1.本发明涉及岩土力学试验技术领域，特别是涉及一种岩石节理裂隙压缩环剪渗流耦合试验盒。
背景技术：2.岩石的抗剪强度是评价岩石力学性质的重要指标之一，准确的获取强度参数对岩体工程具有重要的实际意义。现阶段，岩石抗剪强度主要通过室内试验获取，主要试验类型有：常规三轴试验、直接剪切试验及楔形剪切试验等。
3.但是现有的环剪渗流试验盒之间的密封性和旋转自由性协调不足，当密封性良好时，旋转阻力过大，影响剪切试验数据；当旋转阻力小时，密封性不足，渗流压力较大极易导致渗漏，使得渗流数据不准确；因此亟需一种岩石节理裂隙压缩环剪渗流耦合试验盒来解决上述问题，使得剪切渗流的密封性和旋转自由性的协调增加。
技术实现要素：4.本发明的目的是提供一种岩石节理裂隙压缩环剪渗流耦合试验盒，以解决上述现有技术存在的问题。
5.为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种岩石节理裂隙压缩环剪渗流耦合试验盒，包括：
6.剪切盒，所述剪切盒包括转动连接的上盒体和下盒体，所述上盒体和所述下盒体均固定安装在试验装置上；
7.试样，所述试样设置在所述上盒体与所述下盒体之间，所述试样分别与所述上盒体和所述下盒体固接；所述试样的截面为环形；
8.密封机构，所述密封机构转动连接在所述上盒体外侧壁，所述密封机构的底端固定安装在所述下盒体的顶端；
9.渗流组件，所述渗流组件连通所述试样内部，所述渗流组件的进出口分别伸出所述上盒体和所述下盒体；
10.围压组件，所述围压组件连通所述剪切盒的内腔，所述围压组件的进出口分别伸出所述上盒体和所述下盒体。
11.优选的，所述密封机构包括密封圈，所述密封圈与所述上盒体的外侧壁转动连接，所述密封圈的底端通过密封螺栓固定安装在所述下盒体的顶端；所述密封圈与所述上盒体之间对应开设有滚珠槽，所述滚珠槽内设置有若干第一滚珠；所述密封圈内壁开设有若干道密封槽，所述密封槽内设置有密封环，所述密封环套设在所述上盒体外壁并与所述上盒体抵接。
12.优选的，所述密封圈上贯穿开设有连接孔，所述连接孔连通所述滚珠槽，所述连接孔的直径与所述第一滚珠相适配，所述连接孔内固定安装有封闭螺栓。
13.优选的，所述上盒体的底端通过若干支撑柱转动连接有滚动块，所述滚动块外壁
与所述密封圈内壁滑动接触，所述滚动块与所述密封环之间设置有轴承；所述滚动块与所述下盒体顶面抵接，所述滚动块的内壁与所述试样抵接。
14.优选的，所述密封圈与所述下盒体之间设置有密封垫。
15.优选的，所述上盒体包括与试验装置固定安装的上连接板，所述上连接板的底端固接有上连接筒，所述密封圈与所述上连接筒转动连接；所述上连接筒的底端同轴开设有上空腔和上安装槽，所述试样固定安装在所述上安装槽内；所述围压组件的出口与所述上空腔连通，所述渗流组件的出口与所述上安装槽连通。
16.优选的，所述下盒体包括与试验装置固定安装的下连接板，所述下连接板的顶端固接有下连接筒，所述密封圈与所述下连接筒固定安装；所述下连接筒的顶端同轴开设有下空腔和下安装槽；所述下空腔与所述上空腔对应设置，所述下安装槽与所述上安装槽对应设置；所述试样固定安装在所述下安装槽内；所述围压组件的进口与所述下空腔连通，所述渗流组件的进口与所述下安装槽连通。
17.优选的，所述上连接筒与所述下连接筒之间设置有若干第二滚珠，所述上连接筒与所述下连接筒转动连接。
18.本发明公开了以下技术效果：本发明公开了一种岩石节理裂隙压缩环剪渗流耦合试验盒，转动连接的上盒体和下盒体将空心圆柱形的试样固定住，由试验装置提供预订的轴压，并且按照设定的剪压力对试样进行环剪，密封装置对上盒体与下盒体之间进行密封，防止渗流试验中渗流的流体外泄导致渗流的试验数据不准确；密封装置与上盒体转动连接，与下盒体密封固接，在不影响上盒体与下盒体转动的同时提高了二者的密封性，提高了试验数据的准确性，解决了剪切试验不易防渗和渗透水压偏低等原因导致的不能有效模拟高渗流水压下的岩石节理力学、渗透特性的技术问题；渗流组件能按照预定设计提供不同压力的渗流模拟，围压组件则提供预订的围压模拟地层压力的挤压效果。本发明结构简单，在保证充足剪切自由度的前提下提高了渗流的密封性，提高了模拟渗流的压力，实现了高剪切自由度和高压力渗流的耦合试验，为研究高渗流水压下的岩石节理力学、渗透特性提供了数据支持。
附图说明
19.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
20.图1为本发明岩石节理裂隙压缩环剪渗流耦合试验盒结构示意图；
21.图2为本发明密封圈结构示意图；
22.图3为本发明试样结构示意图；
23.其中，1、上盒体；2、下盒体；3、试样；4、密封圈；5、密封螺栓；6、滚珠槽；7、第一滚珠；8、密封槽；9、密封环；10、连接孔；11、封闭螺栓；12、滚动块；13、轴承；14、密封垫；15、上连接板；16、上连接筒；17、上空腔；18、上安装槽；19、下连接板；20、下连接筒；21、下空腔；22、下安装槽；23、第二滚珠；24、支撑柱；25、第一进液管；26、第一出液管；27、第二进液管；28、第二出液管；29、阀件；30、压力计；31、橡胶套；32、加热丝；33、堵头。
具体实施方式
24.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。
25.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
26.参照图1-3，本发明提供一种岩石节理裂隙压缩环剪渗流耦合试验盒，包括：
27.剪切盒，剪切盒包括转动连接的上盒体1和下盒体2，上盒体1和下盒体2均固定安装在试验装置上；
28.试样3，试样3设置在上盒体1与下盒体2之间，试样3分别与上盒体1和下盒体2固接；试样3的截面为环形；
29.密封机构，密封机构转动连接在上盒体1外侧壁，密封机构的底端固定安装在下盒体2的顶端；
30.渗流组件，渗流组件连通试样3内部，渗流组件的进出口分别伸出上盒体1和下盒体2；
31.围压组件，围压组件连通剪切盒的内腔，围压组件的进出口分别伸出上盒体1和下盒体2。
32.本发明公开的岩石节理裂隙压缩环剪渗流耦合试验盒，转动连接的上盒体1和下盒体2将空心圆柱形的试样3固定住，由试验装置提供预订的轴压，并且按照设定的剪切力对试样3进行环剪，密封装置对上盒体1与下盒体2之间进行密封，防止渗流试验中渗流的流体外泄导致渗流的试验数据不准确；密封装置与上盒体1转动连接，与下盒体2密封固接，在不影响上盒体1与下盒体2转动的同时提高了二者的密封性，提高了试验数据的准确性，解决了剪切试验不易防渗和渗透水压偏低等原因导致的不能有效模拟高渗流水压下的岩石节理力学、渗透特性的技术问题；渗流组件能按照预定设计提供不同压力的渗流模拟，围压组件则提供预订的围压模拟地层压力的挤压效果。
33.进一步优化方案，密封机构包括密封圈4，密封圈4与上盒体1的外侧壁转动连接，密封圈4的底端通过密封螺栓5固定安装在下盒体2的顶端；密封圈4与上盒体1之间对应开设有滚珠槽6，滚珠槽6内设置有若干第一滚珠7；密封圈4内壁开设有若干道密封槽8，密封槽8内设置有密封环9，密封环9套设在上盒体1外壁并与上盒体1抵接。第一滚珠7在滚珠槽6内滚动，使密封圈4与上盒体1之间能自由转动，设置若干的密封环9，防止内部的流体从密封圈4与上盒体1之间的缝隙渗漏；密封圈4的底端通过密封螺栓5与下盒体2固定安装，对于试样3的安装和拆卸更加方便；同时拆卸时使密封圈4与上盒体1保持不动，防止后续使用的渗漏。
34.进一步的，密封圈4的顶端与上盒体1之间设置有堵头33。
35.进一步优化方案，密封圈4上贯穿开设有连接孔10，连接孔10连通滚珠槽6，连接孔10的直径与第一滚珠7相适配，连接孔10内固定安装有封闭螺栓11。两个滚珠槽6对应设置，将第一滚珠7夹在中间，既保证了密封圈4与上盒体1的同轴度，防止缝隙不均匀，同时第一滚珠7嵌入滚珠槽6内还起到键连接的作用，防止密封圈4和上盒体1分离；滚珠槽6内的第一
滚珠7从连接孔10放入和取出，安装时先将密封圈4和上盒体1上的滚珠槽6对应好，然后从连接孔10依次放入适当数量的第一滚珠7，使相邻的滚珠接触，装填完成后用封闭螺栓11将连接孔10封死；拆卸时，将连接孔10打开，然后转动密封圈4使第一滚珠7从连接孔10脱出，然后即可分离密封圈4和上盒体1。
36.进一步优化方案，上盒体1的底端通过若干支撑柱24固接有滚动块12，滚动块12外壁与密封圈4内壁滑动接触，滚动块12与密封环9之间设置有轴承13；滚动块12与下盒体2顶面抵接，滚动块12的内壁与试样3抵接。上盒体1通过支撑柱24与滚动块12固接，滚动块12的外壁与密封圈4之间设置轴承13降低转动的阻力，滚动块12的内壁与试样3接触，对试样3进行支撑；上盒体1与滚动块12之间的缝隙用于对试样3提供围压。
37.进一步优化方案，密封圈4与下盒体2之间设置有密封垫14。密封垫14保证了密封圈4与下盒体2之间的密封性。
38.进一步优化方案，上盒体1包括与试验装置固定安装的上连接板15，上连接板15的底端固接有上连接筒16，密封圈4与上连接筒16转动连接；上连接筒16的底端同轴开设有上空腔17和上安装槽18，试样3固定安装在上安装槽18内；围压组件的出口与上空腔17连通，渗流组件的出口与上安装槽18连通；下盒体2包括与试验装置固定安装的下连接板19，下连接板19的顶端固接有下连接筒20，密封圈4与下连接筒20固定安装；下连接筒20的顶端同轴开设有下空腔21和下安装槽22；下空腔21与上空腔17对应设置，下安装槽22与上安装槽18对应设置；试样3固定安装在下安装槽22内；围压组件的进口与下空腔21连通，渗流组件的进口与下安装槽22连通。上连接板15和下连接板19分别与试验装置连接，试验装置通过上连接板15和下连接板19对试样3施加轴压和剪切力；上安装槽18和下安装槽22将试样3夹在中间，其中上安装槽18在试验装置的带动下旋转，对试样3的外壁施加剪切力；上空腔17和下空腔21相对应并向四周延伸开，将试样3包裹在中间，方便提供无死角的围压，围压组件的进出口分别与下空腔21和上空腔17连通，用于排出内部的空气和提供预订压力的围压；渗流组件用于排出试样3内的空气和提供预订压力的模拟渗流。
39.进一步的，围压组件包括第一进液管25和第一出液管26，第一进液管25贯穿下连接筒20后与下空腔21连通，第一出液管26贯穿上连接筒16后与上空腔17连通；使用时流体从第一进液管25进入下空腔21，然后逐渐上升，将内部的空气排出，流体蔓延到试样3的四周，为试样3提供围压。
40.进一步的，渗流组件包括第二进液管27和第二出液管，第二进液管27贯穿下连接筒20后伸入下安装槽22，并从试样3的底端伸入试样3内部，第二出液管贯穿上连接筒16后伸入上安装槽18，并从试样3的顶端伸入试样3内；使用时流体从第二进液管27进入试样3，从下部升高将试样3内的空气排出，将试样3的空隙填满流体，然后按照预订的压力模拟渗流现象。
41.进一步的，第一进液管25、第一出液管26、第二进液管27和第二出液管28上均设置有阀件29控制管道的开关；第一进液管25和第二进液管27上分别串联有压力计30，用于测量围压和模拟渗流的压力；压力计30优选压力传感器。
42.进一步的，试样3的外壁套设有橡胶套31，将试样3与外界隔开，防止模拟渗流时的内外流体压力交汇导致的试验数据不准。
43.进一步的，试样3与橡胶套31之间通过热熔胶胶接，保证橡胶套31与试样3之间的
牢固连接；橡胶套31与上安装槽18和下安装槽22之间也通过热熔胶胶接，防止上连接盒转动时与试样3打滑而无法带动试样3剪切。
44.进一步的，上安装槽18盒下安装槽22的外壁分别绕设有加热丝32，加热丝32的端头与外部电源(图中未显示)电性连接；当需拆卸时，加热丝32通电发热，热熔胶受热软化，使橡胶套31与试样3、橡胶套31与上安装槽18和下安装槽22分离，方便拆卸。
45.进一步优化方案，上连接筒16与下连接筒20之间设置有若干第二滚珠23，上连接筒16与下连接筒20转动连接。上连接筒16和下连接筒20之间转动连接，第二滚珠23用于降低二者之间的摩擦力，同时将二者之间支撑出空隙，方便空腔内的围压蔓延到试样3四周。
46.使用方法：
47.先根据剪切盒内部用于安装试样3的空间取出相对应的试样3，然后将试样3的底端和顶端分别开孔，开孔的位置与第二进液管27和第二出液管28的位置对应；然后将试样3外套上橡胶套31并通过热熔胶胶接固定。
48.将下剪切盒固定安装到试验装置上，然后在下安装槽22的侧壁和底端涂抹热熔胶，并在凝固前将试样3的下端放入下安装槽22内，使第二进液管27插入试样3内部；然后将上剪切盒的上安装槽18内也涂抹好热熔胶，在没有凝固前将试样3的上端插入上安装槽18内使第二出液管从试样3的顶端插入试样3内；此时第二滚珠23支撑起上连接筒16和下连接筒20，密封圈4的底端落到下连接筒20的密封垫14上，然后通过密封螺栓5进行固定；最后将上连接板15与与试验装置连接，完成剪切渗流系统的组装。
49.使用时，先开启四个阀件29，然后分别从第一进液管25和第二进液管27通入流体，直到第一出液管26和第二出液管28内流出流体且没有气泡后，关闭第一出液管26和第二出液管28的阀件29，然后通过第一进液管25施加预定的围压，通过第二进液管27进行预订压力的模拟渗流；在模拟渗流的过程中，通过试验装置按照设定的剪切压力和轴压对试样3施加，使试样3在预订的轴压和围压下进行环剪，同时耦合渗流；记录试验数据。
50.试验完成后，放掉内部的流体，然后通过加热丝32对试样3加热，使热熔胶融化，即可完成拆卸。
51.本发明结构简单，在保证充足剪切自由度的前提下提高了渗流的密封性，提高了模拟渗流的压力，实现了高剪切自由度和高压力渗流的耦合试验，为研究高渗流水压下的岩石节理力学、渗透特性提供了数据支持。
52.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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，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。
53.以上的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。
技术特征：1.一种岩石节理裂隙压缩环剪渗流耦合试验盒，其特征在于，包括：剪切盒，所述剪切盒包括转动连接的上盒体(1)和下盒体(2)，所述上盒体(1)和所述下盒体(2)均固定安装在试验装置上；试样(3)，所述试样(3)设置在所述上盒体(1)与所述下盒体(2)之间，所述试样(3)分别与所述上盒体(1)和所述下盒体(2)固接；所述试样(3)的截面为环形；密封机构，所述密封机构转动连接在所述上盒体(1)外侧壁，所述密封机构的底端固定安装在所述下盒体(2)的顶端；渗流组件，所述渗流组件连通所述试样(3)内部，所述渗流组件的进出口分别伸出所述上盒体(1)和所述下盒体(2)；围压组件，所述围压组件连通所述剪切盒的内腔，所述围压组件的进出口分别伸出所述上盒体(1)和所述下盒体(2)。2.根据权利要求1所述的岩石节理裂隙压缩环剪渗流耦合试验盒，其特征在于：所述密封机构包括密封圈(4)，所述密封圈(4)与所述上盒体(1)的外侧壁转动连接，所述密封圈(4)的底端通过密封螺栓(5)固定安装在所述下盒体(2)的顶端；所述密封圈(4)与所述上盒体(1)之间对应开设有滚珠槽(6)，所述滚珠槽(6)内设置有若干第一滚珠(7)；所述密封圈(4)内壁开设有若干道密封槽(8)，所述密封槽(8)内设置有密封环(9)，所述密封环(9)套设在所述上盒体(1)外壁并与所述上盒体(1)抵接。3.根据权利要求2所述的岩石节理裂隙压缩环剪渗流耦合试验盒，其特征在于：所述密封圈(4)上贯穿开设有连接孔(10)，所述连接孔(10)连通所述滚珠槽(6)，所述连接孔(10)的直径与所述第一滚珠(7)相适配，所述连接孔(10)内固定安装有封闭螺栓(11)。4.根据权利要求3所述的岩石节理裂隙压缩环剪渗流耦合试验盒，其特征在于：所述上盒体(1)的底端通过若干支撑柱(24)固接有滚动块(12)，所述滚动块(12)外壁与所述密封圈(4)内壁滑动接触，所述滚动块(12)与所述密封环(9)之间设置有轴承(13)；所述滚动块(12)与所述下盒体(2)顶面抵接，所述滚动块(12)的内壁与所述试样(3)抵接。5.根据权利要求4所述的岩石节理裂隙压缩环剪渗流耦合试验盒，其特征在于：所述密封圈(4)与所述下盒体(2)之间设置有密封垫(14)。6.根据权利要求2所述的岩石节理裂隙压缩环剪渗流耦合试验盒，其特征在于：所述上盒体(1)包括与试验装置固定安装的上连接板(15)，所述上连接板(15)的底端固接有上连接筒(16)，所述密封圈(4)与所述上连接筒(16)转动连接；所述上连接筒(16)的底端同轴开设有上空腔(17)和上安装槽(18)，所述试样(3)固定安装在所述上安装槽(18)内；所述围压组件的出口与所述上空腔(17)连通，所述渗流组件的出口与所述上安装槽(18)连通。7.根据权利要求6所述的岩石节理裂隙压缩环剪渗流耦合试验盒，其特征在于：所述下盒体(2)包括与试验装置固定安装的下连接板(19)，所述下连接板(19)的顶端固接有下连接筒(20)，所述密封圈(4)与所述下连接筒(20)固定安装；所述下连接筒(20)的顶端同轴开设有下空腔(21)和下安装槽(22)；所述下空腔(21)与所述上空腔(17)对应设置，所述下安装槽(22)与所述上安装槽(18)对应设置；所述试样(3)固定安装在所述下安装槽(22)内；所述围压组件的进口与所述下空腔(21)连通，所述渗流组件的进口与所述下安装槽(22)连通。8.根据权利要求7所述的岩石节理裂隙压缩环剪渗流耦合试验盒，其特征在于：所述上
连接筒(16)与所述下连接筒(20)之间设置有若干第二滚珠(23)，所述上连接筒(16)与所述下连接筒(20)转动连接。
技术总结本发明公开一种岩石节理裂隙压缩环剪渗流耦合试验盒，包括：剪切盒，试样，密封机构，渗流组件和围压组件，剪切盒包括转动连接的上盒体和下盒体；空心柱形的试样设置在上盒体与下盒体之间并分别固接；密封机构转动连接在上盒体外侧壁，底端固定安装在下盒体的顶端；渗流组件连通试样内部，渗流组件的进出口分别伸出上盒体和下盒体；围压组件连通剪切盒的内腔，围压组件的进出口分别伸出上盒体和下盒体。本发明结构简单，在保证充足剪切自由度的前提下提高了渗流的密封性，提高了模拟渗流的压力，实现了高剪切自由度和高压力渗流的耦合试验，为研究高渗流水压下的岩石节理力学、渗透特性提供了数据支持。提供了数据支持。提供了数据支持。
技术研发人员：韩观胜 高孙亚 刘日成 李博 靖洪文
受保护的技术使用者：绍兴文理学院
技术研发日：2022.06.23
技术公布日：2022/11/1
