CN113295552B - 高温高压真三轴直剪破裂渗流耦合测试装置及使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高温高压真三轴直剪破裂渗流耦合测试装置，两个第一压头和两个压力组件以关于岩石试样中心对称方式设岩石试样上下。两个第二压头以关于岩石试样中心对称的方式设岩石试样左右。第一压头包括设凹槽部的第一压头主体。压力组件一部分容纳在凹槽部。压力组件包括橡胶囊和垫板，橡胶囊通过垫板向岩石试样施加压力。第一压头主体设的第一渗流网路凹槽和垫板设的第二渗流网路凹槽内的渗流介质向岩石试样施加渗透压。三轴试验机向岩石试样施加侧向围压、轴压和高温。其有益效果是，该测试装置结合三轴试验机，能够在高温高压条件下对岩石试样开展真三轴直剪破裂渗流试验，并且实用性和可靠性较高。

Description

高温高压真三轴直剪破裂渗流耦合测试装置及使用方法

技术领域

本发明涉及岩石实验技术领域，尤其涉及一种高温高压真三轴直剪破裂渗流耦合测试装置及使用方法。

背景技术

岩土工程的资源开采和能源开发包括核废料处理、二氧化碳封存、深井灌注、地热能生产和油气生产等。随着浅层岩土工程的资源不断利用，岩土工程的开采深度不断增加。深部岩土工程的基本赋存环境为高温三向高应力高流体压力环境，为更好的提高深部岩土工程开采和开发时的安全性，避免流体介质注入岩石裂隙内诱发地震和CO₂及储气库泄露等情况造成的人员伤亡和工期延误，需要在高温-高渗透压-高应力（THM）的多场耦合作用下，精确预测和描述流体介质流经岩石的裂隙网路，即精确预测和描述岩石开采和开发时流体介质流入岩石裂隙时的渗流状况。

目前，针对流体介质流入岩石裂隙的渗透性研究中的岩石试样多为预破裂试样，如预先锯切或劈裂等方式产生的岩石碎块。但是这种对预破裂的岩石试样的渗透性研究试验中缺少影响渗流的重要因素：断裂产生的应力边界条件和磨损产物。因此，采用完整的岩石试样开展高温条件下的真三轴直剪渗流试验的试验结果会更加合理和精确。

为解决现有的渗透性试验中采用的岩石试样多为预破裂试样的问题，当前一些相关专利文献中采用真三轴直剪试验装置对完整的岩石试样开展高温条件下的真三轴直剪渗流试验，但仍存在各种亟需解决的问题。

专利号为CN108152149B的专利文献，借助于全刚的三轴试验机开展岩石真三轴直剪试验，但缺少温度场和渗流场，无法满足测试所需的高温和高渗透压环境。专利号为CN110658084B的专利文献，提供一种高刚度的岩石真三轴剪切试验机，用于高应力硬岩三轴直剪试验，但缺少温度场和渗流场，无法满足测试所需的高温和高渗透压环境。

因此，目前针对岩石试样的剪切测试装置无法为岩石真三轴直剪破裂测试提供高温和渗透压环境，无法满足同时为岩石试样提供高温-高渗透压-高侧向围压的多重耦合环境。

发明内容

（一）要解决的技术问题

鉴于现有技术的上述缺点、不足，本发明提供一种高温高压真三轴直剪破裂渗流耦合测试装置及使用方法，其解决了无法为岩石真三轴直剪破裂测试提供高温和高渗透压环境、无法满足同时对岩石试样进行高温-高渗透压-高侧向围压的多重耦合环境下的直剪破裂渗流耦合测试的技术问题。

（二）技术方案

为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：

第一方面，本发明实施例提供一种高温高压真三轴直剪破裂渗流耦合测试装置，包括两个第一压头和两个压力组件，两个所述第一压头和两个所述压力组件均分别以关于岩石试样中心对称的方式设置在所述岩石试样的上下两侧；

还包括两个第二压头，两个所述第二压头以关于所述岩石试样中心对称的方式设置在所述岩石试样的左右两侧；

所述第一压头为一体式构件，包括第一压头主体，所述第一压头主体靠近所述岩石试样的一端设有向内凹陷的凹槽部，所述凹槽部朝向所述岩石试样开放；

所述压力组件包括橡胶囊和垫板，所述橡胶囊和所述垫板容纳在所述凹槽部内，且沿着所述凹槽部的深度方向依次布置；所述橡胶囊为空腔结构，贴合所述凹槽部的底壁设置；所述垫板的一端贴合于所述岩石试样，另一端贴合于所述橡胶囊；

所述第一压头主体靠近所述岩石试样的端面与所述垫板靠近所述岩石试样的端面齐平，且贴合于所述岩石试样；

所述第一压头主体上设有第一液压油通道和渗流通道；

所述橡胶囊的空腔和所述第一液压油通道连通，所述第一液压油通道用于向所述橡胶囊内注入液压油，所述橡胶囊通过所述垫板向所述岩石试样施加压力；

所述第一压头主体靠近所述岩石试样的端面设有第一渗流网路凹槽，所述垫板靠近所述岩石试样的端面设有第二渗流网路凹槽；

沿渗流介质的流动方向，所述渗流通道、所述第一渗流网路凹槽和所述第二渗流网路凹槽依次连通，所述第一渗流网路凹槽和所述第二渗流网路凹槽内的渗流介质用于向所述岩石试样施加渗透压；

所述第一压头、所述第二压头、所述压力组件和所述岩石试样装配后一并放入三轴试验机的压力仓内；

所述三轴试验机通过液压油向所述岩石试样的前后方向施加侧向围压，通过所述第一压头向所述岩石试样的上下方向施加轴压，通过所述第二压头向所述岩石试样的左右方向施加轴压，以及向所述岩石试样提供高温环境。

根据本发明，所述第一压头主体上还设有活塞孔和渗流介质密封结构；

所述渗流介质密封结构包括第一密封孔、第二密封孔以及设置在所述第一密封孔内的泛塞封；

沿液压油的流动方向，所述第一液压油通道、所述活塞孔、所述第一密封孔、所述第二密封孔和所述凹槽部依次连通；

所述第一密封孔的内径大于所述活塞孔和所述第二密封孔的内径。

根据本发明，所述压力组件还包括活塞部件，所述活塞部件包括活塞杆和活塞板；

所述活塞板以围绕所述活塞杆外周向侧壁的方式设置在所述活塞杆靠近所述岩石试样的一端；

所述活塞杆容纳在所述活塞孔、所述第一密封孔和所述第二密封孔所形成的空间内，且所述活塞杆远离所述岩石试样的一端端面抵接所述活塞孔的底壁；

所述活塞板位于所述橡胶囊的内部，且固定在所述橡胶囊上；

所述活塞部件上设有贯通所述活塞杆的第二液压油通道，所述第二液压油通道的一端与所述第一液压油通道连通，另一端与所述橡胶囊的空腔连通。

根据本发明，所述压力组件还包括液压油密封结构，所述液压油密封结构设置在所述活塞杆远离所述岩石试样的一端；

所述液压油密封结构包括环状凹槽、密封圈和挡圈；

所述环状凹槽由所述活塞杆的外周向侧壁向内凹陷形成，所述密封圈和所述挡圈设置在所述环状凹槽内；

所述密封圈和所述挡圈的材质为氟胶、硅胶或聚四氟乙烯。

根据本发明，所述橡胶囊靠近所述活塞部件的一端设有橡胶囊孔，所述橡胶囊孔的内径等于所述活塞杆的外径；

所述活塞杆插接于所述橡胶囊孔内，所述活塞板远离所述岩石试样的一端端面固定在所述橡胶囊远离所述岩石试样的一端端壁的内侧。

根据本发明，沿渗流介质的流动方向，所述渗流通道包括依次连通的渗流通道水平段、渗流通道竖直段和渗流通道容纳段；

所述渗流通道容纳段内设置过滤层；

沿液压油的流通方向，所述第一液压油通道依次包括第一液压油通道水平段和第一液压油通道竖直段，所述第一液压油通道水平段和所述第一液压油通道竖直段的连接处设置为圆弧过渡连接。

根据本发明，还包括移液组件，所述移液组件包括注射器以及与所述注射器连通的长尾滴管。

根据本发明，沿渗流介质的流动方向，所述第一渗流网路凹槽包括依次连通的第一渗流孔和第一多排多列凹槽；

所述第一多排多列凹槽围绕所述第一渗流孔设置；

所述第二渗流网路凹槽为彼此连通的多排多列凹槽；

所述第一渗流网路凹槽与所述岩石试样之间设置多层过滤层，所述第二渗流网路凹槽与所述岩石试样之间设置多层过滤层。

根据本发明，所述第二压头的结构与所述第一压头的结构一致；

在所述岩石试样的左右两侧以关于所述岩石试样中心对称的方式设置两个额外的所述压力组件；

所述第二压头与对应的所述压力组件之间的装配方式与所述第一压头与对应的所述压力组件之间的装配方式一致。

第二方面，本发明实施例还提供一种高温高压真三轴直剪破裂渗流耦合测试装置的使用方法：

S1：两个所述第一压头和两个所述压力组件均分别以关于所述岩石试样中心对称的方式设置在所述岩石试样的上下两侧，两个所述第二压头分别以关于所述岩石试样中心对称的方式设置在所述岩石试样的左右两侧；

S2：在所述第一压头、所述第二压头、所述压力组件以及所述岩石试样的装配体的表面涂设耐油耐高温密封胶，再利用真空泵对所述耐油耐高温密封胶进行抽真空操作，以抽出所述耐油耐高温密封胶内的气泡；

随后将所述装配体放入保温箱内保温至烘干，以使所述耐油耐高温密封胶将所述第一压头、所述第二压头、所述压力组件以及所述岩石试样固定连接；

S3：向所述第一液压油通道内注入液压油，所述液压油进入所述橡胶囊的空腔，直至所述橡胶囊内充满液压油并由所述第一液压油通道流出，将所述装配体放入所述三轴试验机的压力仓内；

S4：所述三轴试验机通过液压油向所述岩石试样的前后方向施加侧向围压，同时所述橡胶囊内的液压油通过所述垫板以相同的应力速率向所述岩石试样施加压力，使所述岩石试样处于静水受力状态；

S5：向所述渗流通道内注入所述渗流介质，使得所述渗流介质经过所述渗流通道依次进入所述第一渗流网路凹槽和所述第二渗流网路凹槽；

所述第一渗流网路凹槽和所述第二渗流网路凹槽内的渗流介质向所述岩石试样施加渗透压，渗流介质的注入采用恒定压力控制，使得所述岩石试样承受恒定的渗透压；

记录试验过程中所述渗流介质的流量、所述岩石试样上下、前后和左右方向的变形量以及所述岩石试样承受的轴压值；

S6：当渗流介质的流量的稳定状态持续分钟后，所述三轴试验机开启加温模式，等待温度和所述渗流介质的流量保持稳定；

S7：当所述渗流介质的流量保持稳定时，所述三轴试验机向所述岩石试样施加左右方向的轴压，并逐渐增大至设定值，同时，所述三轴试验机向所述岩石试样施加采用位移控制的上下方向的轴压，并逐渐增大轴压值至所述岩石试样发生剪切破坏；

或者，当所述渗流介质的流量保持稳定时，所述三轴试验机同时向所述岩石试样施加左右方向和上下方向的轴压，并逐渐增大轴压值至所述岩石试样发生剪切破坏；

S8：当渗流介质的流量的稳定状态持续分钟后，继续增大所述岩石试样上下方向的轴压值；

持续记录剪切过程中渗流介质的流量的变化；

S9：试验结束，取出所述高温高压真三轴直剪破裂渗流耦合测试装置和破裂的所述岩石试样。

（三）有益效果

本发明的有益效果是：

第一，本发明的高温高压真三轴直剪破裂渗流耦合测试装置，通过第一压头上的渗流通道和第一渗流网路凹槽以及垫板上的第二渗流网路凹槽的配合，使得第一渗流网路凹槽和第二渗流网路凹槽内的渗流介质能够向岩石试样施加高渗透压；通过第一压头上的第一液压油通道和橡胶囊的空腔的连通，使得橡胶囊内的液压油能够向岩石试样施加高压；三轴试验机通过设置在岩石试样上下两侧的第一压头向岩石试样施加上下方向的轴压，通过设置在岩石试样左右两侧的第二压头向岩石试样施加左右方向的轴压，还能够为岩石试样提供高温环境，本测试装置结合三轴试验机，能够对岩石试样进行高温、高渗透压和高侧向围压下的真三轴直剪试验，以准确获取岩石试样在高温-高渗透压-高应力多场耦合作用下的抗剪强度和发生剪切破坏前后裂隙渗透率的变化，为揭示深部高温高应力高渗流介质压力赋存环境下工程岩体性能演化与灾变机理提供理论依据。同时，本测试装置能够结合现有的三轴试验机进行测试，能够大幅降低测试实验的成本。

第二，本发明通过设置渗流介质密封结构，即在第一压头上设置第一密封孔和第二密封孔，第一密封孔的内径大于活塞孔的内径和第二密封孔的内径，并在第一密封孔内设置泛塞封，形成一体式密封结构，与分体式密封结构相比结构简单，与第一密封孔和第二密封孔内径一致的等径式密封结构相比利于装卸泛塞封，基于一体式密封结构还降低了第一压头的设置高度。通过设置泛塞封，能同时实现对渗流介质的密封和避免岩石试样剪切破坏后的碎屑影响密封性，减少了不同用途的密封件的使用数量，进而降低了第一压头的高度。通过将活塞板固定在橡胶囊远离岩石试样一端的连接方式，既能保证活塞部件和橡胶囊的连接强度，还能缩短第一压头的凹槽部的设置深度，进而缩短了第一压头的高度。本发明通过缩短第一压头的设置高度，以使高温高压真三轴直剪破裂渗流耦合测试装置适用于高温高压三轴试验机狭小的压力仓。

第三，通过在第一密封孔内设置泛塞封，并使泛塞封的开口端朝向岩石试样，具有密封渗流介质的作用，还能防止岩石试样在剪切破坏时产生的碎屑影响密封。

第四，通过在渗流通道容纳段内设置过滤层，避免岩石试样在剪切破坏时产生的碎屑引起渗流通道堵塞。通过在第一渗流网路凹槽与岩石试样之间设置多层过滤层，避免岩石试样在剪切破坏时产生的碎屑导致第一渗流网路凹槽的堵塞。通过在第二渗流网路凹槽与岩石试样之间设置多层过滤层，避免岩石试样在剪切破坏时产生的碎屑导致第二渗流网路凹槽的堵塞。

第五，通过液压油密封结构和渗流介质密封结构的配合，实现了对活塞孔内远离岩石试样一端的液压油和靠近岩石试样一端的渗流介质的独立密封，避免了液压油和渗流介质混合。

通过设置第二至第五点中的密封结构，提高了本发明的密封性，以使渗流介质能够为岩石试样施加较大的渗透压值，进而为岩石试样提供高渗透压环境。

第六，通过设置包括注射器以及与注射器连通的长尾滴管的移液组件，利用长尾滴管依次伸入第一液压油通道水平段、第一液压油通道竖直段、第二液压油通道并进入橡胶囊的空腔，注射器通过长尾滴管将液压油注入橡胶囊内，能够方便的向橡胶囊内注入液压油。同时，第一液压油通道水平段和第一液压油通道竖直段的连接处设置为圆弧过渡连接，便于长尾滴管的伸入操作。

第七，密封圈为O形圈，挡圈为弧形挡圈，以适用高压环境，密封圈和挡圈的材质采用氟胶、硅胶或聚四氟乙烯，以适用于250℃的高温环境和高压环境，因此，本装置能够适用于大多数的深部岩石工程所需的高温和高压要求。

附图说明

图1为本发明的高温高压真三轴直剪破裂渗流耦合测试装置的实施例1中凹槽部沿第一压头主体的长度方向延伸设置时的分解示意图；

图2为本发明的高温高压真三轴直剪破裂渗流耦合测试装置的实施例1中凹槽部沿第一压头主体的宽度方向延伸设置时的分解示意图；

图3为图1的装配图；

图4为图1中的第一压头的立体示意图；

图5为图1中的第一压头的另一视角的立体示意图；

图6为图1中的第一压头的凹槽部的位置示意图；

图7为图1中的第一压头的仰视图；

图8为图1中的活塞部件和橡胶囊的装配图；

图9为图8的分解示意图；

图10为图1中的垫板的仰视图；

图11为本发明的高温高压真三轴直剪破裂渗流耦合测试装置的实施例1中的移液组件；

图12为本发明的高温高压真三轴直剪破裂渗流耦合测试装置的实施例2的分解示意图；

图13为图12的装配图。

【附图标记说明】

1：第一压头；11：第一压头主体；111：第一液压油通道；1111：第一液压油通道水平段；1112：第一液压油通道竖直段；112：活塞孔；113：渗流介质密封结构；1131：第一密封孔；1132：第二密封孔；1133：泛塞封；114：渗流通道；1141：渗流通道水平段；1142：渗流通道竖直段；1143：渗流通道容纳段；115：第一渗流网路凹槽；1151：第一渗流孔；1152：第一多排多列凹槽；116：第一压头主体螺纹孔；117：凹槽部；12：第一延伸部；121：第一延伸部螺纹孔；

2：第二压头；21：第二压头主体；211：第二压头主体螺纹孔；22：第二延伸部；221：第二延伸部螺纹孔；

3：压力组件；31：活塞部件；311：活塞杆；3111：环状凹槽；3112：密封圈；3113：挡圈；312：活塞板；313：第二液压油通道；32：橡胶囊；321：橡胶囊孔；33：垫板；331：第二渗流网路凹槽；

4：移液组件；41：注射器；42：长尾滴管；

5：渗流管；

6：岩石试样；

7：塞块。

具体实施方式

为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。其中，本文所提及的“上”、“下”、“左”、“右”等方位名词以图1的定向为参照。

实施例1：

参照图1-图3所示，本发明实施例提出一种高温高压真三轴直剪破裂渗流耦合测试装置，用于对岩石试样6进行单向剪切测试，其包括两个第一压头1、两个第二压头2、两个压力组件3和移液组件4。两个第一压头1和两个压力组件3均分别以关于岩石试样6中心对称的方式设置在岩石试样6的上下两侧。两个第二压头2以关于岩石试样6中心对称的方式设置在岩石试样6的左右两侧。移液组件4用于向第一压头1和压力组件3注入液压油。

第一压头1、第二压头2、压力组件3和岩石试样6装配后一并放入三轴试验机的压力仓内。第一压头1和压力组件3用于向岩石试样6的上下方向施加渗透压，压力组件3还用于向岩石试样6的上下方向施加压力。三轴试验机通过液压油向岩石试样6的前后方向施加侧向围压，通过第一压头1向岩石试样6的上下方向施加轴压，通过第二压头2向岩石试样6的左右方向施加轴压，三轴试验机还能够为岩石试样6提供高温环境。

本测试装置结合“两刚一柔”型的三轴试验机，能够在高温-高应力-高渗透压的复合条件下对岩石试样6进行真三轴单向直剪破裂渗流耦合测试，以准确获取岩石试样6在真三轴应力下的抗剪切强度和发生剪切破坏前后的裂隙渗透率的变化情况。为揭示深部高温高应力高渗流介质压力赋存环境下工程岩体性能演化与灾变机理提供理论依据。同时，本测试装置能够结合现有的三轴试验机进行测试，能够大幅降低测试实验的成本。

进一步，岩石试样6为正方体。

参照图4和图5所示，进一步，第一压头1为一体式构件，包括第一压头主体11和第一延伸部12。其中，第一延伸部12从第一压头主体11的一侧侧面沿垂直于第一压头1高度方向的平面方向向外延伸。第一延伸部12上设有第一延伸部螺纹孔121，第一延伸部螺纹孔121沿着第一压头1的高度方向贯穿第一延伸部12。第一压头主体11的与第一延伸部12相对设置的侧面与第一压头主体11靠近岩石试样6的一端端面相互垂直，且该侧面上设有第一压头主体螺纹孔116。

参照图1-图3所示，第二压头2与第一压头1结构相似。第二压头2为一体式构件，包括第二压头主体21和第二延伸部22。第二延伸部22从第二压头主体21的一侧侧面沿垂直于第二压头2高度方向的平面方向向外延伸。第二延伸部22上设有第二延伸部螺纹孔221，第二延伸部螺纹孔221沿着第二压头2的高度方向贯穿第二延伸部22。第二压头主体21的与第二延伸部22相对设置的侧面与第二压头主体21靠近岩石试样6的一端端面相互垂直，且该侧面上设有第二压头主体螺纹孔211。

第二压头主体21靠近岩石试样6的一端端面的长度大于岩石试样6的边长和凹槽部117的深度之和。第二压头主体21的长度优选为大于岩石试样6的边长和凹槽部117的深度之和10mm以上。

参照图1-图3所示，当两个第一压头1和两个第二压头2分别以关于岩石试样6中心对称的方式设置在岩石试样6的周围时，相邻的第一压头1和第二压头2通过第一延伸部螺纹孔121与第二压头主体螺纹孔211的相互配合、或者第一压头主体螺纹孔116与第二延伸部螺纹孔221的相互配合实现相邻第一压头1和第二压头2之间的螺纹固定连接。

参照图3所示，第一延伸部12靠近岩石试样6的一端端面高于第一压头主体11靠近岩石试样6的一端端面，以在第一延伸部12和第二压头主体21之间设置塞块7。同样地，第二延伸部22靠近岩石试样6的一端端面高于第二压头主体21靠近岩石试样6的一端端面，以在第二延伸部22和第一压头主体11之间设置塞块7。

第一压头主体11上设有第一液压油通道111、活塞孔112、渗流介质密封结构113、渗流通道114、第一渗流网路凹槽115和凹槽部117。

参照图4和图5所示，第一压头主体11靠近岩石试样6的一端向内凹陷形成凹槽部117，凹槽部117朝向岩石试样6开放。

参照图6所示，凹槽部117为长方体。凹槽部117可沿第一压头主体11的长度或宽度方向延伸设置。当凹槽部117沿第一压头主体11的宽度方向延伸设置时，凹槽部117位于靠近第一延伸部12的一侧。

参照图1-图3所示，具体地，凹槽部117底部的较长边的长度大于岩石试样6的边长，凹槽部117底部的较短边的长度与岩石试样6的边长的1/2一致。凹槽部117底部的较长边的长度优选大于岩石试样6的边长至少5mm，避免岩石试样6抵靠第一压头主体11靠近岩石试样6的一端端面造成试验失败。

第一渗流网路凹槽115设置于第一压头主体11靠近岩石试样6的端面上。沿液压油的流动方向，第一液压油通道111、活塞孔112、渗流介质密封结构113和凹槽部117依次连通。沿渗流介质的流动方向，渗流通道114和第一渗流网路凹槽115依次连通。

进一步，第一液压油通道111用于注入液压油。具体地，沿液压油的流动方向，第一液压油通道111依次包括第一液压油通道水平段1111和第一液压油通道竖直段1112。第一液压油通道水平段1111和第一液压油通道竖直段1112均为圆柱形孔，第一液压油通道水平段1111和第一液压油通道竖直段1112的连接处设置为圆弧过渡连接。

渗流介质密封结构113用于密封渗流介质。具体地，渗流介质密封结构113包括第一密封孔1131、第二密封孔1132和设置在第二密封孔1132内的泛塞封1133。其中，第一密封孔1131和第二密封孔1132彼此连通形成阶梯状。

沿液压油的流动方向，第一液压油通道111、活塞孔112、第一密封孔1131、第二密封孔1132和凹槽部117依次连通。

活塞孔112的内径大于第一液压油通道竖直段1112的内径，第一密封孔1131的内径大于活塞孔112和第二密封孔1132的内径。

泛塞封1133的开口端朝向岩石试样6，用于密封渗流介质。泛塞封1133还能防止岩石试样6在剪切破坏时产生的碎屑影响密封。优选的，泛塞封1133的外壳材质为耐高温硬质材料，例如聚四氟乙烯，以适用于高压环境。

渗流通道114用于注入渗流介质。具体地，沿渗流介质的流动方向，渗流通道114包括依次连通的渗流通道水平段1141、渗流通道竖直段1142和渗流通道容纳段1143。其中，渗流通道水平段1141位于第一压头主体11远离岩石试样6的一端，渗流通道容纳段1143位于第一压头主体11靠近岩石试样6的一端。

渗流通道水平段1141连通渗流管5，渗流管5用于向渗流通道114内注入渗流介质。渗流通道竖直段1142和渗流通道容纳段1143均为圆柱形孔，渗流通道竖直段1142的内径小于渗流通道容纳段1143的内径。渗流通道容纳段1143内设置过滤层，避免岩石试样6在剪切破坏时产生的碎屑引起渗流通道114堵塞。过滤层优选采用耐高温过滤棉。

参照图7所示，具体地，第一渗流网路凹槽115设置在第一压头主体11靠近岩石试样6的端面上，沿渗流介质的流动方向，渗流通道114的渗流通道容纳段1143和第一渗流网路凹槽115依次连通。

沿渗流介质的流动方向，第一渗流网路凹槽115包括依次连通的第一渗流孔1151和第一多排多列凹槽1152。第一多排多列凹槽1152围绕第一渗流孔1151设置。

第一多排多列凹槽1152中每排凹槽和每列凹槽的宽度均优选为1mm，深度均优选为1mm。第一多排多列凹槽1152的最外侧凹槽与第一压头主体11的侧面间的间距优选为3mm。

具体地，第一渗流网路凹槽115与岩石试样6之间设置多层过滤层，避免岩石试样6在剪切破坏时产生的碎屑导致第一渗流网路凹槽115堵塞。过滤层优选为滤纸或微孔金属网。

参照图1和图2所示，进一步，压力组件3包括用于传输液压油的活塞部件31、用于容纳液压油的橡胶囊32和用于向岩石试样6施加压力的垫板33。其中，活塞部件31插入第一压头主体11的活塞孔112内，橡胶囊32和垫板33容纳在凹槽部117内，且沿着凹槽部117的深度方向依次布置。

参照图8和图9所示，具体地，活塞部件31包括活塞杆311、液压油密封结构和活塞板312。液压油密封结构设置在活塞杆311远离岩石试样6的一端，活塞板312以围绕活塞杆311外周向侧壁的方式设置在活塞杆311靠近岩石试样6的一端。优选的，活塞板312的横截面为长方形。

具体地，活塞杆311为圆柱体。活塞杆311容纳在活塞孔112、第一密封孔1131和第二密封孔1132所形成的空间内，且活塞杆311远离岩石试样6的一端的端面抵接活塞孔112的底壁。

具体地，液压油密封结构包括环状凹槽3111、密封圈3112和挡圈3113。其中，环状凹槽3111由活塞杆311的外周向侧壁向内凹陷形成，密封圈3112和挡圈3113设置在环状凹槽3111内，密封圈3112和挡圈3113用于密封液压油。

密封圈3112优选为O形圈，挡圈3113优选为弧形挡圈，以适用高压环境。密封圈3112和挡圈3113的材质优选为氟胶、硅胶或聚四氟乙烯，以适用于250℃的高温环境和高压环境。因此，本装置能够适用于大多数的深部岩石工程所需的高温和高压要求。

通过液压油密封结构和渗流介质密封结构113的配合，实现了对活塞孔112内远离岩石试样6一端的液压油和靠近岩石试样6一端的渗流介质的独立密封，避免液压油和渗流介质混合。

活塞部件31上设有贯穿活塞杆311的第二液压油通道313，第二液压油通道313的一端与第一液压油通道111连通，另一端与橡胶囊32的空腔连通。优选地，第二液压油通道313与第一液压油通道竖直段1112同轴设置，且内径相同。

参照图8和图9所示，橡胶囊32为空腔的长方体。橡胶囊32远离岩石试样6的一端抵接凹槽部117的底部。橡胶囊32远离岩石试样6的一端端壁设有橡胶囊孔321，橡胶囊孔321的内径与活塞杆311的外径一致，橡胶囊孔321和活塞杆311同轴设置，活塞杆311插接于橡胶囊孔321内。

活塞板312位于橡胶囊32的内部，活塞板312远离岩石试样6的一端端面固定在橡胶囊32远离岩石试样6的一端端壁的内侧。活塞板312和橡胶囊32优选采用粘接的方式固定连接。

活塞板312固定在橡胶囊32远离岩石试样6一端的连接方式，增大了二者之间的受力面积，避免压力组件3由第一压头1上装卸时，活塞板312和橡胶囊32的连接处受损，进而提高了活塞板312和橡胶囊32的使用强度和使用寿命。

具体地，橡胶囊32优选采用硅胶等耐高温的橡胶材料。

参照图1-图3所示，进一步，垫板33为长方体。垫板33位于橡胶囊32和岩石试样6之间，垫板33的一端贴合于岩石试样6，另一端贴合于橡胶囊32靠近岩石试样6的一端。垫板33靠近岩石试样6的一端端面与第一压头主体11靠近岩石试样6的一端端面齐平，二者对合后的横截面为长方形。

参照图10所示，垫板33靠近岩石试样6的端面设有第二渗流网路凹槽331。沿渗流介质的流动方向，第一渗流网路凹槽115和第二渗流网路凹槽331连通。

第二渗流网路凹槽331为彼此连通的多排多列凹槽。

第二渗流网路凹槽331中每排凹槽和每列凹槽的宽度均优选为1mm，深度均优选为1mm。第二渗流网路凹槽331的最外侧凹槽与垫板33的侧面间的间距优选为3mm。

第二渗流网路凹槽331与岩石试样6之间设置多层过滤层，避免岩石试样6在剪切破坏时产生的碎屑导致第二渗流网路凹槽331的堵塞。过滤层优选为滤纸或微孔金属网。

本实施例通过设置渗流介质密封结构113，即在第一压头1上设置第一密封孔1131和第二密封孔1132，第一密封孔1131的内径大于活塞孔112的内径和第二密封孔1132的内径，并在第一密封孔1131内设置泛塞封1133，形成一体式密封结构，与现有的分体式密封结构相比，其结构简单，与第一密封孔1131和第二密封孔1132内径一致的等径式密封结构相比更利于装卸泛塞封1133，基于一体式密封结构还降低了第一压头1的设置高度。此外，第二密封孔1132的内径设置为适用于泛塞封1133的装卸。通过设置泛塞封1133，能同时实现对渗流介质的密封和避免岩石试样6剪切破坏后的碎屑影响密封性，减少了不同用途的密封件的使用数量，进而降低了第一压头1的高度。通过将活塞板312固定在橡胶囊32远离岩石试样6一端的连接方式，既能保证活塞部件31和橡胶囊32的连接强度，还能缩短凹槽部117的设置深度，进而缩短了第一压头1的高度。本实施例缩短了第一压头1的设置高度，以使高温高压真三轴直剪破裂渗流耦合测试装置适用于高温高压三轴试验机狭小的压力仓。

参照图11所示，进一步，移液组件4用于向第一液压油通道111内注入液压油。移液组件4包括注射器41以及与注射器41连通的长尾滴管42。长尾滴管42能够依次伸入第一液压油通道水平段1111、第一液压油通道竖直段1112、第二液压油通道313并进入橡胶囊32的空腔，注射器41通过长尾滴管42将液压油注入橡胶囊32内，橡胶囊32在注入液压油的同时向外界排出空腔内的空气。第一液压油通道水平段1111和第一液压油通道竖直段1112的连接处设置为圆弧过渡连接，便于长尾滴管42的伸入操作。

进一步，本实施例的高温高压真三轴单向直剪破裂渗流耦合测试装置的安装和使用方法如下：

S1：首先，将密封圈3112和挡圈3113依次套设于环状凹槽3111，泛塞封1133装入第一密封孔1131内。接着，将活塞部件31的活塞杆311插入活塞孔112、第一密封孔1131和第二密封孔1132所形成的空间内，至橡胶囊32远离岩石试样6一端的端面抵靠在凹槽部117的底部。然后，将垫板33贴合于橡胶囊32靠近岩石试样6一端的端面，此时橡胶囊32和垫板33容纳在第一压头1上的凹槽部117内，橡胶囊32和垫板33的总高度与凹槽部117的深度一致，垫板33靠近岩石试样6的一端端面与第一压头主体11靠近岩石试样6的一端端面齐平，垫板33和第一压头主体11对合后的横截面为长方形，垫板33上的第二渗流网路凹槽331和第一压头主体11上的第一渗流网路凹槽115连通。

S2：首先，在渗流通道容纳段1143内设置过滤层，在第一渗流网路凹槽115和岩石试样6之间以及第二渗流网路凹槽331和岩石试样6之间设置多层过滤层。

接着，将两个第一压头1和两个压力组件3均分别以关于岩石试样6中心对称的方式设置在岩石试样6的上下两侧，将两个第二压头2分别以关于岩石试样6中心对称的方式设置在岩石试样6的左右两侧，使得相邻的第一压头1和第二压头2各自对应的第一压头主体螺纹孔116和第二延伸部螺纹孔221相配合，或者第一延伸部螺纹孔121和第二压头主体螺纹孔211相配合。

随后将塞块7分别放入第一延伸部12和第二压头主体21之间，以及第二延伸部22和第一压头主体11之间。随后将第一压头1、第二压头2、压力组件3和岩石试样6放置在预装配夹紧装置中。再将螺栓分别依次穿过第二延伸部螺纹孔221和第一压头主体螺纹孔116，以及第一延伸部螺纹孔121和第二压头主体螺纹孔211，以将两个第一压头1、两个第二压头2、两个压力组件3以及岩石试样6固定连接。

S3：首先，在第一压头1、第二压头2、压力组件3以及岩石试样6的装配体的表面涂设耐油耐高温密封胶。接着，利用真空泵对耐油耐高温密封胶进行抽真空操作以抽出耐油耐高温密封胶内的气泡，随后将装配体放入保温箱内保温至烘干，使得耐油耐高温密封胶能够将两个第一压头1、两个第二压头2、两个压力组件3以及岩石试样6固定连接。最后，拆除螺栓，以防止螺栓影响后续剪切测试时第一压头1和第二压头2之间的相互错动。

S4：首先，将长尾滴管42依次由第一液压油通道111和第二液压油通道313伸入橡胶囊32的空腔内，再将注射器41和长尾滴管42连通，注射器41经长尾滴管42向橡胶囊32的空腔内注入液压油，直至橡胶囊32内充满液压油并由第一液压油通道111流出。接着，将渗流管5与渗流通道114连通。然后，将本装置和岩石试样6一并放入三轴试验机的压力仓内。塞块7用于密封第一压头1和第二压头2之间的缝隙，避免第一压头1和第二压头2相互错动后，压力仓内的液压油由第一压头1和第二压头2之间的缝隙进入岩石试样6与岩石试样6接触而导致试验失败。

S5：本实施例采用的三轴试验机的压力仓为自平衡压力仓，向岩石试样6施加侧向围压时不影响向岩石试样6施加的轴压。

三轴试验机以一定的应力速率向岩石试样6施加侧向围压，橡胶囊32内的液压油通过垫板33以一定应力速率向岩石试样6施加压力，使岩石试样6处于静水受力状态。

由渗流管5向渗流通道114内注入渗流介质，使得渗流介质经过渗流通道114依次进入第一渗流网路凹槽115和第二渗流网路凹槽331，第一渗流网路凹槽115和第二渗流网路凹槽331内的渗流介质向岩石试样6施加渗透压，渗流介质的注入采用恒定压力控制，使得岩石试样6承受恒定的渗透压。

记录试验过程中渗流介质的流量、岩石试样6上下、左右和前后方向的变形量以及岩石试样6的左右方向和上下方向承受的压力值。

S6：当渗流介质的流量的稳定状态持续10分钟后，三轴试验机开启加温模式，该加温模式会造成渗流介质的流量发生改变。等待温度和渗流介质的流量保持稳定。

S7：当渗流介质的流量稳定时，三轴试验机通过两个第二压头2向岩石试样6的左右方向施加轴压，并逐渐增大至设定值。同时，三轴试验机通过两个第一压头1向岩石试样6的上下方向施加采用位移控制的轴压，并继续至岩石试样6发生剪切破坏。此过程中，轴压的增大会造成渗流介质的流量发生改变。

S8：当渗流介质的流量的稳定状态持续10分钟后，继续增大岩石试样6上下方向的轴压。此过程中，轴压的增大会造成渗流介质的流量发生改变。持续记录剪切过程中渗流介质的流量的变化。

S9：试验结束，取出高温高压真三轴直剪破裂渗流耦合测试装置和破裂的岩石试样6。

实施例2

参照图12和图13所示，本发明实施例提出一种高温高压真三轴直剪破裂渗流耦合测试装置，用于对岩石试样6进行双向剪切测试，包括两个第一压头1，两个第二压头2和四个压力组件3。其中，第一压头1和第二压头2的结构相同，四个压力组件3的结构相同，且第一压头1与对应的压力组件3之间的装配方式与第二压头2与对应的压力组件3之间的装配方式一致。两个第一压头1和两个压力组件3均分别以关于岩石试样6中心对称的方式设置在岩石试样6的上下两侧，两个第二压头2和两个压力组件3均分别以关于岩石试样6中心对称的方式设置在岩石试样6的左右两侧。移液组件4用于向第一压头1、第二压头2和压力组件3注入液压油。

第一压头1、第二压头2、压力组件3和岩石试样6的装配体一并放入三轴试验机的压力仓内。其中，位于岩石试样6上下两侧的第一压头1和压力组件3用于向岩石试样6的上下方向施加渗透压，其中的压力组件3还用于向岩石试样6的上下方向施加压力。位于岩石试样6左右两侧的第二压头2和压力组件3用于向岩石试样6的左右方向施加渗透压，其中的压力组件3还用于向岩石试样6的左右方向施加压力。三轴试验机的压力仓通过液压油向岩石试样6的前后方向施加侧向围压，通过第一压头1向岩石试样6的上下方向施加轴压，通过第二压头2向岩石试样6的左右方向施加轴压，三轴试验机还用于为岩石试样6提供高温环境。

由于地震或地质变化等自然现象以及钻井或爆破人类活动对深部岩石的施力方向具有不确定性，使得岩石受力剪切破坏时的剪切方向也具有不确定性。然而，当前对岩石试样6的直剪测试均为单一方向的剪切，无法模拟实际深部岩石经不同剪切方向破坏后，岩石的层理面与剪切面处于不同夹角关系下的岩石的变形和渗透率的各向异性。若采用不同取样角度的岩石试样6进行直剪测试来探究岩石的变形和渗透率的各向异性，会由于钻机钻取岩石试样6时的震动破坏岩石试样6的层理，使得测试结构存在较大偏差，因此，依靠岩石试样6的不同取样角度来来探究岩石的变形和渗透率的各向异性的方式精确度较低。

而本测试装置结合“两刚一柔”型三轴试验机，具备对岩石试样6进行双向剪切的功能，通过调整包括岩石试样6的上下方向和左右方向的两个方向的剪切载荷的大小和比例，能够代替采用不同取样角度的岩石试样6，以精确获得岩石的层理面与剪切面处于不同夹角关系下的岩石的变形和渗透率的各向异性。

本测试装置结合“两刚一柔”型三轴试验机能够在高温-高应力-高渗透压的复合条件下对岩石试样6进行真三轴双向直剪破裂渗流耦合测试，以准确获取岩石试样6在真三轴应力下，即不同剪切方向下的抗剪切强度和发生剪切破坏前后的裂隙渗透率的变化情况。为揭示深部高温高应力高渗流介质压力赋存环境下工程岩体性能演化与灾变机理提供理论依据。同时，本测试装置能够结合现有的“两刚一柔”型三轴试验机进行测试，能够大幅降低测试实验的成本。

参照图12和图13 所示，进一步，本实施例中的第一压头1和第二压头2均与实施例1中的第一压头1的结构一致。但本实施例中，第一压头1的第一压头主体11靠近岩石试样6的一端端面的长度大于岩石试样6的边长和凹槽部117的深度之和。第一压头主体21的长度优选为大于岩石试样6的边长和凹槽部117的深度之和10mm及以上。类似地，第二压头2的第二压头主体21靠近岩石试样6的一端端面的长度大于岩石试样6的边长和凹槽部117的深度之和。第二压头主体21的长度优选为大于岩石试样6的边长和凹槽部117的深度之和10mm以上。凹槽部117底部的较长边的长度大于岩石试样6的边长，凹槽部117底部的较长边的长度优选大于岩石试样6的边长至少5mm，避免岩石试样6抵靠第一压头主体11靠近岩石试样6的一端端面造成试验失败。

本实施例中的压力组件3的结构和实施例1中的压力组件3的结构一致。

进一步，本实施例的高温高压真三轴双向直剪破裂渗流耦合测试装置的安装和使用方法如下：

S1：首先，将密封圈3112和挡圈3113依次套设于环状凹槽3111，泛塞封1133装入第一密封孔1131内。接着，将活塞部件31的活塞杆311插入活塞孔112、第一密封孔1131和第二密封孔1132所形成的空间内，至橡胶囊32远离岩石试样6一端的端面抵靠在凹槽部117的底部。然后，将垫板33贴合于橡胶囊32靠近岩石试样6一端的端面，此时橡胶囊32和垫板33容纳在第一压头主体11上的凹槽部117内，橡胶囊32和垫板33的总高度与凹槽部117的深度一致，垫板33靠近岩石试样6的一端端面与第一压头主体11靠近岩石试样6的一端端面齐平，垫板33和第一压头主体11对合后的横截面为长方形，垫板33上的第二渗流网路凹槽331和第一压头主体11上的第一渗流网路凹槽115连通。

S2：首先，在渗流通道容纳段1143内设置过滤层，在第一渗流网路凹槽115和岩石试样6之间以及第二渗流网路凹槽331和岩石试样6之间设置多层过滤层。接着，将两个第一压头1和两个压力组件3均分别以关于岩石试样6中心对称的方式设置在岩石试样6的上下两侧，将两个第二压头2和两个压力组件3分别以关于岩石试样6中心对称的方式设置在岩石试样6的左右两侧，使得相邻的第一压头1和第二压头2各自对应的第一压头主体螺纹孔116和第二延伸部螺纹孔221相配合，或者第一延伸部螺纹孔121和第二压头主体螺纹孔211相配合。随后将塞块7分别放入第一延伸部12和第二压头主体21之间，以及第二延伸部22和第一压头主体11之间。随后将第一压头1、第二压头2、压力组件3和岩石试样6的装配体放置在预装配夹紧装置中。再将螺栓分别依次穿过第二延伸部螺纹孔221和第一压头主体螺纹孔116，以及第一延伸部螺纹孔121和第二压头主体螺纹孔211，以将两个第一压头1、两个第二压头2、四个压力组件3以及岩石试样6固定连接。

S3：在第一压头1、第二压头2、压力组件3以及岩石试样6的装配体的表面涂设耐油耐高温密封胶，再利用真空泵对耐油耐高温密封胶进行抽真空操作以抽出耐油耐高温密封胶内的气泡，随后将装配体放入保温箱内保温至烘干，使得耐油耐高温密封胶能够将第一压头1、第二压头2、压力组件3以及岩石试样6固定连接。接着，拆除螺栓，以防止螺栓影响后续剪切测试时第一压头1和第二压头2之间的相互错动。

S4：首先，将长尾滴管42依次由第一液压油通道111和第二液压油通道313伸入橡胶囊32的空腔内，再将注射器41和长尾滴管42连通，注射器41经长尾滴管42向橡胶囊32的空腔内注入液压油，直至橡胶囊32内充满液压油并由第一液压油通道111流出。接着，将渗流管5与渗流通道114连通。然后，将本装置和岩石试样6一并放入三轴试验机的压力仓内。

S5：本实施例采用的三轴试验机的压力仓为自平衡压力仓，向岩石试样6施加侧向围压时不影响向岩石试样6施加的轴压。

三轴试验机以一定的应力速率向岩石试样6施加侧向围压，橡胶囊32内的液压油通过垫板33以相同的应力速率自动向岩石试样6施加压力，使岩石试样6处于静水受力状态。

由渗流管5向渗流通道114内注入渗流介质，渗流介质经过渗流通道114依次进入第一渗流网路凹槽115和第二渗流网路凹槽331，第一渗流网路凹槽115或第二渗流网路凹槽331内的渗流介质向岩石试样6施加渗透压，渗流介质的注入采用恒定压力控制，使得岩石试样6的上下方向或左右方向承受恒定的渗透压，以测试不同方向的渗透压对岩石试样6的剪切测试的影响。

记录试验过程中渗流介质的流量、岩石试样6上下、左右和前后方向的变形量和径向的变形量以及岩石试样6上下方向和左右方向承受的压力值。

S6：当渗流介质的流量的稳定状态持续10分钟后，三轴试验机开启加温模式，该加温模式会造成渗流介质的流量发生改变。等待温度和渗流介质的流量保持稳定。

S7：当渗流介质的流量稳定时，三轴试验机通过位于岩石试样6上下方向的第一压头1向岩石试样6施加上下方向的轴压，以及通过位于岩石试样6左右方向的第二压头2向岩石试样6施加左右方向的轴压。上下方向和左右方向的轴压值根据试验方案中剪切面与岩石试样6的层理面的夹角进行确定。本实施例采用位移控制的方式向岩石试样6施加轴压，并持续增大轴压值直至岩石试样6发生剪切破坏。此过程中，轴压的增大会造成渗流介质的流量发生改变。

S8：当渗流介质的流量的稳定状态持续10分钟后，继续增大向岩石试样6的上下方向以及左右方向施加的轴压值。此过程中，轴压的增大会造成渗流介质的流量发生改变。持续记录剪切过程中渗流介质的流量的变化。

S9：试验结束，取出高温高压真三轴直剪破裂渗流耦合测试装置和破裂的岩石试样6。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行改动、修改、替换和变型。

Claims (8)

1.一种高温高压真三轴直剪破裂渗流耦合测试装置，包括两个第一压头（1）和两个压力组件（3），两个所述第一压头（1）和两个所述压力组件（3）均分别以关于岩石试样（6）中心对称的方式设置在所述岩石试样（6）的上下两侧；

其特征在于：还包括两个第二压头（2），两个所述第二压头（2）以关于所述岩石试样（6）中心对称的方式设置在所述岩石试样（6）的左右两侧；

所述第一压头（1）为一体式构件，包括第一压头主体（11），所述第一压头主体（11）靠近所述岩石试样（6）的一端设有向内凹陷的凹槽部（117），所述凹槽部（117）朝向所述岩石试样（6）开放；

所述压力组件（3）包括橡胶囊（32）和垫板（33），所述橡胶囊（32）和所述垫板（33）容纳在所述凹槽部（117）内，且沿着所述凹槽部（117）的深度方向依次布置；所述橡胶囊（32）为空腔结构，贴合所述凹槽部（117）的底壁设置；所述垫板（33）的一端贴合于所述岩石试样（6），另一端贴合于所述橡胶囊（32）；

所述第一压头主体（11）靠近所述岩石试样（6）的端面与所述垫板（33）靠近所述岩石试样（6）的端面齐平，且贴合于所述岩石试样（6）；

所述第一压头主体（11）上设有第一液压油通道（111）和渗流通道（114）；

所述橡胶囊（32）的空腔和所述第一液压油通道（111）连通，所述第一液压油通道（111）用于向所述橡胶囊（32）内注入液压油，所述橡胶囊（32）通过所述垫板（33）向所述岩石试样（6）施加压力；

所述第一压头主体（11）靠近所述岩石试样（6）的端面设有第一渗流网路凹槽（115），所述垫板（33）靠近所述岩石试样（6）的端面设有第二渗流网路凹槽（331）；

沿渗流介质的流动方向，所述渗流通道（114）、所述第一渗流网路凹槽（115）和所述第二渗流网路凹槽（331）依次连通，所述第一渗流网路凹槽（115）和所述第二渗流网路凹槽（331）内的渗流介质用于向所述岩石试样（6）施加渗透压；

所述第一压头（1）、所述第二压头（2）、所述压力组件（3）和所述岩石试样（6）装配后一并放入三轴试验机的压力仓内；

所述三轴试验机通过液压油向所述岩石试样（6）的前后方向施加侧向围压，通过所述第一压头（1）向所述岩石试样（6）的上下方向施加轴压，通过所述第二压头（2）向所述岩石试样（6）的左右方向施加轴压，以及向所述岩石试样（6）提供高温环境；

所述第一压头主体上还设有活塞孔（112）和渗流介质密封结构（113）；

所述渗流介质密封结构（113）包括第一密封孔（1131）、第二密封孔（1132）以及设置在所述第一密封孔（1131）内的泛塞封（1133）；

沿液压油的流动方向，所述第一液压油通道（111）、所述活塞孔（112）、所述第一密封孔（1131）、所述第二密封孔（1132）和所述凹槽部（117）依次连通；

所述第一密封孔（1131）的内径大于所述活塞孔（112）和所述第二密封孔（1132）的内径；

所述压力组件（3）还包括活塞部件（31），所述活塞部件（31）包括活塞杆（311）和活塞板（312）；

所述活塞板（312）以围绕所述活塞杆（311）外周向侧壁的方式设置在所述活塞杆（311）靠近所述岩石试样（6）的一端；

所述活塞杆（311）容纳在所述活塞孔（112）、所述第一密封孔（1131）和所述第二密封孔（1132）所形成的空间内，且所述活塞杆（311）远离所述岩石试样（6）的一端端面抵接所述活塞孔（112）的底壁；

所述活塞板（312）位于所述橡胶囊（32）的内部，且固定在所述橡胶囊（32）上；

所述活塞部件（31）上设有贯通所述活塞杆（311）的第二液压油通道（313），所述第二液压油通道（313）的一端与所述第一液压油通道（111）连通，另一端与所述橡胶囊（32）的空腔连通；

所述压力组件（3）还包括液压油密封结构，所述液压油密封结构设置在所述活塞杆（311）远离所述岩石试样（6）的一端；

所述液压油密封结构包括环状凹槽（3111）、密封圈（3112）和挡圈（3113）；

所述环状凹槽（3111）由所述活塞杆（311）的外周向侧壁向内凹陷形成，所述密封圈和所述挡圈（3113）设置在所述环状凹槽（3111）内。

2.如权利要求1所述的高温高压真三轴直剪破裂渗流耦合测试装置，其特征在于，所述密封圈（3112）和所述挡圈（3113）的材质为氟胶、硅胶或聚四氟乙烯。

3.如权利要求1所述的高温高压真三轴直剪破裂渗流耦合测试装置，其特征在于，所述橡胶囊（32）靠近所述活塞部件（31）的一端设有橡胶囊孔（321），所述橡胶囊孔（321）的内径等于所述活塞杆（311）的外径；

所述活塞杆（311）插接于所述橡胶囊孔（321）内，所述活塞板（312）远离所述岩石试样（6）的一端端面固定在所述橡胶囊（32）远离所述岩石试样（6）的一端端壁的内侧。

4.如权利要求1所述的高温高压真三轴直剪破裂渗流耦合测试装置，其特征在于，沿渗流介质的流动方向，所述渗流通道（114）包括依次连通的渗流通道水平段（1141）、渗流通道竖直段（1142）和渗流通道容纳段（1143）；

所述渗流通道容纳段（1143）内设置过滤层；

沿液压油的流通方向，所述第一液压油通道（111）依次包括第一液压油通道水平段（1111）和第一液压油通道竖直段（1112），所述第一液压油通道水平段（1111）和所述第一液压油通道竖直段（1112）的连接处设置为圆弧过渡连接。

5.如权利要求1所述的高温高压真三轴直剪破裂渗流耦合测试装置，其特征在于，还包括移液组件（4），所述移液组件（4）包括注射器（41）以及与所述注射器（41）连通的长尾滴管（42）。

6.如权利要求1所述的高温高压真三轴直剪破裂渗流耦合测试装置，其特征在于，沿渗流介质的流动方向，所述第一渗流网路凹槽（115）包括依次连通的第一渗流孔（1151）和第一多排多列凹槽（1152）；

所述第一多排多列凹槽（1152）围绕所述第一渗流孔（1151）设置；

所述第二渗流网路凹槽（331）为彼此连通的多排多列凹槽；

所述第一渗流网路凹槽（115）与所述岩石试样（6）之间设置多层过滤层，所述第二渗流网路凹槽（331）与所述岩石试样（6）之间设置多层过滤层。

7.如权利要求1所述的高温高压真三轴直剪破裂渗流耦合测试装置，其特征在于，

所述第二压头（2）的结构与所述第一压头（1）的结构一致；

在所述岩石试样（6）的左右两侧以关于所述岩石试样（6）中心对称的方式设置两个额外的所述压力组件（3）；

所述第二压头（2）与对应的所述压力组件（3）之间的装配方式与所述第一压头（1）与对应的所述压力组件（3）之间的装配方式一致。

8.一种如权利要求1-7任一项所述的高温高压真三轴直剪破裂渗流耦合测试装置的使用方法，其特征在于：

S1：两个所述第一压头（1）和两个所述压力组件（3）均分别以关于所述岩石试样（6）中心对称的方式设置在所述岩石试样（6）的上下两侧，两个所述第二压头（2）分别以关于所述岩石试样（6）中心对称的方式设置在所述岩石试样（6）的左右两侧；

S2：在所述第一压头（1）、所述第二压头（2）、所述压力组件（3）以及所述岩石试样（6）的装配体的表面涂设耐油耐高温密封胶，再利用真空泵对所述耐油耐高温密封胶进行抽真空操作，以抽出所述耐油耐高温密封胶内的气泡；

随后将所述装配体放入保温箱内保温至烘干，以使所述耐油耐高温密封胶将所述第一压头（1）、所述第二压头（2）、所述压力组件（3）以及所述岩石试样（6）固定连接；

S3：向所述第一液压油通道（111）内注入液压油，所述液压油进入所述橡胶囊（32）的空腔，直至所述橡胶囊（32）内充满液压油并由所述第一液压油通道（111）流出，将所述装配体放入所述三轴试验机的压力仓内；

S4：所述三轴试验机通过液压油向所述岩石试样（6）的前后方向施加侧向围压，同时所述橡胶囊（32）内的液压油通过所述垫板（33）以相同的应力速率向所述岩石试样（6）施加压力，使所述岩石试样（6）处于静水受力状态；

S5：向所述渗流通道（114）内注入所述渗流介质，使得所述渗流介质经过所述渗流通道（114）依次进入所述第一渗流网路凹槽（115）和所述第二渗流网路凹槽（331）；

所述第一渗流网路凹槽（115）和所述第二渗流网路凹槽（331）内的渗流介质向所述岩石试样（6）施加渗透压，渗流介质的注入采用恒定压力控制，使得所述岩石试样（6）承受恒定的渗透压；

记录试验过程中所述渗流介质的流量、所述岩石试样（6）上下、前后和左右方向的变形量以及所述岩石试样（6）承受的轴压值；

S6：当渗流介质的流量的稳定状态持续10分钟后，所述三轴试验机开启加温模式，等待温度和所述渗流介质的流量保持稳定；

S7：当所述渗流介质的流量保持稳定时，所述三轴试验机向所述岩石试样（6）施加左右方向的轴压，并逐渐增大至设定值，同时，所述三轴试验机向所述岩石试样（6）施加采用位移控制的上下方向的轴压，并逐渐增大轴压值至所述岩石试样（6）发生剪切破坏；

或者，当所述渗流介质的流量保持稳定时，所述三轴试验机同时向所述岩石试样（6）施加左右方向和上下方向的轴压，并逐渐增大轴压值至所述岩石试样（6）发生剪切破坏；

S8：当渗流介质的流量的稳定状态持续10分钟后，继续增大所述岩石试样（6）上下方向的轴压值；

持续记录剪切过程中渗流介质的流量的变化；

S9：试验结束，取出所述高温高压真三轴直剪破裂渗流耦合测试装置和破裂的所述岩石试样（6）。

Images