一种高温岩体裂隙剪切渗流换热试验系统

文档序号:25998664发布日期:2021-07-23 21:14阅读:来源:国知局

技术特征:

1.一种高温岩体裂隙剪切渗流换热试验系统,所述系统包括:岩石直剪试验机;其特征在于,所述系统还包括:

直剪盒,置于所述岩石直剪试验机的机架内,所述直剪盒内部形成一容纳试验岩样的密闭腔体;

法向力加载装置,用于在所述岩石直剪试验机的作用下向所述试验岩样施加预设法向力;

剪切力加载装置,用于在所述岩石直剪试验机的作用下向所述试验岩样施加预设剪切力;

加压装置,用于向所述密闭腔体内部注入预设气体,以使所述密闭腔体内部具有预设气压;

温度控制装置,用于对所述密闭腔体内部的所述预设气体进行加热,以使所述密闭腔体内部具有第一预设温度;

注水装置,用于向所述试验岩样内部注入具有第二预设温度的水,以使注入的水沿所述试验岩样内部的天然裂隙面渗流;

出水采集装置,用于对从所述天然裂隙面渗流出的水的流量进行采集测量;

控制器,与所述法向力加载装置、所述剪切力加载装置、所述加压装置、所述温度控制装置、所述注水装置和所述出水采集装置连接,用于监控各装置的动作,并对各装置采集到的数据进行处理。

2.根据权利要求1所述的高温岩体裂隙剪切渗流换热试验系统,其特征在于,所述直剪盒包括:上剪切盒和下剪切盒;所述上剪切盒与所述下剪切盒采用法兰连接,且连接处采用o型圈和铜圈进行组合密封;所述o型圈为耐高温材质。

3.根据权利要求2所述的高温岩体裂隙剪切渗流换热试验系统,其特征在于,所述法向力加载装置包括:轴向加载杆和轴向力传感器;所述轴向加载杆的一端垂直穿过所述上剪切盒,延伸至所述密闭腔体中;所述轴向加载杆的另一端高于所述上剪切盒的顶面;所述轴向加载杆与所述上剪切盒之间滑动连接;所述轴向加载杆的两侧还分别设置有第一位移传感器;

所述轴向力传感器设置于所述轴向加载杆的另一端;所述轴向力传感器和所述第一位移传感器均连接至所述控制器。

4.根据权利要求3所述的高温岩体裂隙剪切渗流换热试验系统,其特征在于,所述上剪切盒的顶部还设置有第一冷却室;所述轴向加载杆的一端依次垂直穿过所述第一冷却室和所述上剪切盒,延伸至所述密闭腔体中;所述轴向加载杆的另一端高于所述第一冷却室的顶面;所述轴向加载杆与所述第一冷却室、所述上剪切盒之间滑动连接。

5.根据权利要求2所述的高温岩体裂隙剪切渗流换热试验系统,其特征在于,所述剪切力加载装置包括:切向加载杆和剪切力传感器;所述切向加载杆的一端横向穿过所述下剪切盒,延伸至所述密闭腔体中;所述切向加载杆的另一端伸出于所述下剪切盒的外侧面;所述切向加载杆与所述下剪切盒之间滑动连接;所述切向加载杆的两侧还分别设置有第二位移传感器;

所述剪切力传感器设置于所述切向加载杆的另一端;所述剪切力传感器和所述第二位移传感器均连接至所述控制器。

6.根据权利要求5所述的高温岩体裂隙剪切渗流换热试验系统,其特征在于,所述下剪切盒的外侧面还依次设置有伸长框架和第二冷却室;所述切向加载杆的一端依次横向穿过所述第二冷却室、所述伸长框架和所述下剪切盒,延伸至所述密闭腔体中;所述切向加载杆的另一端伸出于所述第二冷却室的外侧面;所述切向加载杆与所述第二冷却室、所述伸长框架、所述下剪切盒之间滑动连接。

7.根据权利要求1所述的高温岩体裂隙剪切渗流换热试验系统,其特征在于,所述加压装置包括:依次连接的氮气瓶、减压阀、增压泵和高压缓冲罐;所述高压缓冲罐的输出端经所述直剪盒的侧壁与所述密闭腔体连通;所述减压阀和所述增压泵均连接至所述控制器。

8.根据权利要求7所述的高温岩体裂隙剪切渗流换热试验系统,其特征在于,所述高压缓冲罐与所述直剪盒之间还设置有第一压力传感器;所述第一压力传感器连接至所述控制器。

9.根据权利要求1所述的高温岩体裂隙剪切渗流换热试验系统,其特征在于,所述温度控制装置包括:加热器和第一温度传感器;所述加热器和所述第一温度传感器均设置于所述密闭腔体内;所述加热器的输出端和所述第一温度传感器的输出端均经由所述直剪盒的壁面连接至所述控制器。

10.根据权利要求1所述的高温岩体裂隙剪切渗流换热试验系统,其特征在于,所述试验岩样底部设置有与所述天然裂隙面连通的注水孔;所述直剪盒的壁面设置有与所述注水孔连通的注水口;所述注水装置包括:注液泵和预热器;所述注液泵经由所述预热器连接至所述注水口;所述预热器与所述注水口之间还设置有第二压力传感器;所述注液泵、所述预热器和所述第二压力传感器均连接至所述控制器。

11.根据权利要求10所述的高温岩体裂隙剪切渗流换热试验系统,其特征在于,所述直剪盒的壁面还设置有与所述密闭腔体连通的出水口;所述出水采集装置设置有多套,每套所述出水采集装置包括:背压阀、冷却器和电子天平;所述出水口依次经由所述背压阀、所述冷却器连接至所述电子天平;所述出水口与所述背压阀之间还设置有第三压力传感器;所述冷却器、所述电子天平和所述第三压力传感器均连接至所述控制器。

12.根据权利要求1所述的高温岩体裂隙剪切渗流换热试验系统,其特征在于,所述试验岩样内部还设置有多个容置小孔,每个所述容置小孔中设置有一第二温度传感器;每个所述第二温度传感器的输出端经由所述试验岩样、所述直剪盒的壁面连接至所述控制器。

13.根据权利要求12所述的高温岩体裂隙剪切渗流换热试验系统,其特征在于,所述多个容置小孔在所述试验岩样内部呈十字分布;每个所述第二温度传感器的输出端经由所述试验岩样的引出孔、经由所述直剪盒的壁面的引出孔均采用耐高温环氧树脂密封。

14.根据权利要求1所述的高温岩体裂隙剪切渗流换热试验系统,其特征在于,所述系统还包括:依次连接的声发射仪、声发射探头和声发射外接杆;所述声发射外接杆穿过所述直剪盒侧壁延伸至与所述试验岩样的外表面接触;所述声发射仪和所述声发射探头均连接至所述控制器。

15.根据权利要求1所述的高温岩体裂隙剪切渗流换热试验系统,其特征在于,所述系统还包括:安全阀和第四压力传感器;所述安全阀的输入端经所述直剪盒侧壁与所述密闭腔体连通,所述安全阀的输出端连接所述第四压力传感器;所述第四压力传感器连接至所述控制器。

16.根据权利要求1所述的高温岩体裂隙剪切渗流换热试验系统,其特征在于,所述试验岩样的上部采用与其相适配的夹具固定;所述试验岩样的底部设置有下垫块;所述试验岩样的顶部设置有上垫块;所述密闭腔体的底部设置有与所述试验岩样相适配的定位槽。

17.根据权利要求1所述的高温岩体裂隙剪切渗流换热试验系统,其特征在于,所述系统还包括:

三维激光扫描仪,用于对所述试验岩样的天然裂隙面的形貌特征进行扫描,以获取所述天然裂隙面的粗糙度。


技术总结
本发明提供了一种高温岩体裂隙剪切渗流换热试验系统,涉及裂隙剪切渗流试验技术领域,所述系统包括:直剪盒,其内部形成一容纳试验岩样的密闭腔体;力加载装置,用于向试验岩样施加法向力和剪切力;加压装置,用于使密闭腔体内部具有预设气压;温度控制装置,用于使密闭腔体内部具有第一预设温度;注水装置,用于向试验岩样内部注入具有第二预设温度的水,以使注入的水沿试验岩样内部的天然裂隙面渗流;出水采集装置,用于对渗流出的水的流量进行采集测量;控制器,用于监控上述各装置的动作,并对各装置采集到的数据进行处理。本发明提供的技术方案,能够获取表征天然裂隙面在注水剪切过程中的演化特性的关键参数,且提高了试验过程的自动化程度。

技术研发人员:陈跃都;赵志宏
受保护的技术使用者:清华大学
技术研发日:2021.04.15
技术公布日:2021.07.23
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