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原文传递深部复杂条件下岩石压扭剪切试验系统及方法

专利名称：	深部复杂条件下岩石压扭剪切试验系统及方法
摘要：	本发明属于岩石测试技术领域，具体公开了一种深部复杂条件下岩石压扭剪切试验系统及方法，旨在使其能够与可提供轴向压力的设备配合使用，以简化结构并节约成本。该试验系统能够通过受压连杆与可提供轴向压力的设备的压杆配合，以利用设备所提供的轴向压力作为驱使第一主齿条和第二主齿条同步移动的动力，进而可驱使试样左、右固定头按相反的转动方向转动，对岩石试样施加扭转力矩进行测试，因此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，该试验系统可在三轴压力腔中注入试验油对岩石试样施加三轴围压，并可通过左、右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;代航宇;王璐;薛福军;杨建雄;李建国;汤大明;黄浩勇;吴建发;于新凯;邓建辉;戴仕贵
专利状态：	有效
申请日期：	2023-08-11T00:00:00+0800
发布日期：	2023-11-21T00:00:00+0800
申请号：	CN202311015960.0
公开号：	CN117091965A
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：	G01N3/16;G01N3/24;G01N3/22;G01N3/04;G01N15/08;G;G01;G01N;G01N3;G01N15;G01N3/16;G01N3/24;G01N3/22;G01N3/04;G01N15/08
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.深部复杂条件下岩石压扭剪切试验系统，包括装置主体(100)、试样固定机构(200)和三轴压力室(600)；所述装置主体(100)包括装置底板(110)、以及间隔设置在装置底板(110)上的装置左支板(120)和装置右支板(130)，所述装置左支板(120)与装置右支板(130)之间形成有工作腔(140)；所述试样固定机构(200)包括在工作腔(140)中左右分布设置的试样左固定头(210)和试样右固定头(220)，所述试样左固定头(210)与试样右固定头(220)彼此相对应的部位处均设有试样固定部；其特征在于：还包括动力转换机构(300)；所述试样左固定头(210)通过第一横轴(230)可转动地设置在装置左支板(120)上，所述试样右固定头(220)通过第二横轴(240)可转动地设置在装置右支板(130)上，所述第一横轴(230)和/或第二横轴(240)为伸缩轴；所述试样左固定头(210)的试样固定部处设置有试样左连接台柱(250)，所述试样左连接台柱(250)内设有左渗流通道(260)；所述左渗流通道(260)的第一渗流液进出口处于试样左连接台柱(250)的连接端处，其第二渗流液进出口处于试样左连接台柱(250)的侧壁面上；所述试样右固定头(220)的试样固定部处设置有试样右连接台柱(270)，所述试样右连接台柱(270)内设有右渗流通道(280)；所述右渗流通道(280)的第一渗流液进出口处于试样右连接台柱(270)的连接端处，其第二渗流液进出口处于试样右连接台柱(270)的侧壁面上；所述动力转换机构(300)包括第一齿轮(310)、第二齿轮(320)、第一主齿条(330)、第二主齿条(340)和受压连杆(350)；所述第一齿轮(310)与试样左固定头(210)传动连接，所述第二齿轮(320)与试样右固定头(220)传动连接；所述第一主齿条(330)和第二主齿条(340)均竖直设置在工作腔(140)中，所述受压连杆(350)设置在工作腔(140)中并分别与第一主齿条(330)和第二主齿条(340)连接，所述受压连杆(350)能够驱使第一主齿条(330)和第二主齿条(340)同步上下移动；所述第一主齿条(330)与第一齿轮(310)相啮合，并能够通过第一齿轮(310)驱使试样左固定头(210)转动；所述第二主齿条(340)与第二齿轮(320)相啮合，并能够通过第二齿轮(320)驱使试样右固定头(220)转动；所述第一主齿条(330)和第二主齿条(340)同步上下移动时，所述试样左固定头(210)的转动方向与试样右固定头(220)的转动方向相反；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(510)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，且使受压连杆(350)至少部分处于压杆过孔(620)的正下方。 2.根据权利要求1所述的深部复杂条件下岩石压扭剪切试验系统，其特征在于：所述试样固定部为正多边形结构的凹槽。 3.根据权利要求1所述的深部复杂条件下岩石压扭剪切试验系统，其特征在于：所述受压连杆(350)顶部的中央位置设有受压部(351)，所述受压部(351)处于压杆过孔(620)的正下方。 4.根据权利要求1所述的深部复杂条件下岩石压扭剪切试验系统，其特征在于：所述动力转换机构(300)还包括能够驱使受压连杆(350)复位的复位件。 5.根据权利要求1所述的深部复杂条件下岩石压扭剪切试验系统，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；所述渗流场模块的渗流液出口与左渗流通道(260)的第二渗流液进出口连通，其渗流液进液口与右渗流通道(280)的第二渗流液进出口连通；或者，所述渗流场模块的渗流液出口与右渗流通道(280)的第二渗流液进出口连通，其渗流液进液口与左渗流通道(260)的第二渗流液进出口连通。 6.根据权利要求1至5中任意一项所述的深部复杂条件下岩石压扭剪切试验系统，其特征在于：所述动力转换机构(300)还包括第一副齿条(360)、第二副齿条(370)和副齿条连杆(380)；所述第一副齿条(360)和第二副齿条(370)均竖直设置在工作腔(140)中，所述副齿条连杆(380)设置在工作腔(140)中并分别与第一副齿条(360)和第二副齿条(370)连接；所述第一副齿条(360)与第一齿轮(310)相啮合，所述第一主齿条(330)和第一副齿条(360)分别位于第一齿轮(310)的两侧，所述第一主齿条(330)还能够通过第一齿轮(310)驱使第一副齿条(360)上下运动；所述第二副齿条(370)与第二齿轮(320)相啮合，所述第二主齿条(340)和第二副齿条(370)分别位于第二齿轮(320)的两侧，所述第二主齿条(340)还能够通过第二齿轮(320)驱使第二副齿条(370)上下运动。 7.根据权利要求6所述的深部复杂条件下岩石压扭剪切试验系统，其特征在于：所述装置底板(110)上设有第一主限位座(111)、第二主限位座(112)、第一副限位座(113)和第二副限位座(114)；所述第一主齿条(330)的下端设有与第一主限位座(111)滑动配合的第一下导杆(331)；所述第二主齿条(340)的下端设有与第二主限位座(112)滑动配合的第二下导杆(341)；所述第一副齿条(360)的下端设有与第一副限位座(113)滑动配合的第一副齿条下导杆(361)；所述第二副齿条(370)的下端设有与第二副限位座(114)滑动配合的第二副齿条下导杆(371)。 8.根据权利要求7所述的深部复杂条件下岩石压扭剪切试验系统，其特征在于：所述装置主体(100)还包括装置横梁(150)，所述装置横梁(150)分别与装置左支板(120)和装置右支板(130)连接。 9.根据权利要求8所述的深部复杂条件下岩石压扭剪切试验系统，其特征在于：所述装置横梁(150)为两根，并在工作腔(140)的顶部前后分布设置；在工作腔(140)的顶部还设置有第一主限位块(141)、第二主限位块(142)、第一副限位块(143)和第二副限位块(144)；所述第一主限位块(141)分别与装置左支板(120)和其中一根装置横梁(150)连接，所述第一主齿条(330)的上端设有与第一主限位块(141)滑动配合的第一上导杆(332)；所述第二主限位块(142)分别与装置右支板(130)和另外一根装置横梁(150)连接，所述第二主齿条(340)的上端设有与第二主限位块(142)滑动配合的第二上导杆(342)；所述第一副限位块(143)分别与装置左支板(120)和另外一根装置横梁(150)连接，所述第一副齿条(360)的上端设有与第一副限位块(143)滑动配合的第一副齿条上导杆；所述第二副限位块(144)分别与装置右支板(130)和其中一根装置横梁(150)连接，所述第二副齿条(370)的上端设有与第二副限位块(144)滑动配合的第二副齿条上导杆(372)。 10.深部复杂条件下岩石压扭剪切试验方法，该方法采用岩石扭剪试验系统进行岩石试验，其特征在于：所述岩石扭剪试验系统为权利要求1至9中任意一项所述的深部复杂条件下岩石压扭剪切试验系统；该方法包括下列步骤：步骤一，制作岩石试样(400)，并在岩石试样(400)上包裹密封膜(410)，密封膜(410)的两端均用密封圈(420)扎紧密封，再将岩石试样(400)固定在岩石扭剪试验系统的试样左固定头(210)与试样右固定头(220)之间；步骤二，将固定有岩石试样(400)的岩石扭剪试验系统安装到能够提供轴向压力的设备上；并使得，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，围压介质进口与三轴压力室(600)的泄压口连通；渗流场模块与左渗流通道(260)和右渗流通道(280)循环连通，形成渗流回路；步骤三，使提供轴向压力的设备的压杆(510)穿过压杆过孔(620)伸入三轴压力腔(610)中，并驱使受压连杆(350)向下移动，由受压连杆(350)驱使第一主齿条(330)和第二主齿条(340)同步向下移动，进而第一主齿条(330)通过第一齿轮(310)驱使试样左固定头(210)转动、第二主齿条(340)通过第二齿轮(320)驱使试样右固定头(220)转动，且试样左固定头(210)的转动方向与试样右固定头(220)的转动方向相反，从而对岩石试样(400)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(400)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(400)进行注水渗流；步骤四，对岩石试样(400)进行三轴围压-渗流-扭剪耦合试验测试，测量岩石试样(400)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