[發(fā)明專利]地質(zhì)軟材料的復雜變形的模擬加載及測量系統(tǒng)

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110207413.3
• 申請日: 2011-07-22
• 公開（公告）號: CN102288124A
• 公開（公告）日: 2011-12-21
• 發(fā)明（設計）人: 馬少鵬;郭玲莉;康永軍;曹彥彥;馬沁巍;劉力強
• 申請（專利權）人: 中國地震局地質(zhì)研究所;北京理工大學
• 主分類號: G01B11/16
• 分類號: G01B11/16
• 代理公司: 北京萬慧達知識產(chǎn)權代理有限公司 11111
• 代理人: 楊穎;張一軍

技術領域

本發(fā)明涉及一種對地質(zhì)軟材料的變形進行模擬加載及測量的系統(tǒng)，尤其是，涉及一種對地質(zhì)軟材料的復雜變形的模擬加載及測量系統(tǒng)。

背景技術

地殼巖石在構造運動的長期作用下會發(fā)生非常復雜的變形和破壞，這一過程具有兩個鮮明特點：一是作用過程非常漫長，其作用時間常以百萬年計；二是加載過程比較復雜，屬多方向且時變的非穩(wěn)定加載。在這種復雜作用下，地殼巖石介質(zhì)會發(fā)生非常復雜的變形和破裂。認識這種復雜變形過程對于地質(zhì)結(jié)構形成機制的認識有重要意義，因而對各種礦產(chǎn)及油氣勘探、地震機理及預測等都非常重要。在實驗研究領域，為模擬這種漫長的變形過程，常依據(jù)相似律準則，在實驗室條件下通過對相似的地質(zhì)軟材料的慢速加載來模擬和研究上述變形過程。容易想到，在這種相似材料模擬研究中，有三個關鍵問題需要解決：首先，要在實驗中實現(xiàn)對相似的地質(zhì)軟材料的多軸精確加載，并要實現(xiàn)加載過程的時變控制，以及一段時間內(nèi)穩(wěn)定加載過程的準確保持；其次，要實現(xiàn)對變形過程的定量觀測；再次，實時的采集信息并反饋信息。

而現(xiàn)有研究中常采用簡易的手動加載裝置對模擬材料進行加載，然后用肉眼對變形過程進行觀察和描述。現(xiàn)有的手動加載這種粗放式的實驗方式在準確性、多軸、時變、穩(wěn)定性和長期大量實驗方面不滿足科學研究的精確性、復雜性、重復性等要求。現(xiàn)有成熟的加載設備如MTS力學測試與模擬(Mechanical?testing?and?simulation)試驗機，雖可滿足精確性要求，但其結(jié)構和能耗大不適于長期運行，且需要復雜的伺服控制系統(tǒng)，大大增加了實驗資金需求和耗能成本。所以如何解決上述三點關鍵問題并實現(xiàn)相應的效果，便成為關鍵內(nèi)容。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供了一種對地質(zhì)軟材料的復雜變形的模擬加載及測量系統(tǒng)，該系統(tǒng)解決了實驗中無法對地質(zhì)軟材料等材料的多軸精確加載、時變可控問題以及定量觀測等問題。

為了解決上述問題，本發(fā)明提供了一種對地質(zhì)軟材料的復雜變形的模擬加載及測量系統(tǒng)，其中，包括：加載單元、控制單元和變形測量單元；其中，

所述加載單元，與所述控制單元相耦接，用于接收所述控制單元的信號，根據(jù)該信號配合所述變形測量單元對被測的試件進行加載操作，并反饋加載信息給所述控制單元；

所述控制單元，與所述加載單元和變形測量單元相耦接，用于控制所述加載單元和變形測量單元，并接收所述加載單元反饋的加載信息和變形測量單元反饋的該試件表面的變形信息，通過上述內(nèi)容選擇合適的加載速率和采集速率；

所述變形測量單元，與所述控制單元相耦接，用于接收所述控制單元的信號，根據(jù)信號配合所述加載單元對被測的試件進行加載受到規(guī)定位移作用時，按時間順序獲取該試件表面的數(shù)字散斑圖像，分析所得散斑圖像并反饋該試件表面的變形信息給所述控制單元。

進一步地，本發(fā)明所述的一種對地質(zhì)軟材料的復雜變形的測量系統(tǒng)，其中，所述加載單元包括：兩個結(jié)構相同但方向垂直的加載子單元、一加載框架平臺和四個固定端；其中，所述兩個結(jié)構相同但方向垂直的加載子單元與所述加載框架平臺相連接，所述四個固定端設置在所述加載子單元上。

進一步地，其中，所述加載子單元包括：兩個側(cè)力板、四個立柱、自鎖型電動推桿、主動壓頭、被動壓頭和傳感器；其中所述兩個所述側(cè)力板與四個立柱垂直連接并設置在四個立柱的兩端，同時在一個所述側(cè)力板上設置所述自鎖型電動推桿，該自鎖型電動推桿與四個立柱平行設置，所述傳感器設置在另一個側(cè)力板上，并且該自鎖型電動推桿端部設置的主動壓頭與所述傳感器上設置的被動壓頭處于一條直線上。

進一步地，其中，所述傳感器包括：位移傳感器和載荷傳感器；其中，位移傳感器設置于電動推桿下部主動壓頭和被動壓頭之間，載荷傳感器設置在被動壓頭與側(cè)力板之間，并且該自鎖型電動推桿端部設置的主動壓頭與所述載荷傳感器上設置的被動壓頭處于一條直線上。

進一步地，其中，所述變形測量單元包括：CCD相機、鏡頭以及DSCM測量分析模塊；其中，所述CCD相機與鏡頭相連接，所述CCD相機以及鏡頭用于在所述加載子單元對被測的試件進行加載受到規(guī)定位移作用時，按時間順序獲取該試件表面的數(shù)字散斑圖像，所述相機的數(shù)據(jù)線用于把采集到的數(shù)字散斑圖像傳輸?shù)剿鯠SCM測量分析模塊內(nèi)。

進一步地，其中，所述控制單元包括：加載單元控制器、圖像采集觸發(fā)器和包含有所述DSCM測量分析模塊的計算機；其中，