塞3的上端与下部的顶套15的下端面抵接；密封胶套14左右侧边的圆环形的端面完全置入剪切盒主体2的内腔，与腔壁贴合形成密封腔22。外接的伺服控制油源通过液压油进出口 11将液压油充满所述密封腔22，并进行侧向油压的加载。上垂直加载活塞I与下垂直加载活塞3通过外部轴向加载装置，可以实现对岩石试样13的应力和位移两种控制方式下轴向力加载。使用时，剪切活塞5通过外部水平加载装置对岩石试样13进行剪切力的加载。
[0034]下面介绍位于剪切盒主体2左端的剪切活塞5，如图4所示，剪切活塞5的轴线与筒壁23的轴线重合，剪切活塞5内含沿轴线贯通的渗流孔，剪切活塞5包括套设于端盖24内活塞杆6，活塞杆6右端的头部21设有顶块7，顶块7与活塞杆6通过弹簧8和圆柱销连接(即剪切活塞5包括高密度钢制成的活塞杆6、顶块7、弹簧8和圆柱销)，顶块7能够相对于活塞杆6沿剪切活塞5的轴向往复移动，顶块7位于活塞杆6的头部21的上方，活塞杆6的头部21的上表面平行于水平面且筒壁23的轴线位于活塞杆6的头部21的上表面，当剪切活塞5顶紧岩石试样13时，顶块7的右端面和活塞杆6的头部21的右端面均贴合于岩石试样13的左端面。顶块7的右端面和活塞杆6的头部21的右端面均为沿竖直方向设置且垂直于图4纸面的平面，顶块7和头部21均为立方体结构，沿垂直于图4纸面的方向，顶块7的宽度和头部21的宽度均等于筒壁23在水平方向的宽度L(如图6所示)。
[0035]下面介绍位于剪切盒主体2右端的剪切活塞5，如图4所示，剪切活塞5的轴线与筒壁23的轴线重合，剪切活塞5内含沿轴线贯通的渗流孔，剪切活塞5包括套设于端盖24内活塞杆6，活塞杆6左端的头部21设有顶块7，顶块7与活塞杆6通过弹簧8和圆柱销连接(即剪切活塞5包括高密度钢制成的活塞杆6、顶块7、弹簧8和圆柱销)，顶块7能够相对于活塞杆6沿剪切活塞5的轴向往复移动，顶块7位于活塞杆6的头部21的下方，活塞杆6的头部21的下表面平行于水平面且筒壁23的轴线位于活塞杆6的头部21的下表面，即位于剪切盒主体2左端的活塞杆6头部21的上表面和位于剪切盒主体2右端的活塞杆6头部21的下表面位于同一水平面。当剪切活塞5顶紧岩石试样13时，顶块7的左端面和活塞杆6的头部21的左端面均贴合于岩石试样13的右端面。顶块7的左端面和活塞杆6的头部21的左端面均为沿竖直方向设置且垂直于图4纸面的平面，顶块7和头部21均为立方体结构，沿垂直于图4纸面的方向，顶块7的宽度和头部21的宽度均等于筒壁23在水平方向的宽度L(如图6所示)。在本实施例中，两个剪切活塞5均与端盖24密封连接，位于剪切盒主体2左端的剪切活塞5不动，剪切盒主体2右端的剪切活塞5可以左右往复移动，从而向岩石试样13施加沿水平方向的剪切力。
[0036]在本实施例中，剪切盒主体2外还设有压盖4，压盖4包括环形的压帽25，压帽25密封套设于剪切活塞5外，压帽25的轴线与端盖24的轴线重合，压帽25与端盖24通过固定螺钉19固定连接。压盖4包括柱状的压块26，压块26与活塞杆6的外端固定连接，剪切活塞5内含沿轴线贯通的渗流孔，压块26内含有与该渗流孔连通的渗流流体通道10，压块26的外径小于压帽25的内径，压块26外还设有与渗流流体通道10连通的渗流流体进出口 9，使用时，渗流流通可以依次通过渗流流体进出口 9、渗流流体通道10和该渗流孔流向岩石试样13，实现对剪切后岩石试样13的渗流测试。渗流流体压力一定低于侧向油压的大小，最大可加载40MPa。
[0037]另外，剪切盒主体2的上侧板钻有2个螺孔，用于安装提拉环，方便剪切盒的搬运安装。用定位销钉连接剪切活塞5与压块26，保证渗流流体通道的对中。密封胶套14采用弹性及硬度适中的聚氨酯材料制成，具有耐磨、耐油、耐老化的特点。聚氨酯密封胶套为一体式结构，俯视呈翻转90°的“工”字。岩石试样经过顶套和两对摩擦片实现与聚氨酯密封胶套上下紧密接触，左右侧的矩形凹槽与剪切活塞大小相适配，前后侧的胶套与岩石试样大小相适配。聚氨酯密封胶套装入剪切盒主体后，左右侧边的圆形边界与主体内腔紧密接触，形成良好的密封。
[0038]以上所述，仅为本实用新型的具体实施实例，不能以其限定实用新型实施的范围，所以其等同组件的置换，或依本实用新型专利保护范围所作的等同变化与修饰，都应仍属于本专利涵盖的范畴。另外，本实用新型中的技术特征与技术特征之间、技术特征与技术方案之间、技术方案与技术方案之间均可以自由组合使用。
【主权项】
1.一种应力渗流耦合真三轴剪切盒，其特征在于，所述应力渗流耦合真三轴剪切盒包括剪切盒主体(2)，剪切盒主体(2)内含有用于包裹岩石试样(13)的密封胶套(14)，密封胶套(14)与剪切盒主体(2)之间形成环形的密封腔(22)，剪切盒主体(2)的上端设有用于向岩石试样(13)施加向下压力的上垂直加载活塞(I)，剪切盒主体(2)的下端设有用于向岩石试样(13)施加向上压力的下垂直加载活塞(3)，剪切盒主体(2)的左右两端均设有剪切活塞(5)，两个剪切活塞(5)能够向岩石试样(13)施加沿水平方向的剪切力。2.根据权利要求1所述的应力渗流耦合真三轴剪切盒，其特征在于，剪切盒主体(2)包括筒壁(23)和端盖(24)，筒壁(23)的轴线沿水平方向设置，端盖(24)设置在筒壁(23)的左右两端，筒壁(23)的外表面呈正四棱柱状，筒壁(23)的内表面呈圆柱状。3.根据权利要求2所述的应力渗流耦合真三轴剪切盒，其特征在于，密封胶套(14)包括筒形的胶套壁，该胶套壁的轴线与筒壁(23)的轴线重合，该胶套壁的左右两端外均设有圆环形的端面，该端面与端盖(24)的内表面抵接。4.根据权利要求3所述的应力渗流耦合真三轴剪切盒，其特征在于，该胶套壁中部含有与上垂直加载活塞(I)相对应的上通孔，该上通孔处设有从上向下依次层叠设置的顶套(15)、第一摩擦片(16)和第二摩擦片(17)，顶套(15)为扁圆柱状，顶套(15)、第一摩擦片(16)和第二摩擦片(17)均设置在密封胶套(14)内，上垂直加载活塞(I)的上端设置在剪切盒主体(2)外，上垂直加载活塞(I)的下端与顶套(15)的上端面抵接。5.根据权利要求3所述的应力渗流耦合真三轴剪切盒，其特征在于，该胶套壁中部含有与下垂直加载活塞(3)相对应的下通孔，该下通孔处设有从下向上依次层叠设置的顶套(15)、第一摩擦片(16)和第二摩擦片(17)，顶套(15)为扁圆柱状，顶套(15)、第一摩擦片(16)和第二摩擦片(17)均设置在密封胶套(14)内，下垂直加载活塞(3)的下端设置在剪切盒主体(2)外，下垂直加载活塞(3)的上端与顶套(15)的下端面抵接。6.根据权利要求2所述的应力渗流耦合真三轴剪切盒，其特征在于，位于剪切盒主体(2)左端的剪切活塞(5)的轴线与筒壁(23)的轴线重合，剪切活塞(5)内含沿轴向贯通的渗流孔，剪切活塞(5)包括套设于端盖(24)内活塞杆(6)，活塞杆(6)的头部(21)设有顶块(7)，顶块(7)与活塞杆(6)通过弹簧⑶和圆柱销连接，顶块(7)能够相对于活塞杆(6)沿剪切活塞(5)的轴向往复移动，顶块(7)位于活塞杆(6)的头部(21)的上方，活塞杆(6)的头部(21)的上表面平行于水平面且筒壁(23)的轴线位于活塞杆￠)的头部(21)的上表面，当剪切活塞(5)顶紧岩石试样(13)时，顶块(7)的右端面和活塞杆￠)的头部(21)的右端面均贴合于岩石试样(13)的左端面。7.根据权利要求2所述的应力渗流耦合真三轴剪切盒，其特征在于，位于剪切盒主体(2)右端的剪切活塞(5)的轴线与筒壁(23)的轴线重合，剪切活塞(5)内含沿轴向贯通的渗流孔，剪切活塞(5)包括套设于端盖(24)内活塞杆(6)，活塞杆(6)的头部(21)设有顶块(7)，顶块(7)与活塞杆(6)通过弹簧⑶和圆柱销连接，顶块(7)能够相对于活塞杆(6)沿剪切活塞(5)的轴向往复移动，顶块(7)位于活塞杆(6)的头部(21)的下方，活塞杆(6)的头部(21)的下表面平行于水平面且筒壁(23)的轴线位于活塞杆￠)的头部(21)的下表面，当剪切活塞(5)顶紧岩石试样(13)时，顶块(7)的左端面和活塞杆￠)的头部(21)的左端面均贴合于岩石试样(13)的右端面。8.根据权利要求2所述的应力渗流耦合真三轴剪切盒，其特征在于，剪切盒主体(2)外还设有压盖(4)，压盖(4)包括环形的压帽(25)，压帽(25)套设于剪切活塞(5)外，压帽(25)的轴线与端盖(24)的轴线重合，压帽(25)与端盖(24)固定连接。9.根据权利要求8所述的应力渗流耦合真三轴剪切盒，其特征在于，压盖(4)包括柱状的压块(26)，压块(26)与活塞杆￠)的外端固定连接，剪切活塞(5)内含沿轴向贯通的渗流孔，压块(26)内含有与该渗流孔连通的渗流流体通道(10)，压块(26)的外径小于压帽(25)的内径。10.根据权利要求1所述的应力渗流耦合真三轴剪切盒，其特征在于，筒壁(23)上设有与密封腔(22)连通的液压油进出口(11)和液压油排气口(12)。
【专利摘要】本实用新型提供了一种应力渗流耦合真三轴剪切盒，包括剪切盒主体(2)，剪切盒主体(2)内含有用于包裹岩石试样(13)的密封胶套(14)，密封胶套(14)与剪切盒主体(2)之间形成环形的密封腔(22)，剪切盒主体(2)的上端设有用于向岩石试样(13)施加向下压力的上垂直加载活塞(1)，剪切盒主体(2)的下端设有用于向岩石试样(13)施加向上压力的下垂直加载活塞(3)，剪切盒主体(2)的左右两端均设有剪切活塞(5)，两个剪切活塞(5)能够向岩石试样(13)施加沿水平方向的剪切力。该应力渗流耦合真三轴剪切盒既能够推动岩石试件上下两部分相对剪切，还能够让岩石试样周边受到恒定压力(围压)。
【IPC分类】G01N33/24
【公开号】CN204807547
【申请号】CN201520425463
【发明人】窦晶晶, 修乃岭, 田国荣, 毕国强, 严玉忠, 李聚恒, 骆禹, 江山
【申请人】中国石油天然气股份有限公司, 长春市朝阳试验仪器有限公司
【公开日】2015年11月25日
【申请日】2015年6月18日