[發(fā)明專利]用于流體滲透實(shí)驗(yàn)的非線性裂縫加工裝置及其加工方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201711387092.3
• 申請(qǐng)日: 2017-12-20
• 公開（公告）號(hào): CN108106895B
• 公開（公告）日: 2023-07-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳興周;趙濤;單鵬飛;孫杰龍;曹西太郎;陳旭;劉田田;楊琪
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西安科技大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N1/28
• 分類號(hào): G01N1/28;G01N15/08
• 代理公司: 西安弘理專利事務(wù)所 61214
• 代理人: 羅笛

本發(fā)明公開了一種用于流體滲透實(shí)驗(yàn)的非線性裂縫加工裝置，包括上表面含切縫的半圓形鋼管，鋼管上表面為平面，半幅試件位于鋼管內(nèi)，鋼管內(nèi)部設(shè)有兩根頂托桿，兩根頂托桿分別從鋼管的兩端伸進(jìn)鋼管內(nèi)，每根頂托桿的一端端部固接有固定塊，兩根頂托桿上的固定塊分別頂在試件兩端，每根頂托桿的桿體的下端依次設(shè)有若干螺栓A，兩個(gè)固定塊之間的鋼管管體上設(shè)有至少三個(gè)用于支撐試件的螺栓B。本發(fā)明還公開了一種用于流體滲透實(shí)驗(yàn)的非線性裂縫加工方法。本發(fā)明解決了現(xiàn)有技術(shù)中難于對(duì)目標(biāo)試件內(nèi)部進(jìn)行非線性裂縫加工的問題，并且削弱了圓柱形試件中部與外部壓差對(duì)其細(xì)觀結(jié)構(gòu)特征的影響。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于室內(nèi)巖石實(shí)驗(yàn)技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種用于流體滲透實(shí)驗(yàn)的非線性裂縫加工裝置，本發(fā)明還涉及采用上述加工裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的加工方法。

背景技術(shù)

依托室內(nèi)實(shí)驗(yàn)手段研究承壓微流體(水體、油氣體、溶質(zhì))作用下巖體的物理力學(xué)特性，揭示多物理場(chǎng)(溫度、應(yīng)力、滲流、化學(xué))耦合作用下巖體細(xì)觀結(jié)構(gòu)特征的衍化過程、誘發(fā)因素及其產(chǎn)生機(jī)理，有助于促進(jìn)深部巖體工程利用、深部油氣開采以及寒區(qū)淺表凍融循環(huán)覆蓋區(qū)域工程巖體利用，對(duì)于采礦工程、水利工程、環(huán)境工程等領(lǐng)域巖體多物理場(chǎng)耦合問題的解決具有重要的學(xué)術(shù)價(jià)值。

從巖體細(xì)觀結(jié)構(gòu)特征來看，巖體普遍具有多重介質(zhì)(塊體+空隙)的顯著特征。空隙結(jié)構(gòu)(孔隙+裂隙)不僅為微流體(水體、油氣體、溶質(zhì))介質(zhì)介入巖體內(nèi)部提供了通道，也為不同相變(液體、固體)、不同溫度和不同壓力條件下流體介質(zhì)介入巖體內(nèi)部發(fā)生物理化學(xué)及力學(xué)作用提供了條件。理論上講，能夠依托計(jì)算流體力學(xué)、現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)或室內(nèi)實(shí)驗(yàn)手段，較好的解決上述問題，但是存在數(shù)值計(jì)算的參數(shù)無法獲取和工程論證階段無法開展現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)等現(xiàn)實(shí)問題。因此，只能依托室內(nèi)實(shí)驗(yàn)研究承壓微流體(水體、油氣體、溶質(zhì))作用下巖體的物理力學(xué)特性。

目前，針對(duì)巖石流體承壓滲透測(cè)試方面的研究，多數(shù)采用先進(jìn)行承壓浸透，再施加軸圍壓的加工方法來實(shí)施。受承壓流體受圍壓和巖石致密性的影響，存在圓柱形試件內(nèi)部與表層壓差較大的缺陷，直接導(dǎo)致承壓浸透過程中試件淺表部孔隙結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了初始損傷或錯(cuò)亂現(xiàn)象。不利于真實(shí)揭示承壓微流體對(duì)巖體物理力學(xué)性能的影響。要減弱上述影響，則需要研究巖石試件內(nèi)部非線性裂縫添加技術(shù)。

目前，用于室內(nèi)三軸實(shí)驗(yàn)的巖石試件多數(shù)為均質(zhì)且無明顯規(guī)則裂紋的標(biāo)準(zhǔn)試件(高度×直徑＝100mm×50mm)，難于在試件內(nèi)部完成非線性裂縫制作。鑒于試件具有尺寸較小、尺寸效應(yīng)明顯，且?guī)r石或混凝土等類巖石材料脆性斷裂等明顯特征，擬采用先對(duì)兩個(gè)半幅試件(高度×厚度＝100mm×25mm)制作非線性裂縫，再采用抗?jié)B高強(qiáng)膠粘結(jié)成標(biāo)準(zhǔn)試件的方法，以實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)試件內(nèi)部非線性裂縫制作，所得試件對(duì)于依托室內(nèi)實(shí)驗(yàn)研究承壓微流體(水體、油氣體、溶質(zhì))作用下巖體的物理力學(xué)特性具有重要意義。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種用于流體滲透實(shí)驗(yàn)的非線性裂縫加工裝置，解決了現(xiàn)有技術(shù)中難于對(duì)目標(biāo)試件內(nèi)部進(jìn)行非線性裂縫加工的問題。

本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種用于流體滲透實(shí)驗(yàn)的非線性裂縫加工方法。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是，用于流體滲透實(shí)驗(yàn)的非線性裂縫加工裝置，包括上表面含切縫的鋼管，鋼管的橫截面為半圓，鋼管上表面為平面，半幅試件位于鋼管內(nèi)，鋼管內(nèi)部設(shè)有兩根頂托桿，兩根頂托桿分別從鋼管的兩端伸進(jìn)鋼管內(nèi)，每根頂托桿的一端端部固接有固定塊，兩根頂托桿上的固定塊分別頂在半幅試件兩端，每根頂托桿的桿體的下端依次設(shè)有若干螺栓A，兩個(gè)固定塊之間的鋼管管體上設(shè)有至少三個(gè)用于支撐試件的螺栓B。

本發(fā)明第一種技術(shù)方案的特點(diǎn)還在于，

其中鋼管上的不同長(zhǎng)度區(qū)域內(nèi)設(shè)有不同波形的非線性切縫。

其中鋼管的管體通過至少四個(gè)支架支撐，其中兩個(gè)支架分別位于鋼管的兩端，另外兩個(gè)支架分別設(shè)置在半幅試件兩端對(duì)應(yīng)的鋼管處。