本发明专利技术提供一种适用于三轴压力室的裂隙剪切-渗流耦合试验系统及试验方法，该系统包括裂隙剪切装置、岩石常规三轴压缩装置、渗透压力伺服装置、流量测量装置以及数据采集处理装置，所述裂隙剪切装置包括用于放置裂隙试样的上置裂隙剪切装置和下置裂隙剪切装置以及封水胶套和封水箍；所述上置、下置裂隙剪切装置结构相同，主要由刚性剪切垫片、L型柔性剪切垫片、圆形透水钢片、半圆形透水钢片依次顺序相连构成；所述裂隙试样、上置裂隙剪切装置和下置裂隙剪切装置由封水胶套封装，并由封水箍固定在压力活塞和底座之间。本发明专利技术可完成岩石裂隙在不同法向荷载条件下的剪切-渗流耦合试验，试验过程操作简单，结果可靠，并可直观显示结果。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于岩体渗流-应力耦合
，特别涉及一种适用于三轴压力室的裂 隙剪切-渗流耦合试验系统及试验方法。
技术介绍
我国高水头抽水蓄能电站、页岩气开采、地下水封油库、地热资源开发、二氧化碳 封存及高放核废料地质处置等大规模工程建设，均普遍涉及复杂环境下裂隙岩体水-力耦 合这一关键科学问题。因此，正确描述裂隙及裂隙岩体的渗透特性既是进行水-力耦合分 析的关键环节，又是水-力耦合研究领域的难点所在。 裂隙岩体是经历长期地质改造作用过的，包含众多不同规模和特征的裂隙，并赋 存于一定物理环境中的各向异性地质体。由于岩块较为坚硬且渗透性较低，岩体的变形主 要发生在裂隙中，且裂隙及其连通网络是岩体地下水运移的主要通道。一方面，裂隙在复杂 应力作用下承受着挤压、剪切等变形，导致其表面张开、接触、磨损或闭合，从而改变其几何 特征和渗流流态，并进一步影响其渗流特性；另一方面，裂隙渗流及其产生的水压力将引起 裂隙有效应力和强度的降低，进而影响裂隙岩体的力学性质，从而使得岩体工程的稳定性 在很大程度上取决于裂隙的渗流特性。因此，裂隙中的流体流动具有显著的非线性和尺度 效应等特征，并与赋存环境和岩体变形存在复杂的耦合作用。 岩体裂隙剪切_渗流室内试验研究对于揭示裂隙的渗流特性及其在荷载作用下 的渗透特性演化机制、建立并验证渗透特性演化的理论模型具有不可替代的作用。目前，国 内外学者研发了大量的裂隙剪切-渗流耦合试验装置，但裂隙应力_渗流耦合试验需实现 在应力作用下的渗流过程，因而对试验条件和边界条件的要求十分苛刻。然而，目前传统的 裂隙剪切-渗流耦合试验装置普遍存在封水效果不理想、所施加的渗透压力难以满足高压 涉水岩体工程的要求（地下水压力达到1000m)以及复杂荷载条件下非线性渗流试验难以 实现的问题。导致上述问题的原因是：目前传统的裂隙剪切_渗流耦合试验装置均是采用 岩石剪切试验机改造而成，这种试验机主要部件为长方体剪切盒，裂隙试样安置于该剪切 盒中，剪切盒两侧采用充满液压油的橡胶囊进行封水，在剪切试验过程中，剪切盒的上盒与 下盒发生一定相对位移，此时很难保证剪切盒两侧的密封效果，从而导致该裂隙剪切-渗 流耦合试验装置的封水效果不理想；正因为剪切盒两侧的密封效果不佳，而渗透压一旦较 高，裂隙两侧就更容易发生渗漏，从而导致该裂隙剪切-渗流耦合试验装置很难将渗透压 力施加至较高值；而非线性渗流试验只能在高渗透压下才会出现，剪切盒两侧的密封效果 不佳进一步导致该裂隙剪切-渗流耦合试验装置难以实现复杂荷载条件下非线性渗流试 验。
技术实现思路
本专利技术的主要目的是提供一种适用于三轴压力室的裂隙剪切-渗流耦合试验系 统，旨在解决传统的剪切-渗流试验装置存在的封水效果不理想、高渗透压力的施加难以 实现以及复杂荷载条件下非线性渗流试验难以实现的问题，并给出了前述系统的试验方 法。 -种适用于三轴压力室的裂隙剪切-渗流耦合试验系统，包括裂隙剪切装置、岩 石常规三轴压缩装置、渗透压力伺服装置、流量测量装置以及数据采集处理装置； 所述裂隙剪切装置包括用于放置裂隙试样的上置裂隙剪切装置和下置裂隙剪切 装置以及封水胶套和封水箍；所述上置裂隙剪切装置放置于裂隙试样上端面，所述下置裂 隙剪切装置放置于裂隙试样下端面；所述上置、下置裂隙剪切装置以及裂隙试样均为圆柱 形；所述上置、下置裂隙剪切装置结构相同，主要由刚性剪切垫片、L型柔性剪切垫片、圆形 透水钢片、半圆形透水钢片依次顺序相连构成；所述裂隙试样、上置裂隙剪切装置和下置裂 隙剪切装置由封水胶套封装，并由封水箍固定在压力活塞和底座之间； 所述岩石常规三轴压缩装置、所述渗透压力伺服装置、所述流量测量装置分别与 所述裂隙剪切装置连接； 所述岩石常规三轴压缩装置、所述渗透压力伺服装置、所述流量测量装置还分别 与所述数据采集处理装置连接。 在上述的用于三轴压力室的裂隙剪切-渗流耦合试验系统，所述岩石常规三轴压 缩装置包括第一液压阀门、第二液压阀门、第四液压阀门、第五液压阀门、轴压伺服高精度 液压栗、围压伺服高精度液压栗、轴压传感器、围压传感器、千斤顶、压力活塞、三轴压力室、 底座、流体回收容器；所述轴压伺服高精度液压栗、轴压传感器、第四液压阀门、千斤顶依次 顺序连接，所述围压伺服高精度液压栗、围压传感器、第五液压阀门依次顺序连接；三轴压 力室上端通过压力活塞与千斤顶连接，左端与第五液压阀门相连，右端通过第一液压阀门、 下端通过第二液压阀门分别与流体回收容器相连；三轴压力室底部的底座与剪切装置连 接；轴压伺服高精度液压栗、轴压传感器、围压伺服高精度液压栗、围压传感器还分别与数 据采集处理装置连接。 在上述的用于三轴压力室的裂隙剪切-渗流耦合试验系统，所述渗透压力伺服装 置包括供水钢瓶、水阀、渗压伺服高精度液压栗、第六液压阀门、渗透压力传感器、渗透进口 管道以及渗透出口管道；所述供水钢瓶、水阀、渗压伺服高精度液压栗、第六液压阀门、渗透 压力传感器、渗透进口管道依次顺序相连；所述渗透进口管道前与渗透压力传感器连接后 与下置裂隙剪切装置连接，渗透出口管道前与上置裂隙剪切装置连接后与流量测量装置连 接，渗透出口管道通过裂隙试样与渗透进口管道连接；渗压伺服高精度液压栗、渗透压力传 感器还分别与数据采集处理装置连接。 在上述的用于三轴压力室的裂隙剪切-渗流耦合试验系统，其特征在于：所述上 置裂隙剪切装置与压力活塞下端连接，所述上置裂隙剪切装置的圆形透水钢片通过压力活 塞与千斤顶连接，所述上置裂隙剪切装置的圆形透水钢片还与渗透出口管道相连；所述下 置裂隙剪切装置与底座上端连接，所述下置裂隙剪切装置的圆形透水钢片与底座相连，所 述下置裂隙剪切装置的圆形透水钢片还与渗透进口管道相连；所述上置裂隙剪切装置的半 圆形透水钢片与下置裂隙剪切装置的半圆形透水钢片通过放置于两者之间的裂隙试样相 连。 在上述的用于三轴压力室的裂隙剪切-渗流耦合试验系统，其特征在于：所述流 量测量装置包括第三液压阀门和高精度自动电子天平；所述第三液压阀门上与渗透出口管 道相连、下与高精度自动电子天平连接，高精度自动电子天平与数据采集处理装置连接。 在上述的用于三轴压力室的裂隙剪切-渗流耦合试验系统，所述数据采集处理装 置包括计算机采集及处理系统。 -种适用于三轴压力室的裂隙剪切-渗流耦合试验体统的试验方法，其特征在 于，包括以下步骤：步骤1，取样装样：钻取砖Ommx 100mm标准岩石试样，采用改进巴西劈裂法生成 裂隙，将制备好的裂隙试样端部放置裂隙剪切装置，并放入封水胶套中装样； 步骤2,三轴室充油：装样完成后，合上三轴室，然后依次打开第五液压阀门和第 一液压阀门，给三轴压力室充液压油，以驱赶三轴压力室里面的空气，液压油通过管道形成 循环，说明三轴压力室已经充满，此时关闭第一液压阀门； 步骤3,力学加载：三轴压力室充油满后，通过围压伺服高精度液压栗将三轴压力 室内压力施加至预定法向压力值，然后打开轴压伺服高精度液压栗给千斤顶里面的气缸施 加液压，然后通过压力活塞把剪切压力值施加到裂隙试样；剪切压力加载可以选用位移、轴 向应变率、常压力梯度和变应力梯度四种方式控制，为了开展剪切过程中的渗流实验，在剪 切压力加载时先采用轴向本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种适用于三轴压力室的裂隙剪切‑渗流耦合试验系统，其特征在于，包括裂隙剪切装置、岩石常规三轴压缩装置、渗透压力伺服装置、流量测量装置以及数据采集处理装置；所述裂隙剪切装置包括用于放置裂隙试样(5)的上置裂隙剪切装置和下置裂隙剪切装置以及封水胶套(7)和封水箍(9)；所述上置裂隙剪切装置放置于裂隙试样(5)上端面，所述下置裂隙剪切装置放置于裂隙试样(5)下端面；所述上置、下置裂隙剪切装置以及裂隙试样(5)均为圆柱形；所述上置、下置裂隙剪切装置结构相同，主要由刚性剪切垫片(2)、L型柔性剪切垫片(6)、圆形透水钢片(3)、半圆形透水钢片(12)依次顺序相连构成；所述裂隙试样(5)、上置裂隙剪切装置和下置裂隙剪切装置由封水胶套(7)封装，并由封水箍(9)固定在压力活塞(29)和底座(30)之间；所述岩石常规三轴压缩装置、所述渗透压力伺服装置、所述流量测量装置分别与所述裂隙剪切装置连接；所述岩石常规三轴压缩装置、所述渗透压力伺服装置、所述流量测量装置还分别与所述数据采集处理装置连接。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：陈益峰，胡少华，周佳庆，胡冉，周创兵，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42
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