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原文传递深地复杂条件下岩石纯剪试验系统及方法

专利名称：	深地复杂条件下岩石纯剪试验系统及方法
摘要：	本发明属于岩石测试技术领域，具体公开了一种深地复杂条件下岩石纯剪试验系统及方法，旨在使其能够与可提供轴向压力的设备配合使用以简化结构、节约成本，并便于对岩石试样进行三轴围压‑渗流‑扭剪耦合试验测试。该岩石纯剪试验系统通过动力转换组件的传动机构可将动力输入件的直线运动转换为扭矩输出件的旋转运动，因此可利用轴向压力作为动力对安装固定在两个试样固定头之间的岩石试样施加扭矩进行测试，无需设置专门提供扭剪力的动力机构，结构更简单，制作成本更低。而且，可在三轴压力腔中注入试验油对岩石试样施加三轴围压，并可通过渗流通道对岩石试样注水渗流，因此便于对岩石试样进行三轴围压‑渗流‑扭剪耦合试验测试。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	四川;51
申请人：	四川大学
发明人：	刘建锋;谢和平;王璐;薛福军;石祥超;杨建雄;冯淦;徐慧宁;裴建良;邓建辉;戴仕贵
专利状态：	有效
申请日期：	2023-08-10T00:00:00+0800
发布日期：	2023-11-24T00:00:00+0800
申请号：	CN202311007431.6
公开号：	CN117110084A
代理机构：	北京中济纬天专利代理有限公司
代理人：	敬川;李蜜
分类号：	G01N3/24;G01N3/02;G;G01;G01N;G01N3;G01N3/24;G01N3/02
申请人地址：	610065 四川省成都市武侯区一环路南一段24号
主权项：	1.深地复杂条件下岩石纯剪试验系统，包括装置主体(100)和试样固定机构(200)；所述装置主体(100)内设有工作腔(110)；所述试样固定机构(200)包括两个相对设置在工作腔(110)中的试样固定头，两个试样固定头彼此相对应的部位处均设有试样固定部；其特征在于：还包括三轴压力室(600)；所述试样固定头内设有渗流通道，所述渗流通道具有处于试样固定部处的第一渗流液进出口以及处于试样固定头侧壁面上的第二渗流液进出口；所述装置主体(100)上与两个试样固定头相对应的部位分别为第一安装位和第二安装位；所述装置主体(100)的第一安装位和/或第二安装位处设置有动力转换组件(300)，所述动力转换组件(300)包括扭矩输出件(310)、动力输入件(320)和传动机构(330)；所述扭矩输出件(310)可转动地设置在装置主体(100)上，并与所对应的试样固定头固定连接，且可带动与之相连的试样固定头相对于另一个试样固定头转动；所述动力输入件(320)活动设置，并可沿直线运动；所述传动机构(330)分别与扭矩输出件(310)和动力输入件(320)传动连接，并能够将动力输入件(320)的直线运动转换为扭矩输出件(310)的旋转运动；所述三轴压力室(600)的内腔为三轴压力腔(610)，所述三轴压力室(600)上开设有可供压杆(710)穿入三轴压力腔(610)的压杆过孔(620)；所述装置主体(100)设置在三轴压力腔(610)中，且至少有一个动力输入件(320)与压杆过孔(620)相对应。 2.根据权利要求1所述的深地复杂条件下岩石纯剪试验系统，其特征在于：所述装置主体(100)包括装置底座(120)、设置在装置底座(120)上的支架杆(130)、以及设置在支架杆(130)顶端的装置上盖(140)；所述工作腔(110)为装置底座(120)与装置上盖(140)之间的空间位置。 3.根据权利要求2所述的深地复杂条件下岩石纯剪试验系统，其特征在于：所述支架杆(130)至少为三根，并呈环形阵列分布。 4.根据权利要求2所述的深地复杂条件下岩石纯剪试验系统，其特征在于：还包括围压场模块和渗流场模块；所述围压场模块的围压介质出口与三轴压力室(600)的加压口连通，其围压介质进口与三轴压力室(600)的泄压口连通；两个试样固定头分别为上下设置的试样上固定头(210)和试样下固定头(220)；所述试样上固定头(210)内的渗流通道为上渗流通道(211)；所述试样下固定头(220)内的渗流通道为下渗流通道(221)；所述渗流场模块的渗流液出口与上渗流通道(211)的第二渗流液进出口连通，其渗流液进液口与下渗流通道(221)的第二渗流液进出口连通。 5.根据权利要求4所述的深地复杂条件下岩石纯剪试验系统，其特征在于：所述装置主体(100)的第一安装位与试样上固定头(210)相对应，且仅在第一安装位处设置动力转换组件(300)；所述试样下固定头(220)与装置底座(120)固定连接；所述扭矩输出件(310)呈环形；所述动力输入件(320)与扭矩输出件(310)同轴设置；所述传动机构(330)包括设置在扭矩输出件(310)顶面上并将动力输入件(320)环绕的齿圈(331)、设置在动力输入件(320)上并沿其运动轨迹中心线分布的齿条(332)、以及可转动地设置在装置主体(100)上并分别与齿圈(331)和齿条(332)相啮合的轴齿轮(333)。 6.根据权利要求5所述的深地复杂条件下岩石纯剪试验系统，其特征在于：所述支架杆(130)为长度可调的伸缩支撑杆；所述动力输入件(320)具有处于装置主体(100)外侧的动力输入端(321)。 7.根据权利要求6所述的深地复杂条件下岩石纯剪试验系统，其特征在于：所述动力输入件(320)上设置有复位板(322)，所述复位板(322)处于装置上盖(140)的上侧，且所述复位板(322)与装置上盖(140)之间设置有复位弹簧(323)；所述复位弹簧(322)至少为三根，并围绕动力输入件(320)均匀分布。 8.根据权利要求5至7中任意一项所述的深地复杂条件下岩石纯剪试验系统，其特征在于：所述动力输入件(320)呈长方体形，其四个侧面上均设置有齿条(332)；所述轴齿轮(333)为四根，并分别与动力输入件(320)四个侧面上的齿条(332)相啮合。 9.根据权利要求8所述的深地复杂条件下岩石纯剪试验系统，其特征在于：所述三轴压力室(600)的底板为试验台(400)；所述装置主体(100)固定设置在试验台(400)上。 10.深地复杂条件下岩石纯剪试验方法，该方法采用岩石纯剪试验系统进行岩石试验，其特征在于：所述岩石纯剪试验系统为权利要求1至9中任意一项所述的深地复杂条件下岩石纯剪试验系统；该方法包括下列步骤：步骤一，制作岩石试样(500)，并在岩石试样(500)上包裹密封膜(510)，密封膜(510)的两端均用密封圈(520)密封住，再将岩石试样(500)固定在岩石纯剪试验系统的两个试样固定头之间；步骤二，将固定有岩石试样(500)的岩石纯剪试验系统安装到能够提供轴向压力的设备上，将三轴压力腔(610)与围压场模块循环连通，通过渗流通道将岩石试样(500)与渗流场模块循环连通并形成渗流回路；步骤三，通过提供轴向压力的设备驱使动力输入件(320)做直线运动，由传动机构(330)将动力输入件(320)的直线运动转换为扭矩输出件(310)的旋转运动，再由扭矩输出件(310)带动与之固定连接的试样固定头相对于另一个试样固定头转动，对岩石试样(500)施加扭转力矩；同时，通过围压场模块向三轴压力腔(610)中注入试验油对岩石试样(500)施加三轴围压；并且，通过渗流场模块使渗流液在渗流回路中循环流动，对岩石试样(500)进行单轴渗流；步骤四，对岩石试样(500)进行三轴围压-渗流-扭剪耦合试验测试，测量岩石试样(500)在试验过程中的变形和破坏情况，并采集信息进行数据分析。
所属类别：	发明专利