真三轴岩石渗流试验加载装置及试验系统制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种真三轴岩石渗流试验加载装置及系统，其由底板、基板、可在横向动力装置驱动下横向移动的横向加载板、可分别在纵向动力装置和横向加载板的驱动下纵向和横向移动的纵向加载板、及可在纵向加载板的驱动下纵向移动的随动板共同围成顶部开口的腔室，并由垂向加载板通过弹性密封部将腔室封闭形成与岩石试样相适的密封空间，且底板、基板、纵向加载板、横向加载板、随动板以及垂向加载板中的至少两个设有水口，分别通连变频渗流加载装置的进水端和排水端。本发明专利技术能准确模拟岩石在真实环境中受渗流作用下的应力应变关系等力学特性提供准确的实验数据，以使后续可更准确地对变频渗流诱发断层滑移问题进行更深入的试验验证。

【技术实现步骤摘要】
真三轴岩石渗流试验加载装置及试验系统
本专利技术涉及地热开采的岩石力学试验
，特别涉及一种基于地热开采的真三轴岩石渗流试验加载装置试验系统。
技术介绍
以化石燃料为基础构建的能源结构对人类赖以生存的环境产生了越来越大的不良影响，为减少对化石燃料为基础构建的能源结构的依赖。贮存在地球内部的可再生地热资源的开发逐渐成为热门。目前世界上开采和利用地热资源主要是水热型地热，干热岩（HotDryRock，简称HDR）作为传统水热型地热的延伸，由于具有环境友好性、清洁、可再生和空间分布的广泛性等特性，而被认为是21世纪最有潜力的新型能源。当前，往深部干热岩热源地层注水进行热交换已经成为地热开采中的关键技术。但近年来地热开采诱发地震的案例频发，经地震学研究表明，在特定形式的荷载和地下水渗流共同作用下，会引起断层失稳，并诱发断层滑移，甚至导致地震或工程灾害，上述科学问题的核心本质即变频渗流诱发断层滑移问题。因而，将变频渗流诱发断层滑移的机理研究清楚，对实际的地热开采具有重要的指导意义。上述科学问题的研究过程中需开展试验对理论模型进行验证，试验一般通过真三轴试验系统进行，但现有部分真三轴试验系统（例如英国GDS公司生产的动静态真三轴测试系统（简称GDSTTA））的三个轴向均采用刚性平板加载，每个轴向施加正应力的平板的刚性大，当试样发生较大变形后，与试样接触的刚性板必然产生相互的刚性抵触而制约它们进一步运动，这就影响了三个轴向的加载和变形，导致加载边界条件无法成功模拟。还有部分真三轴试验系统的加载方式为X、Y两个方向使用机械加载装置，第三个轴方向由液体以围压方式提供压力。虽然解决了加载边界条件问题，但由于提供围压的液体与试样直接接触，无法再对岩石试样进行渗流（因为渗流试验要求试样处于单一渗流作用的环境中）。因此现有的真三轴试验系统无法准确模拟岩石在真实环境中受渗流作用下的应力应变关系等力学特性，从而难以对变频渗流诱发断层滑移问题进行更深入的试验验证。
技术实现思路
本专利技术的主要目的是提出一种真三轴岩石渗流试验加载装置试验系统，旨在准确模拟出在地热开采过程中岩体受三轴方向荷载和变频渗流作用下的力学特性并提供准确的实验数据。为实现上述目的，本专利技术提出一种真三轴岩石渗流试验加载装置，包括：水平设置的底板；纵向加载板和基板，所述纵向加载板和所述基板纵向平行间隔分布，基板的底部固定于底板且基板和底板的结合处密封，所述纵向加载板活动设于底板顶面并可在纵向动力装置的驱动下相对基板纵向移动，纵向加载板与底板的结合处通过第一密封件密封；横向加载板和随动板，所述横向加载板和所述随动板横向平行间隔分布于底板顶面，横向加载板与底板的顶面和基板的内壁可活动相连，并可在横向动力装置的驱动下沿底板的顶面和基板的内壁横向移动，横向加载板与底板和基板的结合处通过第二密封件和第三密封件密封，所述纵向加载板与横向加载板相邻的一端可纵向移动连接于横向加载板的内壁且结合处通过第四密封件密封，当横向加载板横向移动时可驱动纵向加载板横向移动，所述纵向加载板的内壁与随动板远离基板的一侧可横向移动连接，所述随动板的内壁与基板远离横向加载板的一侧可纵向移动连接；当纵向加载板纵向移动时可驱动随动板纵向移动，所述随动板与底板、纵向加载板和基板的结合处分别通过第五密封件、第六密封件和第七密封件密封，所述底板、基板、纵向加载板、横向加载板、随动板围成顶部开口的腔室；以及垂向加载板，所述垂向加载板设于腔室的开口处，垂向加载板的边缘延伸出与腔室的内壁弹性密封相抵的弹性密封部，以将腔室的顶部封闭形成与岩石试样相适的密封空间，垂向加载板可在垂向动力装置的驱动下垂向沿腔室垂向移动；所述底板、基板、纵向加载板、横向加载板、随动板以及垂向加载板中的至少两个设有水口，分别用于通连变频渗流加载装置的进水端和排水端。本专利技术还提出了一种真三轴岩石渗流试验系统，包括：加载装置，所述加载装置为上述加载装置；动力装置，所述动力装置包括用于驱动横向加载板横向移动的横向动力装置、用于驱动纵向加载板纵向移动的纵向动力装置以及用于驱动垂向加载板垂向移动的垂向动力装置；变频渗流加载装置，所述变频渗流加载装置将水经进水端从与进水端通连的水口注入密封空间，并流经岩石试样后，经与排水端通连的水口流出封闭空间；位移传感器，所述位移传感器用于监测横向加载板、纵向加载板和垂向加载板的相应位移；压力传感器，所述压力传感器用于监测横向加载板、纵向加载板和垂向加载板加载于岩石试样的相应压力；温度传感器，所述温度传感器用于监测岩石试样的温度水压传感器、流量传感器和流速传感器，所述水压传感器、流量传感器和流速传感器分别用于监测变频渗流的水压、流速和流量；以及数据采集系统，用于采集并记录位移传感器、压力传感器、温度传感器、水压传感器、流量传感器和流速传感器监测到的相应数据，并调节变频渗流加载装置的注水频率和振幅。本专利技术技术方案由底板、基板、可在横向动力装置驱动下横向移动的横向加载板、可分别在纵向动力装置和横向加载板的驱动下纵向和横向移动的纵向加载板、以及可在纵向加载板的驱动下纵向移动的随动板共同围成顶部开口的腔室，并由装于腔室的顶部开口处的垂向加载板通过弹性密封部将腔室封闭形成与岩石试样相适的密封空间。同时，底板、基板、纵向加载板、横向加载板、随动板以及垂向加载板中的至少两个设有水口，分别用于通连变频渗流加载装置的进水端和排水端。试验过程中，横向动力装置、纵向动力装置和垂向动力装置根据试验需求同步或者分步驱使横向加载板、纵向加载板和垂向加载板做出相应的移动，以对岩石试样同步或者分步加载横向、纵向以及垂向的荷载，且在加载的过程中，由于垂向加载板边缘延伸出的弹性密封部具有较好的弹性伸缩性，因而，当岩石试样产生较大变形后，垂向加载板的边缘延伸出的弹性密封部受压同步弹性收缩，不会在试验过程中对纵向加载板、横向加载板、随动板的移动产生制约，从而不会出现因刚性抵触而制约它们相互之间进一步运动的问题，并使封闭空间始终保持密封状态。同时，变频渗流加载装置将水经进水端从与进水端通连的水口注入密封空间，并流经岩石试样后，经与排水端通连的水口流出封闭空间，以对岩石试样进行变频渗流作用；最终使试验能准确模拟岩石在真实环境中受渗流作用下的应力应变关系等力学特性提供准确的实验数据，以使后续可更准确地对变频渗流诱发断层滑移问题进行更深入的试验验证。附图说明图1为本专利技术真三轴岩石渗流试验加载装置的立体示意图一；图2为本专利技术真三轴岩石渗流试验加载装置的立体示意图二；图3为本专利技术真三轴岩石渗流试验系统的示意图。具体实施方式下面将结合附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。需要说明，若本专利技术实施例中有涉及方本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种真三轴岩石渗流试验加载装置，其特征在于，包括：/n水平设置的底板；/n纵向加载板和基板，所述纵向加载板和所述基板纵向平行间隔分布，基板的底部固定于底板且基板和底板的结合处密封，所述纵向加载板活动设于底板顶面并可在纵向动力装置的驱动下相对基板纵向移动，纵向加载板与底板的结合处通过第一密封件密封；/n横向加载板和随动板，所述横向加载板和所述随动板横向平行间隔分布于底板顶面，横向加载板与底板的顶面和基板的内壁可活动相连，并可在横向动力装置的驱动下沿底板的顶面和基板的内壁横向移动，横向加载板与底板和基板的结合处通过第二密封件和第三密封件密封，所述纵向加载板与横向加载板相邻的一端可纵向移动连接于横向加载板的内壁且结合处通过第四密封件密封，当横向加载板横向移动时可驱动纵向加载板横向移动，所述纵向加载板的内壁与随动板远离基板的一侧可横向移动连接，所述随动板的内壁与基板远离横向加载板的一侧可纵向移动连接；当纵向加载板纵向移动时可驱动随动板纵向移动，所述随动板与底板、纵向加载板和基板的结合处分别通过第五密封件、第六密封件和第七密封件密封，所述底板、基板、纵向加载板、横向加载板、随动板围成顶部开口的腔室；以及/n垂向加载板，所述垂向加载板设于腔室的开口处，垂向加载板的边缘延伸出与腔室的内壁弹性密封相抵的弹性密封部，以将腔室的顶部封闭形成与岩石试样相适的密封空间，垂向加载板可在垂向动力装置的驱动下沿腔室垂向移动；所述底板、基板、纵向加载板、横向加载板、随动板以及垂向加载板中的至少两个设有水口，分别用于通连变频渗流加载装置的进水端和排水端。/n...

【技术特征摘要】
1.一种真三轴岩石渗流试验加载装置，其特征在于，包括：
水平设置的底板；
纵向加载板和基板，所述纵向加载板和所述基板纵向平行间隔分布，基板的底部固定于底板且基板和底板的结合处密封，所述纵向加载板活动设于底板顶面并可在纵向动力装置的驱动下相对基板纵向移动，纵向加载板与底板的结合处通过第一密封件密封；
横向加载板和随动板，所述横向加载板和所述随动板横向平行间隔分布于底板顶面，横向加载板与底板的顶面和基板的内壁可活动相连，并可在横向动力装置的驱动下沿底板的顶面和基板的内壁横向移动，横向加载板与底板和基板的结合处通过第二密封件和第三密封件密封，所述纵向加载板与横向加载板相邻的一端可纵向移动连接于横向加载板的内壁且结合处通过第四密封件密封，当横向加载板横向移动时可驱动纵向加载板横向移动，所述纵向加载板的内壁与随动板远离基板的一侧可横向移动连接，所述随动板的内壁与基板远离横向加载板的一侧可纵向移动连接；当纵向加载板纵向移动时可驱动随动板纵向移动，所述随动板与底板、纵向加载板和基板的结合处分别通过第五密封件、第六密封件和第七密封件密封，所述底板、基板、纵向加载板、横向加载板、随动板围成顶部开口的腔室；以及
垂向加载板，所述垂向加载板设于腔室的开口处，垂向加载板的边缘延伸出与腔室的内壁弹性密封相抵的弹性密封部，以将腔室的顶部封闭形成与岩石试样相适的密封空间，垂向加载板可在垂向动力装置的驱动下沿腔室垂向移动；所述底板、基板、纵向加载板、横向加载板、随动板以及垂向加载板中的至少两个设有水口，分别用于通连变频渗流加载装置的进水端和排水端。


2.如权利要求1所述的真三轴岩石渗流试验加载装置，其特征在于：所述横向加载板通过导轨和滑槽的配合可横向移动装于底板和/或基板；所述纵向加载板与横向加载板相邻的一侧通过导轨和滑槽的配合可纵向滑动装于横向加载板的内壁；纵向加载板的内壁面通过导轨和滑槽的配合可横向移动装于随动板与其相邻的一侧；所述随动板的内壁通过导轨和滑槽的配合可纵向移动装于基板与其相邻的一侧。


3.如权利要求2所述的真三轴岩石渗流试验加载装置，其特征在于：第二密封件和第三密封件固设于横向加载板并可随横向加载板纵向移动；所述第一密封件和第四密封件固设于纵向加载板上并可随纵向加载板纵向移动；所述第五密封件和第六密封件固设于随动板，第七密封件固设于基板。


4.如权利要求1所述的真三轴岩石渗流试验加载装置，其特征在于：弹性密封部通过粘接、嵌设、卡扣结构连接或者螺钉结构连...

【专利技术属性】
技术研发人员：党文刚，黄林冲，刘建坤，叶皆显，马建军，陈俊鹏，
申请(专利权)人：中山大学，
类型：发明
国别省市：广东;44