[发明专利]动态加载水压致裂岩石力学试验系统

摘要

本发明提供一种能够实现大尺度岩石样品在高地应力条件下被动态高压水流致裂的岩石力学试验系统。其特征是采用高压气源、气驱液增压泵、全数字闭环伺服控制器、增压器、高压蓄能器以及柔性大面积扁千斤顶组成柔性伺服加载部分实现在岩石试样三个方向独立加压来实现大尺度岩石试样的真三轴柔性伺服加载；采用高频响全数字闭环伺服控制器、动态电液伺服阀、增压器、油水分离器、大流量增压泵、高压蓄能器组成高频响伺服供液部分来实现高压水流的高频响伺服供液；采用桶形整体外部框架、顶底部压力厚板、多立柱抗拉机构以及楔形锁紧钢板组成反力框架部分为岩石试样高地应力模拟提供反力。

主权项

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)，水箱(3)，水泵(4)，蓄能器(5)，气驱液增压泵(6)，柱塞式伺服泵(7)，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)可以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)压力所需要的压力，柱塞式伺服泵(7)可以配合气驱液增压泵(6)可以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；所述动态加载高频响伺服供液部分由大容量油源(16)，水箱(17)，大功率油泵(18)，水泵(19)，高压蓄能器(20)，动态电液伺服阀(21)，增压器(22)，单向阀(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可以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)可以保证大功率油泵(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，动态加载水压致裂岩石的动态荷载可以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)可以保证大功率油泵(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；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。