一种适用于节理或裂隙岩体的L型剪切渗流实验装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种适用于节理或裂隙岩体的L型剪切渗流实验装置，涉及岩石力学试验技术。本装置是：节理试样置于剪切模块内，剪切模块置于围压加载子系统内；径向变形测量计夹在节理试样的两侧；围压加载子系统通过管道和阀门与压缩空气源连接；轴向加载子系统、孔压加载子系统、温度控制子系统、控制测量子系统和真空子系统分别与围压加载子系统连接。该装置可以完成高温、高孔压作用下的剪切渗流实验，也可以测量剪切时的节理的渗透率；该装置采用了伺服电机及精密滚珠丝杠可以实现轴向位移的高精度控制，可长时间稳定的运行；采用了水下荷载传感器可以避免围压室活塞的摩擦力，提高了应力的测量精度。

【技术实现步骤摘要】
一种适用于节理或裂隙岩体的L型剪切渗流实验装置
本技术涉及岩石力学试验技术，尤其涉及一种适用于节理或裂隙岩体的L型剪切渗流实验装置。
技术介绍
岩体的力学特性和水力特性很大程度上取决于岩体中的节理或裂隙的力学和水力特性，而对节理或裂隙的剪切渗流实验是研究这些特性的重要手段。然而，目前现有的剪切渗流设备无法满足对深埋节理的力学和水力特性研究需要。因为深部岩体处于高温、高孔隙压的环境下，研究深埋节理的力学和水力特性需要模拟高温、高孔隙压的环境。当前现有的剪切渗流设备只适应于较低孔隙压作用下的剪切渗流实验，而且无法模拟地层的高温环境。因此很有必要研制出一种适用于高温、高孔隙压作用下的剪切渗流实验装置。基于现有的专利技术（多相流-应力耦合岩芯剪切试验装置及其方法：公开号CN106442172A）可以有效地解决节理或裂隙剪切过程中对高压孔隙流体的密封；基于现有的技术（适用于岩石剪切的弹簧片法向变形测量计：公开号CN206710225U）可以对剪切过程节理或裂隙径向变形进行测量。虽然这些装置和方法可以解决流体密封问题和径向测量问题，但不能独立地完成节理的剪切渗流实验，需要借助其他设备，如常规三轴实验机。而且这些外部设备的加载控制方式并不能很好地适应该剪切模块，且不一定能实现温度控制。因此，我们提出了这种基于专利技术（CN106442172A）适用于节理或裂隙岩体的L型剪切渗流实验装置及其方法。该专利技术采用了形如“L”的剪切垫块来对节理或裂隙岩体进行剪切，因此命名为L型剪切。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种适用于节理或裂隙岩体的L型剪切渗流实验装置，可以完成高温、高孔隙压作用下节理的剪切渗流实验及剪切时对节理渗透率的测定实验。本技术的目的是这样实现的：通过围压加载泵和围压室对节理可以施加围压，围压与节理的正应力相等；孔隙计量泵可以对节理注入高压孔隙流体；温控系统可以加温模拟高温环境；轴向加载系统对节理施加剪切应力并能精确控制剪切位移或剪切应力。采用水下荷载传感器内置于围压室内部可以直接测量剪切力的大小，避免了围压室活塞的摩擦力带来的实验误差；轴向LVDT可以测量剪切位移、径向变形传感器可以测量节理径向变形。具体地说：一、适用于节理或裂隙岩体的L型剪切渗流实验装置（简称装置）包括实验对象——节理试样；设置有6个子系统及其它组件；6个子系统包括围压加载子系统、轴向加载子系统、温度控制子系统、孔压加载子系统、控制测量子系统和真空子系统；其它组件包括剪切模块、径向变形测量计、压缩空气源和第1、2……8阀门；其位置和连接关系是：节理试样置于剪切模块内，剪切模块置于围压加载子系统内，径向变形测量计夹在节理试样的两侧；围压加载子系统通过管道和阀门与压缩空气源连接，通过施加围压为节理试样施加正应力，剪切模块实现节理试样的剪切错动；轴向加载子系统、温度控制子系统、孔压加载子系统、控制测量子系统和真空子系统分别与围压加载子系统连接；轴向加载子系统轴向压缩节理试样可施加剪切应力，并控制剪切位移；温度控制子系统通过控制液压油的温度，为节理试样施加稳定的温度场；孔压加载子系统将孔隙流体注入到节理试样中，保持恒定的孔隙压力或保持恒定流量；控制测量子系统分别与围压加载子系统、轴向加载子系统、温度控制子系统和孔压加载子系统连接，分别控制围压加载、轴向加载、温度和孔压加载；控制测量子系统和径向变形测量计连接，测量节理试样的法向变形；控制测量子系统和剪切模块中的内置位移传感器连接，测量节理试样的剪切位移；控制测量子系统还对上述的子系统进行数据的保存和处理；真空子系统与孔压加载子系统连接，实现孔压加载子系统的真空状态；压缩空气源与围压加载子系统连接，用来驱动液压油的转移。本技术具有下列优点和积极效果：①该装置可以完成高温、高孔压作用下的剪切渗流实验，也可以测量剪切时的节理的渗透率；②该装置采用了伺服电机及精密滚珠丝杠可以实现轴向位移的高精度控制，可长时间稳定地运行；③采用了水下荷载传感器可以避免围压室活塞的摩擦力，提高了应力的测量精度。附图说明图1是本装置的结构方框图；图2是本装置的结构示意图；图3是剪切模块70的结构示意图；图4是径向变形测量计80的结构示意图。图中：00—节理试样；10—围压加载子系统，11—储油罐，12—围压加载泵，13—围压压力传感器，14—围压室，14-1—活塞；20—轴向加载子系统，21—伺服电机，22—减速机，23—滚珠丝杠，24—反力杆，25—水下荷载传感器，26—位移传感器；30—温度控制子系统，31—温度传感器，32—加热棒，33—保温套；40—孔压加载子系统41—孔压计量泵，42—上游压力传感器，43—下游压力传感器，44—压差计；50—控制测量子系统51—PLC控制器，52—计算机；60—真空系统61—真空泵，62—真空表，63—真空容器；70—剪切模块，71—内置位移传感器，72—内置位移传感器支架，73—热缩套，74—剪切垫块，75—软胶塞；80—径向变形测量计；81—底座，82—变形簧片，83—应变片，84—U型支架；A—压缩空气源；V1、V2……V8—第1、2……8阀门。具体实施方式下面结合附图和实施例详细说明：一、装置1、总体如图1，本装置包括实验对象——节理试样00；设置有6个子系统及其它组件；6个子系统包括围压加载子系统10、轴向加载子系统20、温度控制子系统30、孔压加载子系统40、控制测量子系统50和真空子系统60；其它组件包括剪切模块70、径向变形测量计80、压缩空气源A和第1、2……8阀门V1、V2……V8；其位置和连接关系是：节理试样00置于剪切模块70内，剪切模块70置于围压加载子系统10内，径向变形测量计80夹在节理试样00的两侧；围压加载子系统10通过管道和阀门与压缩空气源A连接，通过施加围压为节理试样00施加正应力，通过轴向压缩剪切模块70实现节理试样00的剪切错动；轴向加载子系统20、温度控制子系统30、孔压加载子系统40、控制测量子系统50和真空子系统60分别与围压加载子系统10连接；轴向加载子系统20为节理试样00施加剪切应力，并控制剪切位移；温度控制子系统30通过控制液压油的温度，为节理试样00施加稳定的温度场；孔压加载子系统40将孔隙流体注入到节理试样00中，保持恒定的孔隙压力或保持恒定流量；控制测量子系统50分别与围压加载子系统10、轴向加载子系统20、温度控制子系统30和孔压加载子系统40连接，分别控制围压加载、轴向加载、温度和孔压加载；控制测量子系统50和径向变形测量计80连接，测量节理试样00的法向变形；控制测量子系统50和剪切模块70中的内置位移传感器71连接，测量节理试样00的剪切位移；控制测量子系统50还对上述的子系统进行数据的保存和处理；真空子系统60与孔压加载子系统30连接，实现孔压加载子系统30的真空状态；压缩空气源A与围压加载子系统10连接，用来驱动液压油的转移。2、功能部件0）节理试样00节理试样00是实验对象，其节理面沿其轴向。1）围压加载子系统10围压加载子系统10由储油罐11、围压加载泵12、围压压力传感器13和围压室14组成，储油罐11和围压加载泵12分别通过管路与围压室14相连接，在管路上设置有第1、2阀门本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种适用于节理或裂隙岩体的L型剪切渗流实验装置，包括实验对象节理试样(00)；其特征在于：设置有6个子系统及其它组件；6个子系统包括围压加载子系统(10)、轴向加载子系统(20)、温度控制子系统(30)、孔压加载子系统(40)、控制测量子系统(50)和真空子系统(60)；其它组件包括剪切模块(70)、径向变形测量计(80)、压缩空气源(A)和第1、2……8阀门(V1、V2……V8)；其位置和连接关系是：节理试样(00)置于剪切模块(70)内，剪切模块(70)置于围压加载子系统(10)内，径向变形测量计(80)夹在节理试样(00)的两侧；围压加载子系统(10)通过管道和阀门与压缩空气源(A)连接；轴向加载子系统(20)、温度控制子系统(30)、孔压加载子系统(40)、控制测量子系统(50)和真空子系统(60)分别与围压加载子系统(10)连接；真空子系统(60)与孔压加载子系统(40)连接；压缩空气源(A)与围压加载子系统(10)连接。

【技术特征摘要】
1.一种适用于节理或裂隙岩体的L型剪切渗流实验装置，包括实验对象节理试样(00)；其特征在于：设置有6个子系统及其它组件；6个子系统包括围压加载子系统(10)、轴向加载子系统(20)、温度控制子系统(30)、孔压加载子系统(40)、控制测量子系统(50)和真空子系统(60)；其它组件包括剪切模块(70)、径向变形测量计(80)、压缩空气源(A)和第1、2……8阀门(V1、V2……V8)；其位置和连接关系是：节理试样(00)置于剪切模块(70)内，剪切模块(70)置于围压加载子系统(10)内，径向变形测量计(80)夹在节理试样(00)的两侧；围压加载子系统(10)通过管道和阀门与压缩空气源(A)连接；轴向加载子系统(20)、温度控制子系统(30)、孔压加载子系统(40)、控制测量子系统(50)和真空子系统(60)分别与围压加载子系统(10)连接；真空子系统(60)与孔压加载子系统(40)连接；压缩空气源(A)与围压加载子系统(10)连接。2.按权利要求1所述的L型剪切渗流实验装置，其特征在于：所述的围压加载子系统(10)由储油罐(11)、围压加载泵(12)、围压压力传感器(13)和围压室(14)组成，储油罐(11)和围压加载泵(12)分别通过管路与围压室(14)相连接，在管路上设置有第1、2阀门(V1、V2)和围压压力传感器(13)，储油罐(11)的上端连接到压缩空气源(A)，围压室(14)上端接口通过第3阀门(V3)与压缩空气源(A)连接。3.按权利要求1所述的L型剪切渗流实验装置，其特征在于：所述的轴向加载子系统(20)由伺服电机(21)、减速机(22)、滚珠丝杠(23)、反力杆(24)、水下荷载传感器(25)和位移传感器(26)组成，伺服电机(21)、减速机(22)和滚珠丝杠(23)依次连接，通过反力杆(24)固定于围压室(14)的上部，水下荷载传感器(25)固定在围压室(14)内的活塞(14-1)的下端，位移传感器(26)的主体固定在反力杆(24)的上端，其行进端固定在滚珠丝杠(23)上。4.按权利要求1所述的L型剪切渗流实验装置，其特征在于：所述的温度控制子系统(30)...

【专利技术属性】
技术研发人员：李小春，张强，方志明，
申请(专利权)人：中国科学院武汉岩土力学研究所，
类型：新型
国别省市：湖北,42