发有规划专门明确指出要积极探索和开发干热岩的各项技术，因此进一步系统研究干热岩储层裂隙在力-热-液耦合环境及注水压力下的剪切破坏及裂纹传播特征，深入研究干热岩岩体剪切裂纹形成机制，是突破干热岩开发技术瓶颈亟需解决关键技术难题，对我国未来的节能减排和环境污染治理以及新一轮的能源结构调整具有重要的理论价值和实践指导意义。

然而传统的直剪试验装置还存在以下不足之处：

(1)对试件进行剪切试验的同时无法施加三向应力，或者无法解决试件滑动位移；(2)难以进行高压地压、高水压和高温度的耦合环境下的剪切试验，装置的密封性能往往不能得到保障；(3)传统直剪试验试样的尺寸往往小于7mm，其剪切试验结果难以反应真实干热岩岩体；(4)传统直剪试验盒无法实现对试验过程的声发射监测。

CN204807547U公开了一种应力渗流耦合真三轴剪切盒，主要是小尺寸真三轴直剪-渗流试验，该装置无法满足大尺寸岩体剪切试验的条件，亦没有考虑高温度、高液压的问题。

CN103743633B公开了一种流固耦合煤岩剪切-渗流试验装置，主要是用于煤岩剪切-渗流试验，该装置无法满足真三轴加载、力-热-液耦合条件。

综上所述，现有技术中的试验装置还没有解决真三轴加压活动剪切、力-热-液耦合模拟和大尺寸试样等技术问题。因此，本领域相关研究人员致力于开发一种用于模拟力-热-液耦合环境的大尺寸真三轴直剪试验盒。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于模拟力-热-液耦合环境的真三轴直剪试验盒及试验方法，该真三轴直剪试验盒既能够推动岩石试件上下两部分相对剪切，还能够进行大尺寸试样的直剪试验、保证岩石试样周边受到恒定三向应力，恒定的高应力、高温度和高水压环境，同时可以实现对剪切试验全过程的声发射监测，更能体现出岩石在地下受到复杂外力断裂时剪切裂纹动态演化特征和滑移破坏特征。

本发明的任务之一在于提供一种用于模拟力-热-液耦合环境的真三轴直剪试验盒，其技术解决方案包括：

一种用于模拟力-热-液耦合环境的真三轴直剪试验盒，包括直剪盒和位于所述直剪盒内试件仓，所述的试件仓内用于放置混凝土剪切块和剪切试样，所述的混凝土剪切块包括上部剪切块和下部剪切块，所述的上部剪切块和下部剪切块之间为所述的剪切试样；

所述的直剪盒包括密封压盖装置、加载压头装置、滑动压板装置、液压装置及加热装置，所述的密封压盖装置为一框形结构，其由上部压盖、侧面压盖、加热压盖和底部压盖组成，其中相邻的压盖之间紧密连接；

所述的加载压头装置包括垂直加载压头、水平加载压头及剪切压头，所述的垂直加载压头位于所述的上部压盖上，所述的水平加载压头位于所述的侧面压盖上，所述的剪切压头位于所述的加热压盖上；