[發(fā)明專利]一種高圍壓巖石力學(xué)性質(zhì)試驗裝置及測試方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110006331.6
• 申請日: 2021-01-05
• 公開（公告）號: CN112611646A
• 公開（公告）日: 2021-04-06
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 趙大軍;吳金發(fā);張程;王晨;李璇
• 申請（專利權(quán)）人: 吉林大學(xué)
• 主分類號: G01N3/12
• 分類號: G01N3/12;G01N3/06;G01N3/04
• 代理公司: 長春市四環(huán)專利事務(wù)所(普通合伙) 22103
• 代理人: 張建成

一種高圍壓巖石力學(xué)性質(zhì)試驗裝置及測試方法，該裝置包括液壓推力機構(gòu)、巖石圍壓施加機構(gòu)、巖石力學(xué)性質(zhì)測試系統(tǒng)。該裝置同時實現(xiàn)對巖樣表面施加壓力及位移邊界條件，圍壓由液壓缸輸出的機械推力提供，軸向推力經(jīng)過鋼制圍壓施加體轉(zhuǎn)換為巖樣徑向圍壓力，鋁質(zhì)V型夾持塊經(jīng)過鋼質(zhì)圍壓施加體的擠壓，能將圍壓均勻的作用于巖石表面。相對于常規(guī)液壓力施加圍壓方式，這種圍壓加載方式更符合孔底巖石原位環(huán)境，且適用于不同尺寸的圓柱體試樣。該試驗裝置可用于圍壓條件下的鉆進(jìn)試驗、巖石破碎試驗、巖石力學(xué)性能測試等，且具有結(jié)構(gòu)簡單，操作便捷，實時數(shù)據(jù)獲取的優(yōu)點。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明主要涉及圍壓狀態(tài)巖石動態(tài)力學(xué)性質(zhì)試驗領(lǐng)域，具體涉及到一種 高圍壓巖石力學(xué)性質(zhì)試驗裝置及測試方法。

背景技術(shù)

對巖石試樣施加圍壓的方法主要有兩種，第一種是對巖石表面施加壓力 邊界條件，即給巖石表面一定壓力，但不限制巖石變形；第二種是對巖石表 面施加位移邊界條件，即限制巖石的表面變形，從而使巖石獲得被動圍壓。 壓力邊界條件一般是將巖石樣品放置在密閉的壓力室內(nèi)，利用流體壓力對試 樣進(jìn)行各向同性圍壓加載(如申請公布號CN106546488 A的發(fā)明專利《一種 圍壓作用下巖石拉伸試驗裝置及其試驗方法》)，這種方式的缺陷是無法真 實模擬孔底巖石所受的剛性側(cè)向約束。位移邊界條件通常是將金屬套筒套在 圓柱試樣表面上，限制試樣在軸向應(yīng)力下產(chǎn)生的徑向變形，從而獲取被動圍 壓(如文獻(xiàn)《Impact Compression Test and Numerical Simulation Analysis of Concreteafter Thermal Treatment in Complex Stress State》)，但是巖石圍壓選 取范圍受到較大限制且需要保證巖石與套管之間沒有間隙，對試樣和套管的 加工精度要求過高，難以保證無間隙。真三軸巖石試驗裝置雖然可以同時對 巖石施加壓力及位移邊界條件(如申請公布號CN110441171A的發(fā)明專利《雙 軸四向動靜組合電磁加載霍普金森平板沖擊加載裝置》)，但是試樣形狀必 須為正方體，實現(xiàn)多軸同步動態(tài)加載的同時增加了設(shè)備整體成本。因此設(shè)計 一種能夠較好的模擬孔底巖石所受地應(yīng)力狀態(tài)，且具備圍壓加載方便、適用 于圓柱體試樣、成本較低等特點的巖石力學(xué)性能測試裝置十分必要。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是設(shè)計一種可以較好地模擬孔底巖石所受二維應(yīng)力狀態(tài)的 巖石圍壓加載裝置，且該裝置具備操作簡便，適用于圓柱體巖石試樣，能夠 應(yīng)用于鉆進(jìn)、碎巖、巖石力學(xué)性能測試等室內(nèi)試驗。

一種高圍壓巖石力學(xué)性能試驗裝置，包括液壓推力機構(gòu)、巖石圍壓施加 機構(gòu)、巖石力學(xué)性質(zhì)測試系統(tǒng)。

所述液壓推力機構(gòu)由液壓泵、溢流閥、換向閥、液壓缸、底座、銷軸、 推力座組成，液壓缸通過銷軸固定在底座上，推力座與液壓缸通過螺栓連接， 液壓泵輸出的液壓力經(jīng)過液壓缸轉(zhuǎn)換為機械推力作用于推力座，溢流閥保證 了液壓泵輸出液壓力的穩(wěn)定，換向閥控制了液壓缸輸出推力的方向。

所述巖石圍壓施加機構(gòu)由圍壓施加體、V型夾持塊組成。圍壓施加體與 推力座之間通過左右兩側(cè)平面接觸；V型夾持塊的材料為鋁，其內(nèi)表面為圓 柱面，可夾持筒直徑的圓柱形巖樣(根據(jù)巖樣直徑大小，可更換V型夾持塊 的尺寸)。圍壓施加體將推力座傳遞的推力轉(zhuǎn)換為周向圍壓力作用于V型夾 持塊，V型夾持塊經(jīng)過延展變形將圍壓力均勻地作用于巖樣表面。

所述巖石力學(xué)性能測試系統(tǒng)由應(yīng)變傳輸線、聲發(fā)射數(shù)據(jù)線、聲發(fā)射傳感 器、電阻式應(yīng)變傳感器、計算機組成。聲發(fā)射傳感器通過圍壓施加體與V型 夾持塊上的孔槽安裝在V型夾持塊上，使得聲發(fā)射傳感器探頭與巖樣表面貼 緊，電阻式應(yīng)變傳感器粘貼在巖樣表面不同深度處，通過應(yīng)變傳輸線與聲發(fā) 射數(shù)據(jù)線將巖樣力學(xué)性質(zhì)數(shù)據(jù)記錄到計算機內(nèi)。

本發(fā)明裝置測試方法包括以下步驟：

(一)將電阻應(yīng)變傳感器粘貼在巖樣兩側(cè)，操作液壓缸活塞桿收縮帶動 兩側(cè)推力座左右分開，將兩塊圍壓施加體安裝在兩推力座之間，V型夾持塊 及其包裹的巖樣同時安裝到圍壓施加體之間，連通電阻應(yīng)變傳感器與計算機。 可根據(jù)巖樣直徑選配不同尺寸的V型夾持塊。