(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210585527.X (22)申请日 2022.05.27 (71)申请人 东北大学 地址 110819 辽宁省沈阳市和平区文化路 三号巷11号 申请人 长春市展拓试验仪 器有限公司 (72)发明人 赵骏　冯夏庭　薛佳超　姜超　 江梦飞　陈天宇　杨成祥　 (74)专利代理 机构 沈阳东大知识产权代理有限 公司 21109 专利代理师 尚云飞 (51)Int.Cl. G01N 3/24(2006.01) G01N 3/02(2006.01) G01N 15/08(2006.01) (54)发明名称 一种高温低摩擦岩石直接剪切渗流耦合试 验装置及方法 (57)摘要 一种高温低摩擦岩石直接剪切渗流耦合试 验装置及方法， 属于岩石室内加载试验技术领 域。 所述高温低摩擦岩石直接剪切渗流耦合试验 装置包括剪切盒装置、 用于进行高压水渗流的渗 流系统、 实现岩样在全密封环 境下试验的密封组 件以及实现渗流水压梯级监测的岩石渗流过程 监测系统， 剪切盒装置包括下剪切盒、 上剪切盒， 下剪切盒和上剪切盒均嵌有加热棒； 所述高温低 摩擦岩石直接剪切渗流耦合试验 方法包括S1、 试 验装置准备； S2、 进行高温剪切渗流试验。 所述高 温低摩擦岩石直接剪切渗流耦合试验装置及方 法能够实现含 结构面硬岩在完全密封环境下， 保 持高温恒定且保持高渗透压力长时加载能力， 并 实现岩石剪切过程破裂、 变形及渗流信息的精确 测量。 权利要求书2页 说明书6页 附图2页 CN 114993854 A 2022.09.02 CN 114993854 A 1.一种高温低摩擦岩石直接剪切渗流耦合试验装置， 其特征在于， 包括剪切盒装置、 渗 流系统、 密封组件以及岩石渗 流过程监测系统； 所述剪切盒装置包括设置在岩样外部的下剪切盒、 上剪切盒和法向传力板， 所述下剪 切盒和上剪切盒均内嵌有对岩样进行加热的加热棒， 所述上剪切盒与岩样之间设置有封水 件， 以防止岩 样内的水外溢； 所述渗流系统设置 于封水件和下剪切盒， 用于对岩 样进行高压水渗 流； 所述密封组件设置 于岩样外侧， 实现岩 样在全密封环境下 试验； 所述岩石渗流过程监测系统包括沿渗流方向均匀 布置的若干个渗流压力监测管路， 所 述渗流压力监测管路设置有用于采集 渗流水压的压力计， 以实现渗 流水压的梯级监测。 2.根据权利要求1所述的高温低摩擦岩石直接剪切渗流耦合试验装置， 其特征在于， 还 包括岩石破裂及变形信息监测系统， 所述岩石破裂及变形信息监测系统包括用于采集岩样 法向位移的法向变形测量装置、 用于采集岩样切向位移的切向变形测量装置以及用于采集 岩样破裂信息的声发射传感器， 所述声发射传感器设置 于法向传力板的内部 。 3.根据权利要求2所述的高温低摩擦岩石直接剪切渗流耦合试验装置， 其特征在于， 所 述法向变形测 量装置包括设置于上剪切盒上方 的变形测 量传感器一以及设置于下剪切盒 下方的法向支架， 所述法向支架的顶部与变形测量传感器一相连， 变形测量传感器一采集 岩样法向位移； 所述切向变形测量装置包括设置于上剪切盒侧面的变形测量传感器二以及 设置于下剪切盒侧 面的切向支架， 所述切向支架的端部与变形测 量传感器二相连， 变形测 量传感器二采集岩 样的切向位移。 4.根据权利要求1或2所述的高温低摩擦岩石直接剪切渗流耦合试验装置， 其特征在 于， 所述下剪切盒与上剪切盒滑动配合连接 。 5.根据权利要求1或2所述的高温低摩擦岩石直接剪切渗流耦合试验装置， 其特征在 于， 所述下剪切盒与上剪切盒的连接处设置有切向减摩滚珠排， 所述上剪切盒与封水件之 间设置有法向减摩滚珠排。 6.根据权利要求1或2所述的高温低摩擦岩石直接剪切渗流耦合试验装置， 其特征在 于， 所述渗流系统包括设置于封水件的若干个渗流入水口以及设置于下剪切盒的若干个渗 流出水口， 所述渗流入水 口和渗流出水 口分别位于岩样 中部的两侧， 所述渗流入水 口与高 压水进入管路相连， 以实现岩 样的高压水渗 流试验。 7.根据权利要求1或2所述的高温低摩擦岩石直接剪切渗流耦合试验装置， 其特征在 于， 所述密封组件包括密封条、 密封胶条一、 密封胶条二和密封胶条三； 所述密封条设置于 下剪切盒顶部， 并且所述密封条 的下方设置有密封水压管； 所述密封胶条一设置于封水件 与岩样之间， 防止岩样 内部高压水从岩样上部溢出； 所述密封胶条二设置于封水件与上剪 切盒之间， 防止上剪切盒运动过程中岩样 内部的高压水溢出； 所述密封胶条三设置于下剪 切盒顶部环形槽内， 并位于密封条的外侧， 防止岩 样内部的高压水溢出。 8.根据权利要求1或2所述的高温低摩擦岩石直接剪切渗流耦合试验装置， 其特征在 于， 还包括依 次设置于下剪切盒下方的定位块和支撑平台， 所述定位块设置于支撑平台的 中心。 9.一种高温低摩擦岩石直接剪切渗流耦合试验方法， 采用权利要求1所述的高温低摩 擦岩石直接 剪切渗流耦合试验 装置， 其特 征在于， 包括如下步骤：权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114993854 A 2S1、 试验装置准备， 将试验装置整体装配完成， 并在密封水压管中通入高压水， 进行密 封； S2、 将试验装置放置于压力试验机上， 通过加热棒加热岩样至设定温度， 在高压水进入 管路通入高压水， 在岩 样切向和法向进行应力加载， 进行高温剪切渗 流试验； 试验过程中， 变形测量传感器一采集岩样的法向位移、 变形测量传感器二采集岩样的 切向位移、 声发射传感器采集岩 样的破裂信号、 压力计采集 渗流水压。 10.根据权利要求9所述的高温低摩擦岩石直接剪切渗流耦合试验方法， 其特征在于， 所述步骤S1包括： S1.1、 将密封水压管和密封条依次放入下剪切盒的顶部凹槽内， 将下剪切盒顶部的环 形槽内涂满密封胶形成密封胶条三； S1.2、 将上剪切盒与下剪切盒滑动配合安装， 并在上剪切盒与下剪切盒的连接处放置 切向减摩滚珠排； S1.3、 将岩样放入下剪切盒内； S1.4、 将封水件的外侧凹槽内涂满密封胶形成密封胶条二， 再将封水件套在岩样外侧； 在上剪切盒与封水件之 间放置法向减摩 滚珠排， 将封水件内壁与岩样之间涂满密封胶形成 密封胶条一； S1.5、 将内置有 声发射传感器的法向传力板放置在岩 样的顶部； S1.6、 分别将法向变形测量装置、 切向变形测量装置、 高压水进入管路和 岩石渗流过程 监测系统安装在剪切盒装置上。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114993854 A 3