CN113049406B - Thmc耦合作用的岩石裂隙剪切试验仪器 - Google Patents

Thmc耦合作用的岩石裂隙剪切试验仪器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了THMC耦合作用的岩石裂隙剪切试验仪器，属于油气开发仪器领域，THMC耦合作用的岩石裂隙剪切试验仪器，包括一对工作台，一对工作台相对的一端均开凿有弧形滑槽，弧形滑槽内转动连接有半圆轮，半圆轮的外壁上固定连接有与弧形滑槽相匹配的齿环，一对半圆轮之间设有一对密封带，密封带包括一对复合波导管，一对复合波导管之间连接有一对垂直封带，复合波导管的上下两端均固定连接有上密封板，安装孔内插接有与快接接头相匹配的输液管，本方案可以实现在自由组合两个工作台以夹持不同裂口的石块时，可保证装置的密封效果，方便对不同大小和裂口的岩块进实验，密封机构可进行自我修复有效减小碎石对装置造成的伤害。

Description

THMC耦合作用的岩石裂隙剪切试验仪器
技术领域
本发明涉及油气开发仪器领域，更具体地说，涉及THMC耦合作用的岩石裂隙剪切试验仪器。
背景技术
在岩体工程中，地下水是影响岩体工程稳定的重要因素之一，岩体由岩块和裂隙组成，裂隙是导水的主要通道，由于岩块比较坚硬，大部分法向和切向位移发生于岩石裂隙，因此应力对裂隙岩体的渗透性有着重要影响。国内外学者在法向载荷和切向载荷对岩石裂隙渗透性影响方面的研究取得了一定的进展，主要采用室内试验和数值模拟两种方法。
目前剪切渗流试验多采用直线流方法，将试样裂隙两侧用橡皮囊封住，从另外两侧进水和出水。这种方式有以下缺点：①要求侧向橡皮囊有较大弹性，在剪切过程中既不能破裂漏水，又不能产生过大的剪切力；②需要对橡皮囊施加较大载荷使其与岩样紧密接触，当载荷较低时，可能密封不好产生侧向漏水，当载荷较大时，试样上下岩块产生相对剪切位移时，可能破坏橡皮囊。而辐射流试验不需要裂隙两个侧面的密封，只要从孔心进水，从裂隙出水，就可以实现单裂隙岩石辐射流试验，但是同时实现岩石裂隙剪切和渗流时，岩石裂隙的进水和出水还没有成熟的办法。
因此，对影响岩石裂隙指标的因素进行分析以及对如何减少预测指标误差进行研究改进具有十分重要的意义，基于此，设计一种岩石裂隙剪切渗流试验装置及其试验方法尤为必要。
发明内容
1.要解决的技术问题
针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供THMC耦合作用的岩石裂隙剪切试验仪器，可以实现在自由组合两个工作台以夹持不同裂口的石块时，可保证装置的密封效果，使装置通入水流时，水流被限制在一对工作台之间的空间，方便对不同大小和裂口的岩块进实验，密封机构可进行自我修复有效减小碎石对装置造成的伤害。
2.技术方案
为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案。
THMC耦合作用的岩石裂隙剪切试验仪器，包括一对工作台，一对所述工作台相对的一端均开凿有弧形滑槽，所述弧形滑槽内转动连接有半圆轮，所述半圆轮的外壁上固定连接有与弧形滑槽相匹配的齿环，一对所述半圆轮之间设有一对密封带，所述密封带包括一对复合波导管，一对所述复合波导管之间连接有一对垂直封带，所述复合波导管的上下两端均固定连接有上密封板，所述垂直封带上固定连接有快接接头，所述工作台的左右两端均卡接有垂直导轨，所述垂直导轨上开凿有安装孔，所述安装孔内插接有与快接接头相匹配的输液管，一对所述垂直导轨之间连接有顶板，所述顶板与一个工作台之间连接有液压缸，另一个所述工作台的底端固定连接有底板，两个所述工作台的平面端上分别卡接有上卡板和下卡板，所述上卡板与下卡板上分别连接有相互匹配的密封卡条，本方案可以实现在自由组合两个工作台以夹持不同裂口的石块时，可保证装置的密封效果，使装置通入水流时，水流被限制在一对工作台之间的空间，方便对不同大小和裂口的岩块进实验，密封机构可进行自我修复有效减小碎石对装置造成的伤害。
进一步的，所述齿环上开凿有多个均匀分布的齿槽，所述工作台内安装有电动机，所述电动机的动力伸缩端上固定连接主动轮，所述弧形滑槽内转动连接有与齿槽相匹配的从动齿轮，可以实现方便控制半圆轮旋转，以适应不同岩块的实验需求。
进一步的，所述齿环呈半圆形，且半圆轮上开设有矩形孔，所述矩形孔的一对侧壁上开设有防滑纹，所述矩形孔的底面固定连接有橡胶防水板，可以实现半圆轮对岩块进行牢固夹持。
进一步的，所述复合波导管包括两层波纹管，两层所述波纹管之间固定连接有弹性纤维线，所述弹性纤维线上固定连接有修复球，所述修复球包括蜡球，所述蜡球的外表面上包覆有碱性膜，所述修复球的直径与两层所述波纹管之间的间距相匹配，在外层的波纹管被碎石伤害而破碎后，通过碱性膜与水反应放热而使蜡球融化，进而使融化的蜡球对裂口进行修复。
进一步的，所述上卡板和下卡板靠近密封带的一端均铺设有热熔膜，所述热熔膜由低熔点石蜡制成，且热熔膜的熔点为45℃，当装置安装完毕后可通入热水将热熔膜软化，使热熔膜渗入密封带的间隙中，实现密封带与上卡板和下卡板密封。
进一步的，所述输液管远离工作台的一端连接有储液箱，所述储液箱内安装有液压泵，所述储液箱与输液管之间连接有加热装置。
进一步的，所述垂直封带由弹性纤维材料制成，所述垂直封带可折叠，使垂直封带可随复合波导管拉伸而拉伸。
进一步的，所述上密封板的顶端固定连接有卡环，所述工作台的下端面开设有与卡环相匹配的环形槽，所述卡环上涂覆有热熔胶，所述卡环的内侧安装有自热石膏带，在卡环密封不牢时，水流与自热石膏带反应，使自热石膏带变硬来填充卡环与工作台之间的间隙，保证装置密封性。
THMC耦合作用的岩石裂隙剪切试验仪器，其使用方法为：
S1，使用时，首先将岩石样本卡入半圆轮内，再在一对半圆轮之间安装密封带，使一对半圆轮通过密封带连接；
S2，技术人员通过控制液压缸调节两个半圆轮之间的垂直间距，使岩块被一对半圆轮夹持，通过控制液压缸调节岩块所受压力；
S3，然后在一对半圆轮的前后两端均安装下卡板和上卡板，并在与下卡板和上卡板之间涂覆密封胶膜，使下卡板和上卡板将一对半圆轮密封；
S4，技术人员通过将输液管接入密封带上的快接接头，先通入加热后的水流通过输液管和密封带注入两块岩块之间的间隙进行预冲洗，使上卡板和下卡板上的热熔膜融化，岩块的外表面进行密封；
S5，通过输液管向装置内通入水流进行试验。
进一步的，所述S3步骤中的密封胶膜以导热胶带为基底，且导热胶带上铺设有防水层，所述密封胶膜的两端均铺设有与密封带相匹配的热熔胶条，使两个工作台在错位夹持状态时，通过密封胶膜将上卡板和下卡板之间的空间连接并将岩块外露的部分密封。
3.有益效果
相比于现有技术，本发明的优点在于：
(1)本方案可以实现在自由组合两个工作台以夹持不同裂口的石块时，可保证装置的密封效果，使装置通入水流时，水流被限制在一对工作台之间的空间，方便对不同大小和裂口的岩块进实验，密封机构可进行自我修复有效减小碎石对装置造成的伤害。
(2)齿环上开凿有多个均匀分布的齿槽，工作台内安装有电动机，电动机的动力伸缩端上固定连接主动轮，弧形滑槽内转动连接有与齿槽相匹配的从动齿轮，可以实现方便控制半圆轮旋转，以适应不同岩块的实验需求，齿环呈半圆形，且半圆轮上开设有矩形孔，矩形孔的一对侧壁上开设有防滑纹，矩形孔的底面固定连接有橡胶防水板，可以实现半圆轮对岩块进行牢固夹持。
(3)复合波导管包括两层波纹管，两层波纹管之间固定连接有弹性纤维线，弹性纤维线上固定连接有修复球，修复球包括蜡球，蜡球的外表面上包覆有碱性膜，修复球的直径与两层波纹管之间的间距相匹配，在外层的波纹管被碎石伤害而破碎后，通过碱性膜与水反应放热而使蜡球融化，进而使融化的蜡球对裂口进行修复。
(4)上卡板和下卡板靠近密封带的一端均铺设有热熔膜，热熔膜由低熔点石蜡制成，且热熔膜的熔点为45℃，当装置安装完毕后可通入热水将热熔膜软化，使热熔膜渗入密封带的间隙中，实现密封带与上卡板和下卡板密封，上密封板的顶端固定连接有卡环，工作台的下端面开设有与卡环相匹配的环形槽，卡环上涂覆有热熔胶，卡环的内侧安装有自热石膏带，在卡环密封不牢时，水流与自热石膏带反应，使自热石膏带变硬来填充卡环与工作台之间的间隙，保证装置密封性。
(5)S3步骤中的密封胶膜以导热胶带为基底，且导热胶带上铺设有防水层，密封胶膜的两端均铺设有与密封带相匹配的热熔胶条，使两个工作台在错位夹持状态时，通过密封胶膜将上卡板和下卡板之间的空间连接并将岩块外露的部分密封。
附图说明
图1为本发明的立体图；
图2为本发明的剖视图；
图3为图2中A处的结构示意图；
图4为本发明的密封带俯视图；
图5为本发明的复合波导管部分剖视图；
图6为本发明的一对工作台错位安装时的结构示意图。
图中标号说明：
1工作台、2半圆轮、201齿环、3密封带、301复合波导管、302垂直封带、303上密封板、4垂直导轨、5上卡板、6下卡板、7输液管、8顶板、9液压缸、10底板。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述；显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“顶/底端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“套设/接”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是适配型号元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例1：
请参阅图1-3，THMC耦合作用的岩石裂隙剪切试验仪器，包括一对工作台1，一对工作台1相对的一端均开凿有弧形滑槽，弧形滑槽内转动连接有半圆轮2，半圆轮2的外壁上固定连接有与弧形滑槽相匹配的齿环201，齿环201上开凿有多个均匀分布的齿槽，工作台1内安装有电动机，电动机的动力伸缩端上固定连接主动轮，弧形滑槽内转动连接有与齿槽相匹配的从动齿轮，可以实现方便控制半圆轮2旋转，以适应不同岩块的实验需求。齿环201呈半圆形，且半圆轮2上开设有矩形孔，矩形孔的一对侧壁上开设有防滑纹，矩形孔的底面固定连接有橡胶防水板，可以实现半圆轮2对岩块进行牢固夹持。
请参阅图2-5，一对半圆轮2之间设有一对密封带3，密封带3包括一对复合波导管301，一对复合波导管301之间连接有一对垂直封带302，复合波导管301的上下两端均固定连接有上密封板303，垂直封带302上固定连接有快接接头，上密封板303的顶端固定连接有卡环，工作台1的下端面开设有与卡环相匹配的环形槽，卡环上涂覆有热熔胶，卡环的内侧安装有自热石膏带，在卡环密封不牢时，水流与自热石膏带反应，使自热石膏带变硬来填充卡环与工作台之间的间隙，保证装置密封性。复合波导管301包括两层波纹管，两层波纹管之间固定连接有弹性纤维线，弹性纤维线上固定连接有修复球，修复球包括蜡球，蜡球的外表面上包覆有碱性膜，修复球的直径与两层波纹管之间的间距相匹配，在外层的波纹管被碎石伤害而破碎后，通过碱性膜与水反应放热而使蜡球融化，进而使融化的蜡球对裂口进行修复。垂直封带302由弹性纤维材料制成，垂直封带302可折叠，使垂直封带302可随复合波导管301拉伸而拉伸。
请参阅图1-3，工作台1的左右两端均卡接有垂直导轨4，垂直导轨4上开凿有安装孔，安装孔内插接有与快接接头相匹配的输液管7，一对垂直导轨4之间连接有顶板8，顶板8与一个工作台1之间连接有液压缸9，另一个工作台1的底端固定连接有底板10，两个工作台1的平面端上分别卡接有上卡板5和下卡板6，上卡板5与下卡板6上分别连接有相互匹配的密封卡条；上卡板5和下卡板6靠近密封带3的一端均铺设有热熔膜，热熔膜由低熔点石蜡制成，且热熔膜的熔点为45℃，当装置安装完毕后可通入热水将热熔膜软化，使热熔膜渗入密封带3的间隙中，实现密封带3与上卡板5和下卡板6密封。输液管7远离工作台1的一端连接有储液箱，储液箱内安装有液压泵，储液箱与输液管7之间连接有加热装置。
请参阅图1-6，THMC耦合作用的岩石裂隙剪切试验仪器，其使用方法为：
S1，使用时，首先将岩石样本卡入半圆轮2内，再在一对半圆轮2之间安装密封带3，使一对半圆轮2通过密封带3连接；
S2，技术人员通过控制液压缸9调节两个半圆轮2之间的垂直间距，使岩块被一对半圆轮2夹持，通过控制液压缸9调节岩块所受压力；
S3，然后在一对半圆轮2的前后两端均安装下卡板6和上卡板5，并在与下卡板6和上卡板5之间涂覆密封胶膜，使下卡板6和上卡板5将一对半圆轮2密封，密封胶膜以导热胶带为基底，且导热胶带上铺设有防水层，密封胶膜的两端均铺设有与密封带3相匹配的热熔胶条，使两个工作台在错位夹持状态时，通过密封胶膜将上卡板5和下卡板6之间的空间连接并将岩块外露的部分密封；本方案中一对工作台1在垂直方向对称使用使通过上卡板5和下卡板6进行密封，技术人员可适量使用密封胶膜进行填补空隙，而一对工作台1在水平方向上错位使用时，上卡板5和下卡板6之间需要完全使用密封胶膜进行密封，例如图6，此时密封带3处于斜向拉伸状态，本方案中的密封带3可完全适应水平错位夹持的工作状态，且不需要通入水流进行试验时，密封带3也可对岩块进行辅助固定，有效辅助试验进行；
S4，技术人员通过将输液管7接入密封带3上的快接接头，先通入加热后的水流通过输液管7和密封带3注入两块岩块之间的间隙进行预冲洗，使上卡板5和下卡板6上的热熔膜融化，岩块的外表面进行密封；
S5，通过输液管7向装置内通入水流进行试验。
本方案可以实现在自由组合两个工作台1台以夹持不同裂口的石块时，可保证装置的密封效果，使装置通入水流时，水流被限制在一对工作台1之间的空间，方便对不同大小和裂口的岩块进实验，密封机构可进行自我修复有效减小碎石对装置造成的伤害。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式；但本发明的保护范围并不局限于此。任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其改进构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.THMC耦合作用的岩石裂隙剪切试验仪器，包括一对工作台(1)，其特征在于：一对所述工作台(1)相对的一端均开凿有弧形滑槽，所述弧形滑槽内转动连接有半圆轮(2)，所述半圆轮(2)的外壁上固定连接有与弧形滑槽相匹配的齿环(201)，一对所述半圆轮(2)之间设有一对密封带(3)，所述密封带(3)包括一对复合波导管(301)，一对所述复合波导管(301)之间连接有一对垂直封带(302)，所述复合波导管(301)的上下两端均固定连接有上密封板(303)，所述垂直封带(302)上固定连接有快接接头，所述复合波导管(301)包括两层波纹管，两层所述波纹管之间固定连接有弹性纤维线，所述弹性纤维线上固定连接有修复球，所述修复球包括蜡球，所述蜡球的外表面上包覆有碱性膜，所述修复球的直径与两层所述波纹管之间的间距相匹配，所述工作台(1)的左右两端均卡接有垂直导轨(4)，所述垂直导轨(4)上开凿有安装孔，所述安装孔内插接有与快接接头相匹配的输液管(7)，一对所述垂直导轨(4)之间连接有顶板(8)，所述顶板(8)与一个工作台(1)之间连接有液压缸(9)，另一个所述工作台(1)的底端固定连接有底板(10)，两个所述工作台(1)的平面端上分别卡接有上卡板(5)和下卡板(6)，所述上卡板(5)与下卡板(6)上分别连接有相互匹配的密封卡条。
2.根据权利要求1所述的THMC耦合作用的岩石裂隙剪切试验仪器，其特征在于：所述齿环(201)上开凿有多个均匀分布的齿槽，所述工作台(1)内安装有电动机，所述电动机的动力伸缩端上固定连接主动轮，所述弧形滑槽内转动连接有与齿槽相匹配的从动齿轮。
3.根据权利要求1所述的THMC耦合作用的岩石裂隙剪切试验仪器，其特征在于：所述齿环(201)呈半圆形，且半圆轮(2)上开设有矩形孔，所述矩形孔的一对侧壁上开设有防滑纹，所述矩形孔的底面固定连接有橡胶防水板。
4.根据权利要求1所述的THMC耦合作用的岩石裂隙剪切试验仪器，其特征在于：所述垂直导轨(4)和上卡板(5)靠近密封带(3)的一端均铺设有热熔膜，所述热熔膜由低熔点石蜡制成，且热熔膜的熔点为45℃。
5.根据权利要求1所述的THMC耦合作用的岩石裂隙剪切试验仪器，其特征在于：所述输液管(7)远离工作台(1)的一端连接有储液箱，所述储液箱内安装有液压泵，所述储液箱与输液管(7)之间连接有加热装置。
6.根据权利要求1所述的THMC耦合作用的岩石裂隙剪切试验仪器，其特征在于：所述垂直封带(302)由弹性纤维材料制成，所述垂直封带(302)可折叠。
7.根据权利要求1所述的THMC耦合作用的岩石裂隙剪切试验仪器，其特征在于：所述上密封板(303)的顶端固定连接有卡环，所述工作台(1)的下端面开设有与卡环相匹配的环形槽，所述卡环上涂覆有热熔胶，所述卡环的内侧安装有自热石膏带。
8.根据权利要求1所述的THMC耦合作用的岩石裂隙剪切试验仪器，其特征在于：其使用方法为：
S1，使用时，首先将岩石样本卡入半圆轮(2)内，再在一对半圆轮(2)之间安装密封带(3)，使一对半圆轮(2)通过密封带(3)连接；
S2，技术人员通过控制液压缸(9)调节两个半圆轮(2)之间的垂直间距，使岩块被一对半圆轮(2)夹持，通过控制液压缸(9)调节岩块所受压力；
S3，然后在一对半圆轮(2)的前后两端均安装下卡板(6)和上卡板(5)，并在与下卡板(6)和上卡板(5)之间涂覆密封胶膜，使下卡板(6)和上卡板(5)将一对半圆轮(2)密封；
S4，技术人员通过将输液管(7)接入密封带(3)上的快接接头，先通入加热后的水流通过输液管(7)和密封带(3)注入两块岩块之间的间隙进行预冲洗，使上卡板(5)和下卡板(6)上的热熔膜融化，岩块的外表面进行密封；
S5，通过输液管(7)向装置内通入水流进行试验。
9.根据权利要求1所述的THMC耦合作用的岩石裂隙剪切试验仪器，其特征在于：所述S3步骤中的密封胶膜以导热胶带为基底，且导热胶带上铺设有防水层，所述密封胶膜的两端均铺设有与密封带(3)相匹配的热熔胶条。
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