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原文传递一种刚-软复合岩层断裂演化监测装置及监测方法

专利名称：	一种刚-软复合岩层断裂演化监测装置及监测方法
摘要：	本发明公开了一种刚‑软复合岩层断裂演化监测装置及监测方法，装置通过实时动态监测三轴应力状态下复合岩层中裂隙的萌生、扩展过程，尤其监测不同岩性岩层接触面处裂隙的穿层特征，总结刚‑软复合岩层断裂演化规律，同时研究断裂演化过程中刚‑软复合岩层应力分布及应变量，并耦合分析不同岩性岩层应力分布、应变量与其裂隙发育规律的关系，进而阐明刚‑软复合岩层断裂形成机理。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	江苏;32
申请人：	中国矿业大学
发明人：	王琳琳;朱辉龙;龙正江;尹纪坤
专利状态：	有效
申请日期：	2019-05-20T00:00:00+0800
发布日期：	2019-10-01T00:00:00+0800
申请号：	CN201910417356.8
公开号：	CN110296886A
代理机构：	南京经纬专利商标代理有限公司
代理人：	王美章
分类号：	G01N3/08(2006.01);G;G01;G01N;G01N3
申请人地址：	221116 江苏省徐州市大学路1号
主权项：	1.一种刚-软复合岩层断裂演化监测装置，其特征在于，包括：底板，底板的中央位置处设有刚性支撑台，刚性支撑台上用于设置所述复合岩层试件；施压系统，用于对所述复合岩层试件进行三轴施压，包括X向施压系统、Y向施压系统以及Z向施压系统，其中，X向施压系统和Y向施压系统结构相同，均包括水平设置的第一伺服施压单元、设置在所述第一伺服施压单元输出端的第一压板以及连接在第一伺服施压单元输出端和第一压板之间的第一压力传感器；所述Z向施压系统包括竖向设置在所述复合岩层试件正上方的第二伺服施压单元、设置在第二伺服施压单元输出端的第二压板、连接在第二伺服施压单元输出端和第二压板之间的第二压力传感器以及位移监测机构，所述位移监测机构用于检测第二伺服施压单元输出端的位移信号；第一挡板，固定在底板上且相对所述X向施压系统的施压方向设置，用于当X向施压系统向复合岩层试件一侧施压后，为所述复合岩层试件提供反力，第一挡板和复合岩层侧壁之间设有第一应力传感器定位板，所述第一应力传感器定位板上安装有第一应力传感器；第二挡板，固定在底板上且相对所述Y向施压系统的施压方向设置，用于当Y向施压系统向复合岩层试件一侧施压后，为所述复合岩层试件提供反力，第二挡板和复合岩层侧壁之间设有第二应力传感器定位板，所述第二应力传感器定位板上安装有第二应力传感器；第三应力传感器定位板，设置在复合岩层试件底部与刚性支撑台之间，所述第三应力传感器定位板上安装有第三应力传感器； X射线发射器，设置在复合岩层试件一侧，用于向复合岩层试件发射X射线； X射线探测器，设置在复合岩层试件另一侧，用于对穿过复合岩层试件的X射线进行探测；所述第一挡板、第二挡板、第一压板，第二压板、第一应力传感器定位板以及第二应力传感器定位板均为可以透过X射线的材料制作；所述复合岩层试件在不同岩层接触面处设有X射线不能透过的薄挡圈；计算机，通过信号采集器与所述第一伺服施压单元、第一压力传感器、第二伺服施压单元、第二压力传感器、第一应力传感器、第二应力传感器、第三应力传感器以及X射线探测器信号连接。 2.根据权利要求1所述的刚-软复合岩层断裂演化监测装置，其特征在于，还包括门形支架，所述门形支架上用于固定所述伺服施压单元和X射线发射器。 3.根据权利要求1所述的刚-软复合岩层断裂演化监测装置，其特征在于，所述伺服施压单元为伺服油缸、伺服气缸或伺服电机中的一种。 4.根据权利要求2所述的刚-软复合岩层断裂演化监测装置，其特征在于，所述位移监测机构包括位移传感器和安装在第二伺服施压单元输出轴上的位移挡板，所述位移传感器固定连接在所述门形支架上，位于所述位移挡板的正上方。 5.根据权利要求1所述的刚-软复合岩层断裂演化监测装置，其特征在于，所述应力传感器定位板上均匀开设有多个圆形孔，每个所述圆形孔中插设连接有一个受压圆柱，每个所述受压圆柱的外部贴附有应变片，所述应变片均通过导线与外部计算机信号连接，应力传感器定位板上开设有供所述导线穿设的导线槽。 6.根据权利要求1所述的刚-软复合岩层断裂演化监测装置，其特征在于，所述第一挡板、第二挡板、第一压板；第二压板、第一应力传感器定位板以及第二应力传感器定位板均为钛合金材料。 7.根据权利要求1所述的刚-软复合岩层断裂演化监测装置，其特征在于，所述复合岩层试件为方形结构，所述第一应力传感器定位板和第二应力传感器定位板为一L形定位板结构。 8.一种基于权利要求1~7中任一所述刚-软复合岩层断裂演化监测装置的监测方法，其特征在于，包括以下步骤： a、试验台通电，并对所有压力传感器调零； b、截取试验所需复合岩层试件，放置在第三应力传感器定位板上； c、通过计算机控制第一伺服施压单元动作，对复合岩层试件提供围压，并保持压力不变；同时应变片开始记录应力信号并传送到信号采集系统中； d、通过计算机控制第二伺服施压单元动作，当第二压板刚好和复合岩层试件的上表面贴合时，对位移监测机构进行调零；同时启动X射线发射器和X射线探测器； e. 通过计算机控制第二伺服施压单元动作，每次增加∆F加载载荷，改变对复合岩层试件的加载载荷，其中，第一压力传感器和第二压力传感器实时测量复合岩层试件围压；位移监测机构实时测量复合岩层试件厚度； X射线探测器记录复合岩层试件的断层图像，并保存在计算机中； f. 当复合岩层试件破碎，停止加载，通过计算机控制伺服施压单元动作，使第一压板、第二压板分别与复合岩层试件分离，完成试验； g. 重复步骤a和b，通过调节伺服单元的加载力改变复合岩层试件所受围压，重复步骤d到f，完成不同载荷下的试验； h. 通过第二压力传感器所测数据可得载荷加载曲线；通过第一压力传感器和第二压力传感器所测数据可得复合岩层试件围压变化曲线；通过位移监测机构所测数据可得复合岩层试件厚度变化曲线；通过应力传感器所测数据可得复合岩层试件底部和侧面的应力分布规律；通过X射线探测器反馈信号得到断层图像，进而可以得到复合岩层试件的三维重建模型以及复合岩层试件的位移信息和断裂演化信息。
所属类别：	发明专利