一種高溫高壓下測(cè)量巖石剪切滲流的裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于巖石力學(xué)領(lǐng)域，尤其涉及一種高溫高壓下測(cè)量巖石剪切滲流的裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]巖石的剪切滲流是重大地質(zhì)災(zāi)害研宄的基礎(chǔ)，如地震和滑坡產(chǎn)生的機(jī)理、能源資源開(kāi)發(fā)中水力壓裂誘發(fā)的斷層活化機(jī)理等。目前，巖石剪切滲流的測(cè)量裝置有:常溫低壓(圍壓小于20MPa)下，直剪滲流的測(cè)量裝置；常溫高壓下，斜剪滲流的測(cè)量裝置；高溫高壓下，斜剪滲流的測(cè)量裝置。斜剪滲流的測(cè)量裝置存在:因剪切面與試樣軸線有一定夾角，在剪切滑移過(guò)程中剪切面積發(fā)生變化，試樣局部應(yīng)力狀態(tài)改變；滲流流體經(jīng)過(guò)的路徑不規(guī)則，導(dǎo)致無(wú)法準(zhǔn)確確定滲流截面幾何尺寸；剪切位移小，尤其是高溫時(shí)僅2_左右的缺點(diǎn)。直剪滲流的測(cè)量裝置，雖然剪切位移較大，但由于壓力釜內(nèi)的試樣不一樣長(zhǎng)，試樣剪切過(guò)程中密封套內(nèi)出現(xiàn)一段空白區(qū)域，一方面密封套極易向內(nèi)變形，使測(cè)量無(wú)法進(jìn)行，另一方面長(zhǎng)短試樣受力一樣，圍壓增高后易使試樣破斷，導(dǎo)致測(cè)量失敗。因此，目前國(guó)內(nèi)外尚無(wú)高溫高壓下巖石大位移剪切(直剪)滲流測(cè)量裝置的報(bào)導(dǎo)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明旨在克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供一種高溫高壓下測(cè)量巖石剪切滲流的裝置，解決目前尚無(wú)在高溫高壓下，測(cè)量巖石大位移剪切滲流裝置的技術(shù)問(wèn)題。
[0004]本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的:
[0005]一種高溫高壓下測(cè)量巖石剪切滲流的裝置，包括:放置巖石試樣的壓力釜，所述壓力釜水平軸向設(shè)置，壓力釜的內(nèi)腔裝有耐高溫橡膠套，耐高溫橡膠套內(nèi)放置巖石試樣，壓力釜的兩端面帶有法蘭，右端法蘭通過(guò)螺栓與軸向加壓缸的法蘭連接，左端法蘭通過(guò)螺栓與軸向固定缸的法蘭連接；所述軸向加壓缸的中空活塞桿前端設(shè)有帶密封圈的軸向壓頭，軸向加壓缸的中空活塞桿由軸壓高壓泵驅(qū)動(dòng)；所述軸向固定缸的內(nèi)腔依次放入承壓鋼塊、帶密封圈的軸向壓頭和與軸向固定缸螺紋連接的中空固定螺柱；所述壓力釜通過(guò)注入口與圍壓高壓泵連接，并安裝有圍壓高壓泵閥，所述壓力釜通過(guò)輸出口可與真空泵連接，并安裝有高壓閥，所述壓力釜通過(guò)傳感器接口接入壓力釜內(nèi)溫度傳感器，所述壓力釜的外圍纏繞加熱帶，加熱帶外部設(shè)置隔熱物；所述軸向加壓缸的中空活塞桿的內(nèi)腔設(shè)置高壓管，高壓管的一端與孔隙壓高壓泵連接，另一端與軸向壓頭的中心孔連通。
[0006]進(jìn)一步，所述耐高溫橡膠套的內(nèi)徑與巖石試樣的直徑相同，即dt= Dtl，壁厚為2?3毫米，長(zhǎng)度與壓力釜的的長(zhǎng)度相同，即Lt = Lf，耐高溫橡膠套的兩端設(shè)有壁厚為e的法蘭式密封面。
[0007]進(jìn)一步，所述壓力釜兩端的開(kāi)口直徑根據(jù)耐高溫橡膠套的內(nèi)徑和壁厚確定，即Cl1=dt+2e，長(zhǎng)度與耐高溫橡膠套的長(zhǎng)度和巖石短試樣的長(zhǎng)度相同，即Lf= Lt = Ltl，中間空腔直徑大于兩端開(kāi)口直徑。
[0008]進(jìn)一步，所述巖石試樣為兩塊截面形狀和尺寸相同、長(zhǎng)度不同的半圓柱體巖石短試樣和半圓柱體巖石長(zhǎng)試樣組合而成，從而在兩塊巖石試樣之間形成可和軸向壓頭的中心孔相通的接觸縫隙；所述半圓柱體巖石短試樣的直徑為Dtl，長(zhǎng)度與壓力釜的長(zhǎng)度相同，所述半圓柱體巖石長(zhǎng)試樣的直徑為Dtl，長(zhǎng)度大于壓力釜的長(zhǎng)度，兩塊試樣長(zhǎng)度差值即為剪切滑移量。
[0009]進(jìn)一步，所述巖石試樣也可為兩塊截面形狀和尺寸相同、長(zhǎng)度不同的半方柱體巖石試樣。
[0010]采用本發(fā)明測(cè)量巖石剪切滲流的方法，其測(cè)量步驟為:
[0011](I)將耐高溫橡膠套裝入兩端均開(kāi)口的壓力釜內(nèi)；
[0012](2)將兩塊截面形狀和尺寸相同、長(zhǎng)度不同的半圓柱體巖石短試樣和半圓柱體巖石長(zhǎng)試樣組合后放入所述耐高溫橡膠套內(nèi)；
[0013](3)將壓力釜的法蘭與軸向加壓缸的法蘭用緊固螺栓連接，同時(shí)，通過(guò)螺栓緊固力將壓力釜與軸向加壓缸之間的耐高溫橡膠套兩端的法蘭式密封面進(jìn)行擠壓，對(duì)壓力釜內(nèi)腔的一端實(shí)施密封；
[0014](4)移動(dòng)軸向加壓缸內(nèi)的中空活塞桿，使帶有密封圈的軸向壓頭與半圓柱體巖石長(zhǎng)試樣接觸；
[0015](5)調(diào)整半圓柱體巖石短試樣和半圓柱體巖石長(zhǎng)試樣的水平位置，使二者在軸向加壓缸內(nèi)的端面具有一定的位置差，該位置差等于預(yù)設(shè)的試樣剪切滑移量；即:兩試樣在壓力釜內(nèi)的長(zhǎng)度等于壓力釜長(zhǎng)度，半圓柱體巖石長(zhǎng)試樣露于軸向加壓缸內(nèi)的長(zhǎng)度為剪切滑移量，使得半圓柱體巖石短試樣與軸向壓頭之間的空間至少等于預(yù)設(shè)試樣的剪切滑移量；
[0016](6)將壓力釜的法蘭與軸向固定缸的法蘭用緊固螺栓連接，同時(shí)，通過(guò)螺栓緊固力將壓力釜與軸向固定缸之間的耐高溫橡膠套兩端的法蘭式密封面進(jìn)行擠壓，使壓力釜內(nèi)腔的另一端實(shí)施密封；
[0017](7)在軸向固定缸的內(nèi)腔依次放入承壓鋼塊、帶有密封圈的軸向壓頭和與軸向固定缸螺紋連接的中空固定螺柱，轉(zhuǎn)動(dòng)中空固定螺柱使得軸向壓頭和承壓鋼塊向半圓柱體短試樣端部移動(dòng)，直至與半圓柱體短試樣接觸，停止轉(zhuǎn)動(dòng)中空固定螺柱；
[0018](8)通過(guò)與壓力釜連接的圍壓高壓泵，向耐高溫橡膠套的外壁和壓力釜的內(nèi)壁之間充滿(mǎn)傳壓介質(zhì)；
[0019](9)通過(guò)纏繞在壓力釜外圍的加熱帶對(duì)半圓柱體短試樣和半圓柱體長(zhǎng)試樣加熱；
[0020](10)當(dāng)圍壓和溫度均達(dá)到設(shè)定值后，啟動(dòng)與軸向加壓缸連通的軸壓高壓泵，通過(guò)中空活塞桿將壓力傳遞給軸向壓頭，推動(dòng)半圓柱體巖石長(zhǎng)試樣剪切滑移；同時(shí)，啟動(dòng)孔隙壓高壓泵，孔隙流體經(jīng)過(guò)高壓管到達(dá)軸向壓頭，并作用于半圓柱體巖石短試樣和半圓柱體巖石長(zhǎng)試樣之間的接觸裂縫面；
[0021](11)測(cè)量經(jīng)過(guò)軸向固定缸中的軸向壓頭流出的孔隙流體流速，獲得高溫高壓下巖石剪切過(guò)程中的滲流特性。
[0022]進(jìn)一步，所述傳壓介質(zhì)為液體導(dǎo)熱油或氣體。
[0023]進(jìn)一步，所述傳壓介質(zhì)為氣體時(shí)，需通過(guò)與壓力釜連接的真空泵，對(duì)壓力釜內(nèi)腔抽真空。
[0024]進(jìn)一步，所述半圓柱體巖石短試樣或?yàn)榘敕街w巖石短試樣，所述半圓柱體巖石長(zhǎng)試樣或?yàn)榘敕街w巖石長(zhǎng)試樣。
[0025]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，由于壓力釜水平布置，并設(shè)計(jì)有與右邊的軸向加壓缸和左邊的軸向固定缸連接的法蘭，其內(nèi)腔裝有異形結(jié)構(gòu)的耐高溫橡膠套，橡膠套內(nèi)放置由兩塊截面形狀和尺寸相同、長(zhǎng)度不同的半圓柱體組合而成的巖石試樣，并對(duì)壓力釜配置了加溫和圍壓施加裝置、軸向加壓缸配置了孔隙壓施加裝置，因此，本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)合理，操作簡(jiǎn)單，易于在高溫高壓下，實(shí)現(xiàn)巖石大位移剪切滲流測(cè)量的優(yōu)點(diǎn)。
【附圖說(shuō)明】
[0026]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖(氣體傳壓介質(zhì))；
[0027]圖2為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖(液體傳壓介質(zhì))；
[0028]圖3為壓力釜的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0029]圖4為圖3的A-A剖面圖；
[0030]圖5為圖3的B-B剖面圖；
[0031]圖6為為耐高溫橡膠套的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0032]圖7為圖6的C-C剖面圖；
[0033]圖8為半圓柱體巖石長(zhǎng)試樣的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0034]圖9為圖8的側(cè)視圖；
[0035]圖10為半圓柱體巖石短試樣的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0036]圖11為圖10的側(cè)視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0037]體現(xiàn)本發(fā)明特征與優(yōu)點(diǎn)的典型實(shí)施例，將結(jié)合附圖在以下的說(shuō)明中詳細(xì)敘述。應(yīng)理解的是本發(fā)明能夠在不同的實(shí)施例上具有各種的變化，其皆不脫離本發(fā)明的保護(hù)范圍，且其中的說(shuō)明及圖示在本質(zhì)上是當(dāng)作說(shuō)明之用，而非用以限制本發(fā)明。
[0038]實(shí)施例1
[0039]如圖1所示，一種高溫高壓下測(cè)量巖石剪切滲流的裝置(氣體傳壓介質(zhì))，包括:放置巖石試樣的壓力釜1，所述壓力釜I水平軸向設(shè)置，壓力釜I的內(nèi)腔裝有耐高溫橡膠套2，耐高溫橡膠套2內(nèi)放置