本发明属于岩石力学的实验设备，具体涉及一种真三轴岩石剪切渗流实验装置。
背景技术：
岩石力学实验是研究岩石各种力学特性的重要手段，是支撑岩石力学发展的基础。岩石三向应力状态下的的剪切渗流是重大地质灾害研究的基础，如地震和滑坡产生的机理、能源资源开发中水力压裂诱发的断层活化机理等。然而，目前的剪切实验装置都是两向应力状态下的剪切，无法对真实地层的破坏过程进行模拟，无法对剪切过程中剪切缝的渗透性变化进行测试。因此，实现三轴应力状态下的剪切实验，解决在三轴应力状态下，对岩石剪切破坏以及渗流的实时测试，成为本领域的技术难题。
技术实现要素：
本发明的目的旨在克服现有技术的缺点，提供一种真三轴岩石剪切渗流实验装置，解决现有两向应力状态下的剪切实验装置，无法对真实地层的破坏过程进行模拟，无法对岩石剪切过程中渗透性变化实时测试的技术问题。
本发明是通过下面的技术方案实现的：
一种真三轴岩石剪切渗流实验装置，包括：框架，其特征在于：所述框架是由六个面组成的中空方形框架，在所述中空方形框架上从x、y、z三轴方向分别连接x轴加载油缸、y轴加载油缸和z轴加载油缸，所述x轴加载油缸有两个，对称设置在所述中空方形框架的x轴方向，所述y轴加载油缸有两个，对称设置在所述中空方形框架的y轴方向，所述z轴加载油缸设置在所述中空方形框架的z轴方向；两个所述x轴加载油缸分别与两个x轴加载板接触，两个所述y轴加载油缸分别与两个y轴加载板接触，所述z轴加载油缸与z轴加载板接触，所述z轴加载板有两个，另一个对称设置在所述中空方形框架与岩石试件之间；在所述z轴加载油缸上设置剪切油缸，在所述中空方形框架上与所述剪切油缸对称位置设置辅助剪切油缸，所述剪切油缸与剪切板接触，所述辅助剪切油缸与辅助剪切板接触；所述x轴加载板、y轴加载板、z轴加载板、剪切板、辅助剪切板和岩石试件的六个平面贴合组装后，放入由十二条棱边连接组成的胶套架中，并置于所述中空方形框架中心的加载室；所述中空方形框架的一侧设有环压注入孔，能使环压流体进入加载室，紧压胶套架；所述中空方形框架y轴方向的一侧设有渗流入口，另一侧设有渗流出口，与剪切方向处于同一平面的y轴加载板为多孔板。
进一步，所述z轴加载板与剪切板或辅助剪切板平行设置。
进一步，所述x轴加载油缸、y轴加载油缸和z轴加载油缸由伺服泵驱动，独立加载，通过pid维持压力恒定。
进一步，所述z轴加载油缸与所述剪切油缸联动。
本发明与现有技术相比，可实现岩石试件在三轴应力状态下进行剪切破坏测试。由于采用胶套架密封方式，通过环压包住加载板和剪切板，防止面与面之间串流，又保证刚性的将力传递到胶套上不损坏胶套，因此可保证岩石剪切过程中剪切方向渗流的测试，可模拟真实地层的破坏过程，为重大地质灾害研究提供科学依据。
本发明用于岩石力学实验，实现了在三轴应力状态下，对岩石剪切破坏以及渗流的实时测试，具有装置结构设计合理，实验操作方便，测试数据科学的优点。
附图说明
图1是一种真三轴岩石剪切渗流实验装置的结构示意图(侧视图)；
图2是图1的俯视图；
图3是胶套架的结构示意图。
其中：1-1为x轴加载油缸、1-2为y轴加载油缸、1-3为z轴加载油缸，2-1为剪切油缸、2-2为辅助剪切油缸，3为胶套架，4-1为x轴加载板、4-2为y轴加载板、4-3为z轴加载板、4-4为剪切板、4-5为辅助剪切板，5为中空方形框架，6为岩石试件，7为加载室，8为环压注入孔，9为渗流入口，10为渗流出口。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。
如图1、2所示，一种真三轴岩石剪切渗流实验装置，包括：框架，所述框架是由六个面组成的中空方形框架5，在所述中空方形框架5上从x、y、z三轴方向分别连接x轴加载油缸1-1、y轴加载油缸1-2和z轴加载油缸1-3，所述x轴加载油缸1-1有两个，对称设置在所述中空方形框架5的x轴方向，所述y轴加载油缸1-2有两个，对称设置在所述中空方形框架5的y轴方向，所述z轴加载油缸1-3设置在所述中空方形框架5的z轴方向；
两个所述x轴加载油缸1-1分别与两个x轴加载板4-1接触，两个所述y轴加载油缸1-2分别与两个y轴加载板4-2接触，所述z轴加载油缸1-3与z轴加载板4-3接触，所述z轴加载板4-3有两个，另一个对称设置在所述中空方形框架5与岩石试件6之间；
在所述z轴加载油缸1-3上设置剪切油缸2-1，在所述中空方形框架5上与所述剪切油缸2-1对称位置设置辅助剪切油缸2-2，所述剪切油缸2-1与剪切板4-4接触，所述辅助剪切油缸2-2与辅助剪切板4-5接触；
所述x轴加载板4-1、y轴加载板4-2、z轴加载板4-3、剪切板4-4、辅助剪切板4-5和岩石试件6的六个平面贴合组装后，放入由十二条棱边连接组成的胶套架3(参看图3)中，并置于所述中空方形框架5中心的加载室7；
所述中空方形框架5的一侧设有环压注入孔8，能使环压流体进入加载室7紧压胶套架3；
所述中空方形框架5的y轴方向一侧设有渗流入口9，另一侧设有渗流出口10，与剪切方向处于同一平面的y轴加载板4-2为多孔板。
所述z轴加载板4-3与剪切板4-4或辅助剪切板4-5平行设置。
所述x轴加载油缸1-1、y轴加载油缸1-2和z轴加载油缸1-3由伺服泵驱动，独立加载，通过pid维持压力恒定。
所述z轴加载油缸1-3与所述剪切油缸2-1联动。
本发明的使用方法：
①对辅助剪切油缸2-2加压，使其油缸端面与加载室7的内侧面处于同一平面；
②用x轴加载板4-1、y轴加载板4-2、z轴加载板4-3、剪切板4-4、辅助剪切板4-5将岩石试件6的六个平面围起来，表面贴合组装后，装入胶套架3中，并置于中空方形框架5中心的加载室7，检查加载室胶套架3的密封状况；
③对x轴加载油缸1-1、y轴加载油缸1-2和z轴加载油缸1-3，分别加载，使岩石试件6处于三维应力状态；
④从环压注入孔8注入环压流体，紧压胶套架3；
⑤增加剪切油缸2-1压力到设定值，保持剪切油缸压力不变，逐渐减小辅助剪切油缸2-2的压力，对岩石试件6进行剪切试验；
⑥测量剪切油缸2-1与辅助剪切油缸2-2的压力差和各自的位移量，得到岩石剪切破坏曲线；
⑦向渗流入口3-1注入恒定压力的流体，收集渗流出口3-2的流体并计量，实现岩石剪切过程中剪切方向渗流的测试。
本发明由三轴应力加载系统，剪切系统和渗流测试系统组成。
三轴应力加载系统包括三组正交安装的加载油缸与三组加载板，分别从x，y，z三个方向完成应力加载，模拟地层压力。加载油缸由伺服泵驱动，测定油缸的行程即为岩石试件的变形量，通过pid维持压力恒定，三组加载油缸独立加载。
剪切系统包括剪切油缸和辅助剪切油缸，剪切油缸将力传递到剪切板，辅助剪切板通过辅助剪切油缸来跟踪压力。与剪切油缸处于同一侧的加载油缸与剪切油缸之间有联动作用，加载油缸向加载方向移动时，带动剪切油缸一起运动，使剪切板与加载板同时前进。剪切油缸压力大于加载油缸时，剪切板单独移动，辅助剪切油缸压力减小时，辅助剪切板向后退，完成对岩石试件的剪切。保持剪切油缸为恒定压力，逐渐减小辅助加载油缸的压力，使得剪切油缸与辅助剪切油缸之间形成应力差，当应力差大于三维应力条件下试件的抗剪强度时，试件被剪切破坏。
所述渗流测试系统包括渗流入口，渗流出口，其中与剪切方向处于同一平面的加载板为多孔板，可实现岩石剪切过程中剪切方向的渗流测试。剪切过程中，从渗流入口向试件注入流体，通过渗流出口测量流体的渗流量，可得到剪切过程中的渗透性变化。
在提前预制裂缝的条件下，通过渗流入口向试件注入流体，也可以研究流体作用下的岩石剪切变形特性。
装置的密封方式为胶套架密封，由于胶套架是由十二条棱边连接组成的框架结构，可把岩石试件的六个平面用x轴加载板、y轴加载板、z轴加载板、剪切板、辅助剪切板围起来的周边包住，并通过环压，可防止流体沿面与面之间串流，又保证将力刚性的传递到胶套上，而不损坏胶套。中空方形框架上开液体注入孔，向胶套的外围注入一定压力的流体，在流体压力作用下，胶套与加载板、剪切板密封，防止渗流的流体渗漏。
本发明将三轴加载与剪切加载组合在一起，可实现岩石试件在三轴压力下进行剪切破坏试验，同时还能实现岩石剪切过程中剪切方向渗流的测试。
本发明能够以多种形式实施而不脱离发明的精神或实质，所以应当理解，上述实施例不限于前述的细节，而应在权利要求所限定的范围内广泛地解释，因此落入权利要求或其等效范围内的变化和改型都应为权利要求所涵盖。