本发明专利技术涉及地质储层岩体复杂结构面真三维应力剪切实验方法，包括括以下步骤：S1，制备具有结构面角度的试样；S2，使6个压头分别与试样的6个面接触；S3，将X、Z向四个正应力加载压头缓慢同步加载至预设应力；S4，保持X、Z向正应力不变，采用位移加载模式，利用Y向两个剪切力加载压头对试样缓慢加载，直至试样发生失稳破裂；S5，卸载三向应力、保持数据；S6，将试样取出，观察试样的破裂形态，对试样结构面进行扫描分析。本申请实现了深部地质储层岩体结构面在三维地应力下的剪切破裂、滑移失稳特性测试，利于探究不同赋存环境下岩石剪切滑移失稳灾变行为与机理，对于工程安全维护、地质灾害预警防治、深地资源高效开发等意义重大。
1、在实际深部工程中，由于地质构造、工程扰动等影响，储层岩体通常含有大量弱结构面、节理、裂隙等；在高应力赋存环境下，岩体发生破裂失稳，弱结构面在失稳过程中起关键作用，且主要是在剪切应力下的破断滑移失稳，因此探明深部地质储层岩体结构面在三维地应力下的剪切破裂、滑移失稳特性对于工程安全维护、地质灾害预警防治、深地资源高效开发等意义重大。
3、本申请提供的地质储层岩体复杂结构面真三维应力剪切实验方法，采用了储层岩体真三维应力下剪切试验装置，该装置包括三轴六向加载系统和6个方向的压头，x、y、z轴方向各一对压头，其中x轴、z轴方向的两对压头为正应力加载压头，y轴方向的一对压头为剪切力加载压头；
4、三轴六向加载系统包括6个方向的液压缸2，6个压头的前端为矩形，分别用于与试样的6个面接触；6个压头的后端分别用于与其中一个方向的液压缸的伸缩杆件对接；压头上安装或者不安装声发射探头，声发射探头与声发射监测系统连接；
>6、s1，制备具有结构面的试样，并采用三维激光扫描系统对结构面形貌进行精细扫描并定量表征；所述结构面的角度与剪切力加载压头的剪切角度适配；s2，使6个液压缸的伸缩杆件分别接触其中一个压头的后端对接，6个压头的前端分别与试样的其中一个面接触；7、每对压头之间分别设有位移传感器来检测试样的变形量，位移传感器与位移监测系统连接；
8、s3，二维正应力加载：将x、z向四个正应力加载压头缓慢同步加载至预设应力；
9、s4，剪切应力加载：保持x、z向正应力不变，采用位移加载模式，利用y向两个剪切力加载压头对试样缓慢加载，直至试样发生失稳破裂；
10、s5，卸载三向应力、保持数据；
11、s6，将受载后的试样取出；
12、s7，观察试样的破裂形态，对试样结构面进行扫描分析。
13、可选的，所述剪切力加载压头包括固定压块和活动压块，所述固定压块前端面开有与活动压块适配的安装槽，活动压块活动装于安装槽中，在活动压块的后方安装有弹簧来支撑活动压块；在不受外部压力时，活动压块前端面与固定压块前端面齐平，在受外部压力时活动压块可压缩弹簧向后移动；压头上安装或者不安装声发射探头。
14、可选的，所述固定压块上开有轴向限位引导孔，轴向限位引导孔前端贯穿安装槽，轴向限位引导孔后端贯穿固定压块的后端面；轴向螺杆装在轴向限位引导孔中并与轴向限位引导孔间隙配合，轴向螺杆前端与活动压块后端的螺纹孔连接，轴向限位引导孔为台阶孔，当轴向螺杆后端的螺帽与轴向限位引导孔的内台阶相抵时，活动压块不可继续向前移动。
15、所述s1具体包括：
16、首先，制备立方体试样；
17、然后，根据剪切角度，采用线切割在立方体试样的z向、y向四个面加工预制缝；
18、随后，利用压力机将楔形压头嵌入预制缝进行加载，使立方体试样沿着剪切角度破裂，从而形成一定复杂粗糙程度的结构面；
19、然后，将含结构面的试样精加工成标准立方体试样，获得试样。
20、可选的，s1中还包括：在试样的z向、x向四个面均匀涂抹机械黄油，随后用锡箔纸沿着z向、x向四个面进行包裹，再次用机械黄油均匀涂抹在锡箔纸外层。
21、可选的，储层岩体真三维应力下剪切试验装置还包括减磨连接构件，所述正应力加载压头后端通过减磨连接构件与对应的液压缸伸缩杆件对接；
22、减磨连接构件包括前承载部件、后承载部件和多个滑动杆件，前承载部件用于与压头对接，后承载部件用于与液压杆件对接；前承载部件与后承载部件滑动连接，二者可在第一方向相对滑动一端距离，所述第一方向与其对应的压头的轴向垂直；滑动杆件设于前承载部件与后承载部件之间。
23、可选的，所述前承载部件包括矩形的前承载板，前承载板前端面的中央有第一连接部，第一连接部用于与压头对接，前承载板后端面的两侧分别设有前扣接部；
24、所述后承载部件包括后承载板，所述后承载板后端面的中央设于第二连接部，第二连接部用于液压杆件对接；后承载板前端面的两侧分别设有后扣接部；
25、所述前扣接部与后扣接部中，其中一者上有沿所述第一方向贯通的凹槽，另一者上有与所述凹槽适配的凸起部，凸起部可操作地从沿第一方向装入所述凹槽中，实现前扣接部与后扣接部的扣接，防止二者在轴向方向分离；同时使后承载板与前承载板之间形成一定高度的空间；
26、所述滑动杆件为圆柱形，多个滑动杆件沿第一方向排列放置于后承载板与前承载板之间的空间中。
27、可选的，所述减磨连接构件还包括限位部件，限位部件所述包括中间的限位平板以及限位平板两端的限位翼板，所述限位平板挡在后承载板与前承载板之间的空间处可防止滑动杆件从后承载板与前承载板之间滚出；限位翼板用于限制后承载部件与前承载部件的相对滑动距离。
28、可选的，s2包括：将试样沿垂直结构面方位的面放置于下部压头上，然后将上部压头放置于试样上方，调整z向两个压头位置，确保试样位于中心位置；
29、将z向两个液压缸的伸缩杆件分别与z向两个压头对接，并调整位置使试样位于中间位置；随后调整x向两个压头与试样左、右表面接触，使试样处于水平中心位置；
30、将y向两个液压缸的伸缩杆件分别与y向两个压头对接，使y向两个压头缓慢接触试样，调整位置使试样处于y向水平中心位置；
31、缓慢调整三轴六向加载系统，使试样位于中心位置，设置位移限位保护参数，设置每一步加载参数和控制模式，其中x、y、z三个方向其中一个压头为主动控制，对应地另一个压头为位移追踪控制模式；打开位移监测系统和声发射监测系统。
32、可选的，s3中：采用应力加载模式，将x、z向四个压头同步加载至预设应力；保持一段时间后，保持x向应力值不变，增加z向应力值至预设应力。
33、相对于现有技术，本申请至少具有如下有益效果：
34、本申请实现了深部地质储层岩体结构面在三维地应力下的剪切破裂、滑移失稳特性测试，利于探究不同赋存环境下岩石剪切滑移失稳灾变行为与机理，对于工程安全维护、地质灾害预警防治、深地资源高效开发等意义重大。
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【技术保护点】
1.地质储层岩体复杂结构面真三维应力剪切实验方法，其特征在于，采用了储层岩体真三维应力下剪切试验装置，储层岩体真三维应力下剪切试验装置包括三轴六向加载系统和6个方向的压头(4)，X、Y、Z轴方向各一对压头(4)，其中X轴、Z轴方向的两对压头(4)为正应力加载压头，Y轴方向的一对压头(4)为剪切力加载压头；
2.根据权利要求1所述的地质储层岩体复杂结构面真三维应力剪切实验方法，其特征在于，所述剪切力加载压头包括固定压块(41)和活动压块(42)，所述固定压块(41)前端面开有与活动压块(42)适配的安装槽，活动压块(42)活动装于安装槽中，在活动压块(42)的后方安装有弹簧(43)来支撑活动压块(42)；在不受外部压力时，活动压块(42)前端面与固定压块(41)前端面齐平，在受外部压力时活动压块(42)可压缩弹簧(43)向后移动；压头(4)上安装或者不安装声发射探头(40)。
3.根据权利要求2所述的地质储层岩体复杂结构面真三维应力剪切实验方法，其特征在于，所述固定压块(41)上开有轴向限位引导孔(46)，轴向限位引导孔(46)前端贯穿安装槽，轴向限位引导孔(46)后端贯穿固定压块(41)的后端面；轴向螺杆(45)装在轴向限位引导孔(46)中并与轴向限位引导孔(46)间隙配合，轴向螺杆(45)前端与活动压块(42)后端的螺纹孔连接，轴向限位引导孔(46)为台阶孔，当轴向螺杆(45)后端的螺帽与轴向限位引导孔(46)的内台阶(47)相抵时，活动压块(42)不可继续向前移动。
4.根据权利要求1所述的地质储层岩体复杂结构面真三维应力剪切实验方法，其特征在于，所述S1具体包括：
5.根据权利要求1或4所述的地质储层岩体复杂结构面真三维应力剪切实验方法，其特征在于，S1中还包括：在试样(10)的Z向、X向四个面均匀涂抹机械黄油，随后用锡箔纸沿着Z向、X向四个面进行包裹，再次用机械黄油均匀涂抹在锡箔纸外层。
6.根据权利要求1所述的地质储层岩体复杂结构面真三维应力剪切实验方法，其特征在于，储层岩体真三维应力下剪切试验装置还包括减磨连接构件(5)，所述正应力加载压头后端通过减磨连接构件(5)与对应的液压缸(2)伸缩杆件对接；
7.根据权利要求6所述的地质储层岩体复杂结构面真三维应力剪切实验方法，其特征在于，所述前承载部件(51)包括矩形的前承载板(512)，前承载板(512)前端面的中央有第一连接部(511)，第一连接部(511)用于与压头(4)对接，前承载板(512)后端面的两侧分别设有前扣接部(513)；
8.根据权利要求7所述的地质储层岩体复杂结构面真三维应力剪切实验方法，其特征在于，所述减磨连接构件(5)还包括限位部件(54)，限位部件(54)所述包括中间的限位平板(541)以及限位平板(541)两端的限位翼板(542)，所述限位平板(541)挡在后承载板(522)与前承载板(512)之间的空间处可防止滑动杆件(53)从后承载板(522)与前承载板(512)之间滚出；限位翼板(542)用于限制后承载部件(52)与前承载部件(51)的相对滑动距离。
9.根据权利要求1所述的地质储层岩体复杂结构面真三维应力剪切实验方法，其特征在于，S2包括：
10.根据权利要求1所述的地质储层岩体复杂结构面真三维应力剪切实验方法，其特征在于，S3中：采用应力加载模式，将X、Z向四个压头(4)同步加载至预设应力；保持一段时间后，保持X向应力值不变，增加Z向应力值至预设应力。
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【技术特征摘要】
1.地质储层岩体复杂结构面真三维应力剪切实验方法，其特征在于，采用了储层岩体真三维应力下剪切试验装置，储层岩体真三维应力下剪切试验装置包括三轴六向加载系统和6个方向的压头(4)，x、y、z轴方向各一对压头(4)，其中x轴、z轴方向的两对压头(4)为正应力加载压头，y轴方向的一对压头(4)为剪切力加载压头；
2.根据权利要求1所述的地质储层岩体复杂结构面真三维应力剪切实验方法，其特征在于，所述剪切力加载压头包括固定压块(41)和活动压块(42)，所述固定压块(41)前端面开有与活动压块(42)适配的安装槽，活动压块(42)活动装于安装槽中，在活动压块(42)的后方安装有弹簧(43)来支撑活动压块(42)；在不受外部压力时，活动压块(42)前端面与固定压块(41)前端面齐平，在受外部压力时活动压块(42)可压缩弹簧(43)向后移动；压头(4)上安装或者不安装声发射探头(40)。
3.根据权利要求2所述的地质储层岩体复杂结构面真三维应力剪切实验方法，其特征在于，所述固定压块(41)上开有轴向限位引导孔(46)，轴向限位引导孔(46)前端贯穿安装槽，轴向限位引导孔(46)后端贯穿固定压块(41)的后端面；轴向螺杆(45)装在轴向限位引导孔(46)中并与轴向限位引导孔(46)间隙配合，轴向螺杆(45)前端与活动压块(42)后端的螺纹孔连接，轴向限位引导孔(46)为台阶孔，当轴向螺杆(45)后端的螺帽与轴向限位引导孔(46)的内台阶(47)相抵时，活动压块(42)不可继续向前移动。
4.根据权利要求1所述的地质储层岩体复杂结构面真三维应力剪切实验方法，其特征在于，所述s1具体包括：
5.根据权利要求1或4所述的地质储层岩体复杂结构面真三维应力剪...
【专利技术属性】
技术研发人员：鲁俊，谢和平，李存宝，高恒，李铭辉，高明忠，
申请(专利权)人：深圳大学，
类型：发明
国别省市：
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