[發(fā)明專利]基于類巖石樹脂試件的水壓致裂注水加載裝置及試驗方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410034987.9
• 申請日: 2014-01-24
• 公開（公告）號: CN103776703A
• 公開（公告）日: 2014-05-07
• 發(fā)明（設計）人: 朱維申;付金偉;李邦翔
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: G01N3/18
• 分類號: G01N3/18
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 王吉勇

技術領域

本發(fā)明涉及一種基于類巖石樹脂試件的水壓致裂注水加載裝置及試驗方法。

背景技術

脆性材料的破壞過程和內部裂隙擴展演化規(guī)律一直是包括巖石力學的固體力學研究的重點和難點。因巖體中普遍含有許多三維裂隙而且多數(shù)是中空的，它們強烈地影響著巖體的變形和強度特性。所以三維裂隙或其它材料的擴展與演化規(guī)律一直是巖石力學研究的重點內容之一。

目前，室內試驗則是研究巖石中三維裂隙擴展規(guī)律的主要研究手段。內置三維裂隙的制作主要是通過在制作試件的過程中事先預埋聚酯薄片或金屬片實現(xiàn)的，三維中空裂隙在試件中的準確定位（傾角、空間位置等）則是試驗成功與否的關鍵（也是分析試驗結果的基礎）。因為這一技術有相當?shù)碾y度，研究含三維中空裂隙并能在其中注水的試驗，尚未有人做過或至少十分罕見。

水壓致裂方面，用實驗室方法研究水力劈裂機理的工作并不很多。國內只有用少量巖石塊體或砂漿塊體從外部打孔做試驗研究的；在美國有些學者采用有機玻璃來模擬巖石體從外部打孔到其中心，再用水壓或氣壓注入產生劈裂裂縫。以上這些試驗方法，其缺點是前者因試件不透明，內部很難預制裂隙，也很難追蹤和記錄內部破裂的發(fā)展過程，所以研究其破裂機理很困難。即使有個別學者用冷熱循環(huán)法制作裂隙，但裂隙有隨機分布性，很難做重復性試驗。而且裂隙連通至試件表面，內部很難通入高水壓，所以有較大缺陷。至于國外在研究頁巖氣透氣技術時Alpern,J（2012）采用有機玻璃做試件，雖然可以看清其內部破裂的發(fā)展，但有機玻璃的力學特性與巖石特性相差太遠，其代表性較差。而且有機玻璃很難在其中預制一定的裂隙，更難以制作中空裂隙，所以他們只研究試件中間預先無裂隙的情況，即從外部打鉆孔進去直接壓裂的方法，這是比較容易做到的。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的是為克服上述現(xiàn)有技術的不足，提供一種含三維中空裂隙的基于類巖石樹脂試件的水壓致裂注水加載裝置及試驗方法。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用下述技術方案：

一種基于類巖石樹脂試件的水壓致裂注水加載裝置，包括注水機構和加載機構，

所述注水機構包括電動加壓執(zhí)行設備、數(shù)字控制系統(tǒng)和水壓傳導設備，電動加壓執(zhí)行設備包括支座，支座上分別設有固定安裝的儲水管和能在支座上前后移動的動力機構，動力機構通過動力傳動機構與設置于儲水管中且能沿儲水管軸向移動的密閉活塞相連，儲水管內腔與進出水裝置連通，儲水管一端與水壓傳導設備連通，水壓傳導設備的墊塊與試件模型相配合，且通過加載機構將墊塊與試件模型壓緊；數(shù)字控制系統(tǒng)分別與動力機構以及設置于儲水管中監(jiān)測水壓壓力變化的壓力傳感器相連。

所述儲水管為密閉筒體，其一端開有供動力傳動機構通過且與其相配合的螺紋孔，另一端開有與水壓傳導設備連通的開口，密閉筒體一端的側面上開有與進出水裝置連通的通孔。

所述動力機構包括電動機，電動機下部卡設于軌道上，軌道固定于支座上。

所述動力傳動機構包括螺栓桿，螺栓桿一端與動力機構的動力輸出軸相連，另一端與穿過儲水管一端的螺紋孔與密閉活塞相連。

所述進出水裝置包括與儲水管上的通孔相連通的管道，管道上設有第一閥門，管道上端設有與其相通的儲水罐。

所述水壓傳導設備包括與儲水管上的開口相通的導水管，導水管上設有第二閥門，導水管另一端與墊塊相連。

所述墊塊上設有與導水管相通的且與試件模型的注水導管相匹配的出水口，且出水口凹入墊塊表面形成圓形凹槽并在凹槽邊緣加設橡膠墊圈，用以保證試件模型注入有壓水時其接口的密封性。

所述加載機構為簡易真三軸加載設備，該設備處于-30℃的冷凍實驗室中，能確保試驗在低溫條件下進行，以保證樹脂試件模型的冷脆性，所述簡易真三軸加載設備包括高壓加載系統(tǒng)和反力裝置系統(tǒng)，高壓加載系統(tǒng)包括千斤頂和加載板，千斤頂?shù)囊欢伺c加載板連接，另一端與反力裝置系統(tǒng)連接，與千斤頂相連的六塊加載板分別緊貼在試件模型的前、后、左、右、上、下六個側面上；千斤頂?shù)倪M出油口分別通過油管與手搖泵相連，并形成回油管路；反力裝置系統(tǒng)包括模型反力裝置、法蘭盤和反力傳遞板，模型反力裝置由盒式鑄鋼構件和角鋼構件通過高強連接螺栓連接組成；反力傳遞板一側面緊靠模型反力裝置的內壁，法蘭盤通過內六角螺栓固定在反力傳遞板的另一相對側面上，高壓加載系統(tǒng)的千斤頂通過內六角螺栓固定在法蘭盤上。

所述千斤頂共有三對，分別為加載于試件模型上下表面的第一對千斤頂、加載于試件模型左右表面的第二對千斤頂和加載于試件模型上下表面的第三對千斤頂，每一對千斤頂均并聯(lián)通過油管與相對應的手搖泵連通。