[发明专利]地质软材料的复杂变形的模拟加载及测量系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种对地质软材料的变形进行模拟加载及测量的系统，尤其是，涉及一种对地质软材料的复杂变形的模拟加载及测量系统。

背景技术

地壳岩石在构造运动的长期作用下会发生非常复杂的变形和破坏，这一过程具有两个鲜明特点：一是作用过程非常漫长，其作用时间常以百万年计；二是加载过程比较复杂，属多方向且时变的非稳定加载。在这种复杂作用下，地壳岩石介质会发生非常复杂的变形和破裂。认识这种复杂变形过程对于地质结构形成机制的认识有重要意义，因而对各种矿产及油气勘探、地震机理及预测等都非常重要。在实验研究领域，为模拟这种漫长的变形过程，常依据相似律准则，在实验室条件下通过对相似的地质软材料的慢速加载来模拟和研究上述变形过程。容易想到，在这种相似材料模拟研究中，有三个关键问题需要解决：首先，要在实验中实现对相似的地质软材料的多轴精确加载，并要实现加载过程的时变控制，以及一段时间内稳定加载过程的准确保持；其次，要实现对变形过程的定量观测；再次，实时的采集信息并反馈信息。

而现有研究中常采用简易的手动加载装置对模拟材料进行加载，然后用肉眼对变形过程进行观察和描述。现有的手动加载这种粗放式的实验方式在准确性、多轴、时变、稳定性和长期大量实验方面不满足科学研究的精确性、复杂性、重复性等要求。现有成熟的加载设备如MTS力学测试与模拟(Mechanical testing and simulation)试验机，虽可满足精确性要求，但其结构和能耗大不适于长期运行，且需要复杂的伺服控制系统，大大增加了实验资金需求和耗能成本。所以如何解决上述三点关键问题并实现相应的效果，便成为关键内容。

发明内容

本发明提供了一种对地质软材料的复杂变形的模拟加载及测量系统，该系统解决了实验中无法对地质软材料等材料的多轴精确加载、时变可控问题以及定量观测等问题。

为了解决上述问题，本发明提供了一种对地质软材料的复杂变形的模拟加载及测量系统，其中，包括：加载单元、控制单元和变形测量单元；其中，

所述加载单元，与所述控制单元相耦接，用于接收所述控制单元的信号，根据该信号配合所述变形测量单元对被测的试件进行加载操作，并反馈加载信息给所述控制单元；

所述控制单元，与所述加载单元和变形测量单元相耦接，用于控制所述加载单元和变形测量单元，并接收所述加载单元反馈的加载信息和变形测量单元反馈的该试件表面的变形信息，通过上述内容选择合适的加载速率和采集速率；

所述变形测量单元，与所述控制单元相耦接，用于接收所述控制单元的信号，根据信号配合所述加载单元对被测的试件进行加载受到规定位移作用时，按时间顺序获取该试件表面的数字散斑图像，分析所得散斑图像并反馈该试件表面的变形信息给所述控制单元。

进一步地，本发明所述的一种对地质软材料的复杂变形的测量系统，其中，所述加载单元包括：两个结构相同但方向垂直的加载子单元、一加载框架平台和四个固定端；其中，所述两个结构相同但方向垂直的加载子单元与所述加载框架平台相连接，所述四个固定端设置在所述加载子单元上。

进一步地，其中，所述加载子单元包括：两个侧力板、四个立柱、自锁型电动推杆、主动压头、被动压头和传感器；其中所述两个所述侧力板与四个立柱垂直连接并设置在四个立柱的两端，同时在一个所述侧力板上设置所述自锁型电动推杆，该自锁型电动推杆与四个立柱平行设置，所述传感器设置在另一个侧力板上，并且该自锁型电动推杆端部设置的主动压头与所述传感器上设置的被动压头处于一条直线上。

进一步地，其中，所述传感器包括：位移传感器和载荷传感器；其中，位移传感器设置于电动推杆下部主动压头和被动压头之间，载荷传感器设置在被动压头与侧力板之间，并且该自锁型电动推杆端部设置的主动压头与所述载荷传感器上设置的被动压头处于一条直线上。

进一步地，其中，所述变形测量单元包括：CCD相机、镜头以及DSCM测量分析模块；其中，所述CCD相机与镜头相连接，所述CCD相机以及镜头用于在所述加载子单元对被测的试件进行加载受到规定位移作用时，按时间顺序获取该试件表面的数字散斑图像，所述相机的数据线用于把采集到的数字散斑图像传输到所述DSCM测量分析模块内。

进一步地，其中，所述控制单元包括：加载单元控制器、图像采集触发器和包含有所述DSCM测量分析模块的计算机；其中，