[发明专利]动态加载水压致裂岩石力学试验系统

权利要求书

1.一种能够实现大尺度岩石样品在高地应力条件下被动载高压水流致裂的岩石力学试验系统，由岩石试样柔性伺服加载部分，动态加载高频响伺服供液部分，系统反力框架部分共三大部分构成，

所述岩石试样柔性伺服加载部分由高压气源(1)，气压传感器(2)，第一水箱(3)，第一水泵(4)，蓄能器(5)，气驱液增压泵(6)，柱塞式伺服泵(7)，第一单向阀门(8)，水压传感器(9)，进水阀门(10)，上下扁千斤顶(11)，前后扁千斤顶(12)，左右扁千斤顶(13)，出水阀门(14)和三轴压力伺服控制系统(15)组成，高压气源(1)的供气压力可调节且必须满足气驱液增压泵(6)的进气端压力要求，蓄能器(5)能够配合水泵(4)为气驱液增压泵(6)提供一定压力的稳定水流，气驱液增压泵(6)使用高压气体驱动水流并实现高效增压，最终水压可满足上下扁千斤顶(11)，前后扁千斤顶(12)，左右扁千斤顶(13)所需要的压力，柱塞式伺服泵(7)配合气驱液增压泵(6)实现水压力的精准伺服，所有的扁千斤顶均采用激光焊接技术成形以避免千斤顶在压力的情况下发生侧漏；采用激光焊接大面积柔性钢板形成扁千斤顶对立方体岩石试样在三轴方向上的六个面进行加载，在每个方向上均采用气驱液增压技术配合伺服电机驱动柱塞泵技术对扁千斤顶进行高精度伺服加载，实现岩石在三轴方向的独立加载来模拟真实地应力状态；所述动态加载高频响伺服供液部分由大容量油源(16)，第二水箱(17)，大功率油泵(18)，第二水泵(19)，高压蓄能器(20)，动态电液伺服阀(21)，增压器(22)，第二单向阀门(23)，油压传感器(24)，油水分离器(25)，进水阀门(26)，注入钻孔(27)和伺服供液控制系统(28)组成，动态加载水压致裂岩石的动态荷载通过动态电液伺服阀(21)控制液压油的压力和流量，通过增压器(22)增压后驱动油水分离器(25)来实现大流量高压水的伺服供液，高压蓄能器(20)保证大功率油泵(18)进行动态加载时液压的稳定性，大功率油泵(18)需满足动态加载的压力要求；所述系统反力框架部分由上部盖板(29)，桶形反力框(30)，底部盖板(31)，桶内垫块(32)，紧固螺杆(33)，紧固螺母(34)，V形固紧钢板(35)，试样上部压板(36)，试样托底钢板(37)，注液管(38)和岩石试样(39)组成，试验系统中的岩石试样柔性伺服加载部分和动态加载高频响伺服供液部分这两部分的同步协调由试验系统计算机控制端(40)来完成；

所述高压气源(1)的输出端连接有第一管道，所述第一管道分别与三个所述气驱液增压泵(6)的驱动活塞端连接；

所述气压传感器(2)设置在所述第一管道上；

所述第一水箱(3)与所述第一水泵(4)的输入端通过管道连接；

所述第一水泵(4)的输出端连接有第二管道，所述第二管道分别与三个所述气驱液增压泵(6)的输入端连接；

所述蓄能器(5)设置在所述第二管道上；

三个所述气驱液增压泵(6)的输出端通过三根第三管道分别对应连接至所述上下扁千斤顶(11)、所述前后扁千斤顶(12)和所述左右扁千斤顶(13)；

三个所述进水阀门(10)分别对应设置在三根所述第三管道上；

所述第二管道还分别与三个所述柱塞式伺服泵(7)的输入端连接；

三个所述柱塞式伺服泵(7)的输出端分别通过管道与三个所述第一单向阀门(8)的输入端一一对应连接；

三个所述第一单向阀门(8)的输出端分别一一对应连接至三个所述进水阀门(10)与三个所述气驱液增压泵(6)之间的所述第三管道上；

位于所述第一单向阀门(8)与所述进水阀门(10)之间的三根所述第三管道上，分别对应设置有三个所述水压传感器(9)；

所述上下扁千斤顶(11)设置在所述岩石试样(39)上下面，所述前后扁千斤顶(12)设置在所述岩石试样(39)的前后面，所述左右扁千斤顶(13)设置在所述岩石试样(39)的左右两侧面；

六个所述出水阀门(14)分别连接至所述上下扁千斤顶(11)、所述前后扁千斤顶(12)、所述左右扁千斤顶(13)；

所述三轴压力伺服控制系统(15)分别与所述气压传感器(2)、三个所述水压传感器(9)和三个所述柱塞式伺服泵(7)的控制端连接，用于获取所述气压传感器(2)采集到的气压和三个所述水压传感器(9)采集到的水压，并控制三个所述柱塞式伺服泵(7)的打开与关闭；

所述第二水箱(17)与所述第二水泵(19)的输入端通过管道连接；

所述第二水泵(19)的输出端与油水分离器(25)的输入端通过管道连接；

所述油水分离器(25)的第一输出端与进水阀门(26)通过管道连接；所述油水分离器(25)的第二输出端与所述增压器(22)的第一端口通过管道连接；

所述第二单向阀门(23)安装在所述油水分离器(25)和所述增压器(22)之间的管道上；

所述大容量油源(16)与所述大功率油泵(18)的输入端通过管道连接；

所述大功率油泵(18)的输出端与所述动态电液伺服阀(21)的P端口连接；

所述高压蓄能器(20)安装在所述大功率油泵(18)与所述动态电液伺服阀之间的管道上；

所述伺服供液控制系统(28)的第一输出端与所述油压传感器(24)的输入端连接；

所述油压传感器(24)的输出端连接在所述油水分离器(25)和所述第二单向阀门(23)之间的管道上；

所述伺服供液控制系统(28)的第二输出端与所述动态电液伺服阀(21)的Y端口连接；

所述动态电液伺服阀(21)的A端口与所述增压器(22)的第二端口连接；

所述动态电液伺服阀(21)的B端口与所述增压器(22)的第三端口连接；

所述三轴压力伺服控制系统(15)与所述计算机控制端(40)连接；所述计算机控制端(40)还与所述伺服供液控制系统(28)连接；

所述上部盖板(29)与所述底部盖板(31)平行设置；所述上部盖板(29)下表面设置有所述V形固紧钢板(35)；所述桶形反力框(30)，设置在所述底部盖板(31)的上面，并与所述底部盖板(31)垂直；所述上部盖板(29)与所述桶形反力框(30)之间留有缝隙；所述上部盖板(29)和所述底部盖板(31)通过两根所述紧固螺杆(33)固定，所述紧固螺杆(33)两端拧入所述紧固螺母(34)；所述桶形反力框(30)的内侧面设置有所述桶内垫块(32)；所述底部盖板(31)上表面设置有试样托底钢板(37)；所述上下扁千斤顶(11)置于所述试样托底钢板(37)上，所述岩石试样(39)位于所述上下扁千斤顶(11)中间，所述上下扁千斤顶(11)上面设置有所述试样上部压板(36)；所述注液管(38)通过所述缝隙插入至所述岩石试样(39)表面。