[發明專利]動態加載水壓致裂巖石力學試驗系統

有效

• 申請號: 201410528005.1
• 申請日: 2014-10-09
• 公開（公告）號: CN105628526B
• 公開（公告）日: 2020-04-21
• 發明（設計）人: 赫建明;李曉;李守定
• 申請（專利權）人: 中國科學院地質與地球物理研究所
• 主分類號: G01N3/36
• 分類號: G01N3/36
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種能夠實現大尺度巖石樣品在高地應力條件下被動載高壓水流致裂的巖石力學試驗系統，由巖石試樣柔性伺服加載部分，動態加載高頻響伺服供液部分，系統反力框架部分共三大部分構成，

所述巖石試樣柔性伺服加載部分由高壓氣源(1)，氣壓傳感器(2)，第一水箱(3)，第一水泵(4)，蓄能器(5)，氣驅液增壓泵(6)，柱塞式伺服泵(7)，第一單向閥門(8)，水壓傳感器(9)，進水閥門(10)，上下扁千斤頂(11)，前后扁千斤頂(12)，左右扁千斤頂(13)，出水閥門(14)和三軸壓力伺服控制系統(15)組成，高壓氣源(1)的供氣壓力可調節且必須滿足氣驅液增壓泵(6)的進氣端壓力要求，蓄能器(5)能夠配合水泵(4)為氣驅液增壓泵(6)提供一定壓力的穩定水流，氣驅液增壓泵(6)使用高壓氣體驅動水流并實現高效增壓，最終水壓可滿足上下扁千斤頂(11)，前后扁千斤頂(12)，左右扁千斤頂(13)所需要的壓力，柱塞式伺服泵(7)配合氣驅液增壓泵(6)實現水壓力的精準伺服，所有的扁千斤頂均采用激光焊接技術成形以避免千斤頂在壓力的情況下發生側漏；采用激光焊接大面積柔性鋼板形成扁千斤頂對立方體巖石試樣在三軸方向上的六個面進行加載，在每個方向上均采用氣驅液增壓技術配合伺服電機驅動柱塞泵技術對扁千斤頂進行高精度伺服加載，實現巖石在三軸方向的獨立加載來模擬真實地應力狀態；所述動態加載高頻響伺服供液部分由大容量油源(16)，第二水箱(17)，大功率油泵(18)，第二水泵(19)，高壓蓄能器(20)，動態電液伺服閥(21)，增壓器(22)，第二單向閥門(23)，油壓傳感器(24)，油水分離器(25)，進水閥門(26)，注入鉆孔(27)和伺服供液控制系統(28)組成，動態加載水壓致裂巖石的動態荷載通過動態電液伺服閥(21)控制液壓油的壓力和流量，通過增壓器(22)增壓后驅動油水分離器(25)來實現大流量高壓水的伺服供液，高壓蓄能器(20)保證大功率油泵(18)進行動態加載時液壓的穩定性，大功率油泵(18)需滿足動態加載的壓力要求；所述系統反力框架部分由上部蓋板(29)，桶形反力框(30)，底部蓋板(31)，桶內墊塊(32)，緊固螺桿(33)，緊固螺母(34)，V形固緊鋼板(35)，試樣上部壓板(36)，試樣托底鋼板(37)，注液管(38)和巖石試樣(39)組成，試驗系統中的巖石試樣柔性伺服加載部分和動態加載高頻響伺服供液部分這兩部分的同步協調由試驗系統計算機控制端(40)來完成；

所述高壓氣源(1)的輸出端連接有第一管道，所述第一管道分別與三個所述氣驅液增壓泵(6)的驅動活塞端連接；

所述氣壓傳感器(2)設置在所述第一管道上；

所述第一水箱(3)與所述第一水泵(4)的輸入端通過管道連接；

所述第一水泵(4)的輸出端連接有第二管道，所述第二管道分別與三個所述氣驅液增壓泵(6)的輸入端連接；

所述蓄能器(5)設置在所述第二管道上；

三個所述氣驅液增壓泵(6)的輸出端通過三根第三管道分別對應連接至所述上下扁千斤頂(11)、所述前后扁千斤頂(12)和所述左右扁千斤頂(13)；

三個所述進水閥門(10)分別對應設置在三根所述第三管道上；

所述第二管道還分別與三個所述柱塞式伺服泵(7)的輸入端連接；

三個所述柱塞式伺服泵(7)的輸出端分別通過管道與三個所述第一單向閥門(8)的輸入端一一對應連接；

三個所述第一單向閥門(8)的輸出端分別一一對應連接至三個所述進水閥門(10)與三個所述氣驅液增壓泵(6)之間的所述第三管道上；

位于所述第一單向閥門(8)與所述進水閥門(10)之間的三根所述第三管道上，分別對應設置有三個所述水壓傳感器(9)；

所述上下扁千斤頂(11)設置在所述巖石試樣(39)上下面，所述前后扁千斤頂(12)設置在所述巖石試樣(39)的前后面，所述左右扁千斤頂(13)設置在所述巖石試樣(39)的左右兩側面；

六個所述出水閥門(14)分別連接至所述上下扁千斤頂(11)、所述前后扁千斤頂(12)、所述左右扁千斤頂(13)；

所述三軸壓力伺服控制系統(15)分別與所述氣壓傳感器(2)、三個所述水壓傳感器(9)和三個所述柱塞式伺服泵(7)的控制端連接，用于獲取所述氣壓傳感器(2)采集到的氣壓和三個所述水壓傳感器(9)采集到的水壓，并控制三個所述柱塞式伺服泵(7)的打開與關閉；

所述第二水箱(17)與所述第二水泵(19)的輸入端通過管道連接；

所述第二水泵(19)的輸出端與油水分離器(25)的輸入端通過管道連接；

所述油水分離器(25)的第一輸出端與進水閥門(26)通過管道連接；所述油水分離器(25)的第二輸出端與所述增壓器(22)的第一端口通過管道連接；

所述第二單向閥門(23)安裝在所述油水分離器(25)和所述增壓器(22)之間的管道上；

所述大容量油源(16)與所述大功率油泵(18)的輸入端通過管道連接；

所述大功率油泵(18)的輸出端與所述動態電液伺服閥(21)的P端口連接；

所述高壓蓄能器(20)安裝在所述大功率油泵(18)與所述動態電液伺服閥之間的管道上；

所述伺服供液控制系統(28)的第一輸出端與所述油壓傳感器(24)的輸入端連接；

所述油壓傳感器(24)的輸出端連接在所述油水分離器(25)和所述第二單向閥門(23)之間的管道上；

所述伺服供液控制系統(28)的第二輸出端與所述動態電液伺服閥(21)的Y端口連接；

所述動態電液伺服閥(21)的A端口與所述增壓器(22)的第二端口連接；

所述動態電液伺服閥(21)的B端口與所述增壓器(22)的第三端口連接；

所述三軸壓力伺服控制系統(15)與所述計算機控制端(40)連接；所述計算機控制端(40)還與所述伺服供液控制系統(28)連接；

所述上部蓋板(29)與所述底部蓋板(31)平行設置；所述上部蓋板(29)下表面設置有所述V形固緊鋼板(35)；所述桶形反力框(30)，設置在所述底部蓋板(31)的上面，并與所述底部蓋板(31)垂直；所述上部蓋板(29)與所述桶形反力框(30)之間留有縫隙；所述上部蓋板(29)和所述底部蓋板(31)通過兩根所述緊固螺桿(33)固定，所述緊固螺桿(33)兩端擰入所述緊固螺母(34)；所述桶形反力框(30)的內側面設置有所述桶內墊塊(32)；所述底部蓋板(31)上表面設置有試樣托底鋼板(37)；所述上下扁千斤頂(11)置于所述試樣托底鋼板(37)上，所述巖石試樣(39)位于所述上下扁千斤頂(11)中間，所述上下扁千斤頂(11)上面設置有所述試樣上部壓板(36)；所述注液管(38)通過所述縫隙插入至所述巖石試樣(39)表面。