[發明專利]真三軸水壓致裂巖石力學試驗系統

有效

• 申請號: 201410528058.3
• 申請日: 2014-10-09
• 公開（公告）號: CN105628501B
• 公開（公告）日: 2019-09-24
• 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: G01N3/12
• 分類號: G01N3/12
• 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，高壓水流伺服供液部分，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和所述高壓水流伺服供液部分均與試驗系統計算機控制端(35)連接；所述巖石試樣柔性伺服加載部分和所述高壓水流伺服供液部分分別與所述系統反力框架部分連接；

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)，第一柱塞式伺服泵(7)，單向閥門(8)，第一水壓傳感器(9)，第一進水閥門(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)和三軸壓力伺服數字控制器(15)組成，高壓氣源(1)的供氣壓力可調節且滿足氣驅液增壓泵(6)的進氣端壓力要求，蓄能器(5)能夠配合第一水泵(4)為氣驅液增壓泵(6)提供恒定壓力的穩定水流，氣驅液增壓泵(6)能使用高壓氣體驅動水流并實現高效增壓，最終水壓能滿足上下扁千斤頂(11)，前后扁千斤頂(12)，左右扁千斤頂(13)所需要的壓力，第一柱塞式伺服泵(7)能配合氣驅液增壓泵(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；所述高壓水流伺服供液部分由第二水箱(16)，第二水泵(17)，第二柱塞式伺服泵(18)，第二水壓傳感器(19)，液壓自動轉換閥(20)，第二進水閥門(21)，注入鉆孔(22)和伺服供液數字控制器(23)組成，針對高壓水伺服供液實現鉆孔內加載并致裂巖石試樣的需求，采用伺服電機驅動兩臺第二柱塞式伺服泵(18)的技術實現高壓水流作用于鉆孔內壁并壓裂巖石試樣；水壓致裂巖石的伺服供液能通過兩臺第二柱塞式伺服泵(18)的活塞交替往復驅動實現高壓水流的伺服供液，兩臺第二柱塞式伺服泵(18)進行交替往復驅動時通過液壓自動轉換閥(20)來控制水流及壓力，保證輸出穩定流速的高壓水流，液壓最終能恒定在預定應力值上；所述系統反力框架部分由上部蓋板(24)，桶形反力框(25)，底部蓋板(26)，桶內墊塊(27)，緊固螺桿(28)，緊固螺母(29)，V形固緊鋼板(30)，試樣上部壓板(31)，試樣托底鋼板(32)，注液管(33)和巖石試樣(34)組成，桶形反力框(25)的整體剛度大于10GN/m，上部蓋板(24)與底部蓋板(26)為硬化處理鋼，上部蓋板(24)與底部蓋板(26)的反力由緊固螺桿(28)和緊固螺母(29)來提供，通過V形固緊鋼板(30)便于在巖石試樣(34)的側面實現預緊固，注液管(33)的直徑能根據高壓水的流速要求進行調整，試驗系統中的巖石試樣柔性伺服加載部分和高壓水流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(35)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)；

三個所述第一進水閥門(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第一柱塞式伺服泵(7)的輸入端連接；

三個所述第一柱塞式伺服泵(7)的輸出端分別通過管道與三個所述單向閥門(8)的輸入端一一對應連接；

三個所述單向閥門(8)的輸出端分別一一對應連接至三個所述第一進水閥門(10)與三個所述氣驅液增壓泵(6)之間的所述第三管道上；

位于所述單向閥門(8)與所述第一進水閥門(10)之間的三根所述第三管道上，分別對應設置有三個所述第一水壓傳感器(9)；

所述上下扁千斤頂(11)設置在所述巖石試樣(34)上下面，所述前后扁千斤頂(12)設置在所述巖石試樣(34)的前后面，所述左右扁千斤頂(13)設置在所述巖石試樣(34)的左右兩側面；

三個所述出水閥門(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)；

所述三軸壓力伺服數字控制器(15)分別與所述氣壓傳感器(2)、三個所述第一水壓傳感器(9)和三個所述第一柱塞式伺服泵(7)的控制端連接，用于獲取所述氣壓傳感器(2)集到的氣壓和三個所述第一水壓傳感器(9)采集到的水壓，并控制三個所述第一柱塞式伺服泵(7)的打開與關閉；

所述第二水箱(16)與所述第二水泵(17)的輸入端通過管道連接；

所述第二水泵(17)的輸出端分別與兩個所述第二柱塞式伺服泵(18)的輸入端通過管道連接；

兩個所述第二柱塞式伺服泵(18)的輸出端分別通過第四管道和第五管道與所述液壓自動轉換閥(20)連接；

所述液壓自動轉換閥(20)還通過管道與所述第二進水閥門(21)的輸入端連接，所述第二進水閥門(21)的輸出端通過管道連接至所述注入鉆孔(22)；

兩個所述第二水壓傳感器(19)分別設置在所述第四管道上和所述液壓自動轉換閥(20)上；

所述伺服供液數字控制器(23)分別與兩個所述第二水壓傳感器(19)和兩個所述第二柱塞式伺服泵(18)的控制端連接；

所述伺服供液數字控制器(23)還與所述試驗系統計算機控制端(35)連接；

所述上部蓋板(24)與所述底部蓋板(26)平行設置；所述上部蓋板(24)下表面設置有所述V形固緊鋼板(30)；所述桶形反力框(25)，設置在所述底部蓋板(26)的上面，并與所述底部蓋板(26)垂直；所述上部蓋板(24)與所述桶形反力框(25)之間留有縫隙；所述上部蓋板(24)和所述底部蓋板(26)通過兩根所述緊固螺桿(28)固定，所述緊固螺桿(28)兩端擰入所述緊固螺母(29)；所述桶形反力框(25)的內側面設置有所述桶內墊塊(27)；所述底部蓋板(26)上表面設置有試樣托底鋼板(32)；所述上下扁千斤頂(11)置于所述試樣托底鋼板(32)上，所述巖石試樣(34)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(31)；所述注液管(33)通過所述縫隙插入至所述巖石試樣(34)表面。