高温高压下岩石大位移剪切渗流的测量方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于岩石力学领域，尤其涉及一种高温高压下岩石大位移剪切渗流的测量 方法。
【背景技术】
[0002] 岩石的剪切渗流是重大地质灾害研宄的基础，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。目前，岩石剪切渗流的测量方法有：常温低压 (围压小于20MPa)下，直剪渗流的测量方法；常温高压下，斜剪渗流的测量方法；高温高压 下，斜剪渗流的测量方法。斜剪渗流的测量方法存在：因剪切面与试样轴线有一定夹角，在 剪切滑移过程中剪切面积发生变化，试样局部应力状态改变；渗流流体经过的路径不规则， 导致无法准确确定渗流截面几何尺寸；剪切位移小，尤其是高温时仅2_左右的缺点。直剪 渗流的测量方法，虽然剪切位移较大，但由于压力釜内的试样不一样长，试样剪切过程中密 封套内出现一段空白区域，一方面密封套极易向内变形，使测量无法进行，另一方面长短试 样受力一样，围压增高后易使试样破断，导致测量失败。因此，目前国内外尚无高温高压下 测量岩石大位移剪切（直剪）渗流方法的报导。
【发明内容】
[0003] 本发明旨在克服现有技术的缺点，提供一种高温高压下岩石大位移剪切渗流的测 量方法，解决目前尚无在高温高压下，能实现岩石大位移剪切渗流测量的技术问题。
[0004] 本发明是通过以下技术方案来实现的：
[0005] 一种高温高压下岩石大位移剪切渗流的测量方法，其测量步骤为：
[0006] (1)将耐高温橡胶套装入两端均开口的压力釜内；
[0007] (2)将两块截面形状和尺寸相同、长度不同的半圆柱体岩石短试样和半圆柱体岩 石长试样组合后放入所述耐高温橡胶套内；
[0008] (3)将压力釜的法兰与轴向加压缸的法兰用紧固螺栓连接，同时，通过螺栓紧固力 将压力釜与轴向加压缸之间的耐高温橡胶套端面的法兰式密封面进行挤压，对压力釜内腔 的一端实施密封；
[0009] (4)移动轴向加压缸内的中空活塞杆，使带有密封圈的轴向压头与半圆柱体岩石 长试样接触；
[0010] (5)调整半圆柱体岩石短试样和半圆柱体岩石长试样的水平位置，使二者在轴向 加压缸内的端面具有一定的位置差，该位置差等于预设的试样剪切滑移量；即：两试样在 压力釜内的长度等于压力釜长度，半圆柱体岩石长试样露于轴向加压缸内的长度为剪切滑 移量，使得半圆柱体岩石短试样与轴向压头之间的空间至少等于预设试样的剪切滑移量；
[0011] (6)将压力釜的法兰与轴向固定缸的法兰用紧固螺栓连接，同时，通过螺栓紧固力 将压力釜与轴向固定缸之间的耐高温橡胶套另一端面的法兰式密封面进行挤压，对压力釜 内腔的另一端实施密封；
[0012] (7)在轴向固定缸的内腔依次放入承压钢块、带有密封圈的轴向压头和与轴向固 定缸螺纹连接的中空固定螺柱，转动中空固定螺柱使得轴向压头和承压钢块向半圆柱体短 试样端部移动，直至与半圆柱体短试样接触，停止转动中空固定螺柱；
[0013] (8)通过与压力釜连接的围压高压泵，向耐高温橡胶套的外壁和压力釜的内壁之 间充满传压介质；
[0014] (9)通过缠绕在压力釜外围的加热带对半圆柱体短试样和半圆柱体长试样加热；
[0015] (10)当围压和温度均达到设定值后，启动与轴向加压缸连通的轴压高压泵，通过 中空活塞杆将压力传递给轴向压头，推动半圆柱体岩石长试样剪切滑移；同时，启动孔隙压 高压泵，孔隙流体经过高压管到达轴向压头，并作用于半圆柱体岩石短试样和半圆柱体岩 石长试样之间的接触裂缝面；
[0016] (11)测量经过轴向固定缸中的轴向压头流出的孔隙流体流速，获得高温高压下岩 石剪切过程中的渗流特性。
[0017] 进一步，所述传压介质为液体导热油或气体。
[0018] 进一步，所述传压介质为气体时，需通过与压力釜连接的真空泵，对压力釜内腔抽 真空。
[0019] 进一步，所述半圆柱体岩石短试样或为半方柱体岩石短试样，所述半圆柱体岩石 长试样或为半方柱体岩石长试样。
[0020] 本发明所采用的装置，包括：放置岩石试样的压力釜，所述压力釜水平轴向设置， 压力釜的内腔装有耐高温橡胶套，耐高温橡胶套内放置岩石试样，压力釜的两端面带有法 兰，右端法兰通过螺栓与轴向加压缸的法兰连接，左端法兰通过螺栓与轴向固定缸的法兰 连接；所述轴向加压缸的中空活塞杆前端设有带密封圈的轴向压头，轴向加压缸的中空活 塞杆由轴压高压泵驱动；所述轴向固定缸的内腔依次放入承压钢块、带密封圈的轴向压头 和与轴向固定缸螺纹连接的中空固定螺柱；所述压力釜通过注入口与围压高压泵连接，并 安装有围压高压泵阀，所述压力釜通过输出口可与真空泵连接，并安装有高压阀，所述压力 釜通过传感器接口接入压力釜内温度传感器，所述压力釜的外围缠绕加热带，加热带外部 设置隔热物；所述轴向加压缸的中空活塞杆的内腔设置高压管，高压管的一端与孔隙压高 压泵连接，另一端与轴向压头的中心孔连通。
[0021] 进一步，所述耐高温橡胶套的内径dt与岩石试样的直径D。相同，即d t= D。，壁厚 e为2?3毫米，长度Lt与压力釜的长度Lf相同，即Lt = L f，耐高温橡胶套的两端设有壁 厚为e的法兰式密封面。
[0022] 进一步，所述压力釜的两端开口直径屯根据耐高温橡胶套的内径d t和壁厚e确 定，即屯=d t+2e，长度1^与耐高温橡胶套、岩石短试样的长度L 相同，即Lf= Lt = L。，中 间空腔直径d2大于两端开口直径d i (留有填充传压介质的空间）。
[0023] 进一步，所述岩石试样为两块截面形状和尺寸相同、长度不同的半圆柱体岩石短 试样和半圆柱体岩石长试样组合而成，从而在两块岩石试样之间形成可和轴向压头的中心 孔相通的接触缝隙，所述半圆柱体岩石短试样的直径为％，长度U与压力釜的长度Lf相同， 所述半圆柱体岩石长试样的直径为％，长度L大于压力釜的长度Lf，两块试样长度差值即为 剪切滑移量。
[0024] 进一步，所述岩石试样也可为两块截面形状和尺寸相同、长度不同的半方柱体岩 石试样。
[0025] 本发明与现有技术相比，由于采用了两端开口的压力釜，压力釜内的试样一样长， 且受力相同，压力釜以外的试样在整个滑移剪切过程中不受围压作用，因此，试样不会在破 断。由于与压力釜相对应的密封采用了耐高温橡胶套，并在两端设有法兰式密封面，确保了 高温高压下岩石大位移剪切渗流的测量。由于压力釜水平布置，并设计有与右边的轴向加 压缸和左边的轴向固定缸连接的法兰，其内腔装有带法兰式密封面结构的耐高温橡胶套， 橡胶套内放置由两块截面形状和尺寸相同、长度不同的半圆柱体组合而成的岩石试样，并 对压力釜配置加温、围压施压装置，对轴向加压缸配置孔隙压施加装置。因此，本发明具有 装置结构合理，操作方法简单，易于实现在高温高压下，测量岩石大位移剪切渗流的优点。
【附图说明】
[0026] 图1为本发明所采用的装置结构示意图（气体传压介质）；
[0027] 图2为本发明所采用的装置结构示意图（液体传压介质）；
[0028] 图3为压力釜的结构示意图；
[0029] 图4为图3的A-A剖面图；
[0030] 图5为图3的B-B剖面图；
[0031] 图6为为耐高温橡胶套的结构示意图；
[0032] 图7为图6的C-C剖面图；
[0033] 图8为半圆柱体岩石长试样的结构示意图；
[0034] 图9为图8的侧视图；
[0035] 图10为半圆柱体岩石短试样的结构示意图；
[0036] 图11为图10的侧视图。
【具体实施方式】
[0037] 体现本发明特征与优点的典型实施例，将结合附图在以下的说明中详细叙述。应 理解的是本发明能够在不同的实施例上具有各种的变化，其皆不脱离本发明的保护范围， 且其中的说明及图示在本质上是当作说明之用，而非用以限制本发明。
[0038] 实施例1
[0039] 如图1所示，一种高温高压下岩石大位移剪切渗流的测量方法（气