[实用新型]卤水流场侵蚀条件下的岩石力学试验加载装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及岩石力学与工程试验技术领域，更具体涉及一种物理流场及化学腐蚀场耦合作用下的岩石力学试验加载装置。适用于考虑稳定流场侵蚀情况下的岩石抗拉强度的测试试验，尤其适用于卤水流场侵蚀过程中泥岩及盐岩抗拉强度的测试。

背景技术

在深部地下盐岩溶腔储气(油)库的水溶造腔过程中，腔体的不溶夹层主要是泥岩，腔体的围岩则主要由泥岩和盐岩共同组成。研究表明，水对这两种岩石力学性质的影响是十分明显的。

因此，在进行室内试验的过程中，如何有效地模拟出储气(油)库水溶造腔过程的实际工况，将直接影响到由试验得到的参数的可信度，从而影响到依据这些参数设计和施工的地下储气(油)库的稳定性。

储气(油)库造腔过程中泥岩夹层的垮塌以拉剪破坏最为常见，由试验测得可靠的泥岩抗拉强度就显得尤为重要。但是，目前测定岩石抗拉强度的巴西劈裂试验大多都是在空气中进行的，并未考虑在物理流场及化学腐蚀场的耦合作用下岩石的力学性质；同时，巴西劈裂的试样夹持装置，存在着不能自动调节的缺陷，经常会导致试验数据具有很大的离散性，并且安装试样的过程也较为繁琐。

发明内容

本实用新型的目的是在于提供了一种卤水流场侵蚀条件下的岩石力学试验加载装置。该装置结构简单，操作方便，可以模拟地下储气(油)库造腔过程中卤水及其流场共同作用于溶腔的实际工况，从而使得室内试验测得的参数更加真实可靠。

为了实现上述任务目的，本实用新型采用以下技术方案：

装置由容器、球头圆柱形压头、夹具上颚、夹具下颚和循环泵构成。

各部分主要构件的加工方式如下：

卤水(主要成分为NaCl)，对于一般的金属具有较强的腐蚀性，因此，本装置所有的部件及焊接材料均采用耐卤水腐蚀材料。容器采用不锈钢板焊接而成，透明观察窗采用有机玻璃材料，滤网采用不锈钢材料，也可以采用具有足够强度的塑料滤网；巴西劈裂的试样夹持装置用不锈钢锻造后切削成型；阀门与螺栓均采用铜质金属。

容器的形状为上表面开口的长方体，由不锈钢框架和两块有机玻璃板组成。不锈钢框架底部的不锈钢板有足够的厚度(建议4mm左右)，以保证容器底部在试验加载过程中具有足够的抗压性。在不锈钢框架的焊接过程中，前后两侧预留两个足够宽的夹缝用于安放有机玻璃板。左右两端的滤网夹持槽也需要焊接，槽的宽度视滤网的厚度而定，应保证滤网插入后的稳定性，不宜太宽。加工过程还应该预留出安装球阀的孔，以及用于排放溶液的泄流孔。

用于劈裂岩石试件的夹具，是该装置的另外一个要点。巴西劈裂试验中，能否保证试样受到均匀分布的条形荷载对于试验的成功与否是十分重要的，为了使该夹具能够自动调节，采取了一些有效的措施。依据国际岩石力学与工程学会的推荐试验方法，试验过程中采用圆柱形试样，依据试样的特点，申请人设计了弧形夹具。弧形夹具可以有效地改善岩石试件受压区的应力状态，可以最大限度地避免受压面局部塑型区的出现及扩展。弧形夹具的弧所在的圆的直径为试样直径的1.5倍左右，弧面在加工完成后应具有较高的光滑度，以减小受压面水平向的摩擦阻力给试验带来的不利影响。夹具由上下两部分组成，分别称为夹具上颚与夹具下颚。夹具上颚和夹具下颚呈弧形状，加工过程中，夹具上颚的销孔穿透，下颚销孔不穿透，应保证上下颚完全接触后导向销刚好不会漏出上颚的上表面，这样做的好处是在没有圆柱形压头的情况下夹具可以直接放在试验机的加载平台上使用，使得夹具具有多用途的优点。导向销与销孔之间应留有一定的空隙，以保证试样放入夹具后，夹具的上部可以在小范围内自动调整。夹具上部的球头圆柱压头应单独加工，压头下部的定位销外径应与夹具上颚的预留销孔相配。这种球头的设计，可以有效地减小夹具的加工误差以及试验机加载压头的不平行给试验结果带来的不利影响。

循环泵的耐腐蚀性，也是该装置需要解决的一个重要问题。经过反复的对比研究，选择了MP型塑料磁力循环泵。磁力驱动循环泵运转是在连轴上和叶轮上分别装配有磁性材料而互相吸引耦合，主动磁铁固定在电动机上，从动磁铁固定在叶轮上，电动机转动时通过磁力带动叶片旋转。磁力驱动循环泵采用无轴封设计，无需配以传统机械轴承，因而是完全密封的，避免了液体泄漏引起的泵体的腐蚀。

各个构件的连接关系及其作用为：