[發明專利]真三軸巖石滲流試驗加載裝置及試驗系統

有效

• 申請號: 202010311567.6
• 申請日: 2020-04-20
• 公開（公告）號: CN111398024B
• 公開（公告）日: 2021-11-05
• 發明（設計）人: 黨文剛;黃林沖;劉建坤;葉皆顯;馬建軍;陳俊鵬
• 申請（專利權）人: 中山大學
• 主分類號: G01N3/02
• 分類號: G01N3/02;G01N3/08;G01N15/08
• 代理公司: 廣東合方知識產權代理有限公司 44561
• 代理人: 許建成

本發明公開了一種真三軸巖石滲流試驗加載裝置及系統，其由底板、基板、可在橫向動力裝置驅動下橫向移動的橫向加載板、可分別在縱向動力裝置和橫向加載板的驅動下縱向和橫向移動的縱向加載板、及可在縱向加載板的驅動下縱向移動的隨動板共同圍成頂部開口的腔室，并由垂向加載板通過彈性密封部將腔室封閉形成與巖石試樣相適的密封空間，且底板、基板、縱向加載板、橫向加載板、隨動板以及垂向加載板中的至少兩個設有水口，分別通連變頻滲流加載裝置的進水端和排水端。本發明能準確模擬巖石在真實環境中受滲流作用下的應力應變關系等力學特性提供準確的實驗數據，以使后續可更準確地對變頻滲流誘發斷層滑移問題進行更深入的試驗驗證。

技術領域

本發明涉及地熱開采的巖石力學試驗技術領域，特別涉及一種基于地熱開采的真三軸巖石滲流試驗加載裝置試驗系統。

背景技術

以化石燃料為基礎構建的能源結構對人類賴以生存的環境產生了越來越大的不良影響，為減少對化石燃料為基礎構建的能源結構的依賴。貯存在地球內部的可再生地熱資源的開發逐漸成為熱門。目前世界上開采和利用地熱資源主要是水熱型地熱，干熱巖（Hot Dry Rock，簡稱HDR）作為傳統水熱型地熱的延伸，由于具有環境友好性、清潔、可再生和空間分布的廣泛性等特性，而被認為是21世紀最有潛力的新型能源。

當前，往深部干熱巖熱源地層注水進行熱交換已經成為地熱開采中的關鍵技術。但近年來地熱開采誘發地震的案例頻發，經地震學研究表明，在特定形式的荷載和地下水滲流共同作用下，會引起斷層失穩，并誘發斷層滑移，甚至導致地震或工程災害，上述科學問題的核心本質即變頻滲流誘發斷層滑移問題。因而，將變頻滲流誘發斷層滑移的機理研究清楚，對實際的地熱開采具有重要的指導意義。

上述科學問題的研究過程中需開展試驗對理論模型進行驗證，試驗一般通過真三軸試驗系統進行，但現有部分真三軸試驗系統（例如英國GDS公司生產的動靜態真三軸測試系統（簡稱GDSTTA））的三個軸向均采用剛性平板加載，每個軸向施加正應力的平板的剛性大，當試樣發生較大變形后，與試樣接觸的剛性板必然產生相互的剛性抵觸而制約它們進一步運動，這就影響了三個軸向的加載和變形，導致加載邊界條件無法成功模擬。還有部分真三軸試驗系統的加載方式為X、Y兩個方向使用機械加載裝置，第三個軸方向由液體以圍壓方式提供壓力。雖然解決了加載邊界條件問題，但由于提供圍壓的液體與試樣直接接觸，無法再對巖石試樣進行滲流（因為滲流試驗要求試樣處于單一滲流作用的環境中）。因此現有的真三軸試驗系統無法準確模擬巖石在真實環境中受滲流作用下的應力應變關系等力學特性，從而難以對變頻滲流誘發斷層滑移問題進行更深入的試驗驗證。

發明內容

本發明的主要目的是提出一種真三軸巖石滲流試驗加載裝置試驗系統，旨在準確模擬出在地熱開采過程中巖體受三軸方向荷載和變頻滲流作用下的力學特性并提供準確的實驗數據。

為實現上述目的，本發明提出一種真三軸巖石滲流試驗加載裝置，包括：

水平設置的底板；

縱向加載板和基板，所述縱向加載板和所述基板縱向平行間隔分布，基板的底部固定于底板且基板和底板的結合處密封，所述縱向加載板活動設于底板頂面并可在縱向動力裝置的驅動下相對基板縱向移動，縱向加載板與底板的結合處通過第一密封件密封；

橫向加載板和隨動板，所述橫向加載板和所述隨動板橫向平行間隔分布于底板頂面，橫向加載板與底板的頂面和基板的內壁可活動相連，并可在橫向動力裝置的驅動下沿底板的頂面和基板的內壁橫向移動，橫向加載板與底板和基板的結合處通過第二密封件和第三密封件密封，所述縱向加載板與橫向加載板相鄰的一端可縱向移動連接于橫向加載板的內壁且結合處通過第四密封件密封，當橫向加載板橫向移動時可驅動縱向加載板橫向移動，所述縱向加載板的內壁與隨動板遠離基板的一側可橫向移動連接，所述隨動板的內壁與基板遠離橫向加載板的一側可縱向移動連接；當縱向加載板縱向移動時可驅動隨動板縱向移動，所述隨動板與底板、縱向加載板和基板的結合處分別通過第五密封件、第六密封件和第七密封件密封，所述底板、基板、縱向加載板、橫向加載板、隨動板圍成頂部開口的腔室；以及