[發明專利]溫度-壓力-滲透壓耦合雙向電磁加載三軸SHPB測試系統

在審

• 申請號: 201910708107.4
• 申請日: 2019-08-01
• 公開（公告）號: CN110441173A
• 公開（公告）日: 2019-11-12
• 發明（設計）人: 朱建波;謝和平;趙堅;周韜
• 申請（專利權）人: 深圳大學
• 主分類號: G01N3/317
• 分類號: G01N3/317;G01N3/12
• 代理公司: 深圳市科吉華烽知識產權事務所(普通合伙) 44248
• 代理人: 胡吉科

本發明提出一種溫度?壓力?滲透壓耦合電磁加載三軸SHPB測試系統，測試系統主要由電磁脈沖發射系統、軸壓伺服控制加載系統、圍壓伺服控制加載系統、溫度控制系統、滲透壓加載系統、桿件系統和數據監測與采集系統組成。該系統在傳統的SHPB基礎上，創新性的引入圍壓、溫度和滲透壓實時加載和控制系統，旨在解決現有試驗裝置無法模擬深部巖體在溫度?壓力?滲透壓以及動態擾動荷載耦合作用下的巖體動力學響應研究的技術難題。

技術領域

本發明屬于巖石動力學研究領域。更具體地說，涉及一種用于深部地下多場耦合條件下巖石動態力學特性和破斷規律研究的溫度-壓力-滲透壓耦合雙向電磁加載三軸SHPB測試系統。SHPB：霍普金森桿。

背景技術

隨著淺部礦產資源不斷枯竭，資源和能源開采逐漸轉向深部發展。目前世界煤炭開采深度已經達到地下1500m，金屬礦產開采已經超過4000m，石油鉆井更是達到地下7500m。進入深部開采后，由于深部巖體所處環境十分復雜，面臨高地應力、高地溫、高巖溶水壓以及強烈的工程擾動(例如爆炸波、地震和巖爆等)等條件，使工程災害(如巖爆、沖擊地壓、圍巖損傷與大變形等)頻繁發生且難以預測和有效防治，嚴重危及深部巖體工程施工及運營安全。因此，研究并掌握高地應力、高地溫、高巖溶水壓以及強烈的工程擾動條件下，深部巖體動態力學特性和破斷規律對深部巖體工程的施工和運營有著十分重要的科學和工程實踐意義。目前，針對上述問題的研究更多是基于MTS815(電液伺服巖石試驗系統)設備開展靜態加載條件下的溫度-壓力-滲透壓耦合作用下的巖石靜力學特性和破壞機制研究，而針對深部溫度-壓力-滲透壓耦合作用條件下巖體動態力學特性和破裂規律的研究則未有報道。究其原因，主要是考慮深部復雜條件下巖石動力學實驗手段非常欠缺，特別是用于開展模擬深部溫度-壓力-滲透壓耦合作用條件下巖體動力學響應和破斷機制的研究試驗手段和設備缺失。目前，無論是基于一維霍普金森桿開展的巖石動態沖擊試驗研究，還是采用改進的霍普金森桿開展的動靜組合沖擊加載條件下的巖石動態力學特性研究均只能部分模擬深部巖體所處靜態壓力和擾動荷載環境，都無法模擬并開展接近深部巖體真實環境下的巖石動力學特性研究。此外，近來關于溫度環境下，尤其是溫壓耦合條件下，巖石動態力學特性的研究屢有報道。然而，現有溫壓耦合動態沖擊加載試驗研究，大多是先將巖石試樣加熱至某一設定溫度，然后冷卻后再基于霍普金森桿系統開展相應的動態沖擊或者動靜組合沖擊加載下的巖石動力學特性研究。上述研究雖然有助于促進我們了解溫度作用對巖石動態力學特性和破斷特征的影響，但實際上上述研究與真實深部溫度-壓力-滲透壓耦合環境下巖體動力學特征以及動態破斷規律相距甚遠。因此，現有技術還有待改進。

發明內容

為解決現有試驗裝置無法開展深部高地應力、高地溫、高巖溶水壓以及強烈的工程擾動條件下巖石動態力學特性與破斷規律研究，本發明提出一種溫度-壓力-滲透壓耦合雙向電磁加載三軸SHPB測試系統，該系統在傳統的SHPB基礎上，創新性的引入溫度和滲透壓實時加載和控制系統，旨在解決現有試驗裝置無法模擬深部巖體在溫度-壓力-滲透壓以及動態擾動荷載耦合作用下的巖體動力學響應研究的技術難題。

溫度-壓力-滲透壓耦合雙向電磁加載三軸SHPB測試系統主要由電磁脈沖發射系統、軸壓伺服控制加載系統、圍壓加載裝置及其伺服控制加載系統、溫度控制系統、滲透壓加載系統、桿件系統和數據監測與采集系統組成。