[发明专利]水下岩石绝热应力变化的温度响应系数测试系统与方法

摘要

本发明公开了一种水下岩石绝热应力变化的温度响应系数测试系统，其包括三个放置在海水中的耐压罐，第一耐压罐中安装有数据采集单元，第二耐压罐的第一空腔内安装有岩石样品，岩石样品的外表面和中心以及第一空腔中分别设置有一温度传感器，第一空腔中还设置有压力传感器，温度传感器和压力传感器的输出端均与数据采集单元的输入端相连接；第二耐压罐上安装有与第一空腔相连通的第一排泄阀，第二耐压罐和第三耐压罐之间还安装有连通第一空腔和第二空腔的第二排泄阀。本发明还公开了水下岩石绝热应力变化的温度响应系数测试方法。本发明通过实时监测并记录第二耐压罐内围压和岩石样品中心温度变化，即可获得岩石绝热应力变化的温度响应系数。

主权项

一种水下岩石绝热应力变化的温度响应系数测试方法，其通过水下岩石绝热应力变化的温度响应系数测试系统实现，其特征在于，所述水下岩石绝热应力变化的温度响应系数测试系统，其包括三个放置在海水(9)中的耐压罐，其中，第一耐压罐(1)中安装有数据采集单元(11)，第二耐压罐(2)的第一空腔内安装有岩石样品(4)，第三耐压罐(3)中设置有一第二空腔(31)，所述第一空腔和第二空腔(31)内分别充满有海水(9)和空气，所述岩石样品(4)的中心以及外表面分别安装第一温度传感器(61)和第二温度传感器(62)，所述第一空腔的海水(9)中安装有第三温度传感器(63)和压力传感器(7)，所述第一温度传感器(61)、第二温度传感器(62)、第三温度传感器(63)和压力传感器(7)的输出端均与数据采集单元(11)的输入端相连接；所述第二耐压罐(2)上安装有与第一空腔相连通的第一排泄阀(21)，所述第二耐压罐(2)和第三耐压罐(3)之间还安装有连通第一空腔和第二空腔(31)的第二排泄阀(22)；所述岩石样品(4)的外表面设置有用于对岩石样品(4)进行封装的橡胶套(5)；所述水下岩石绝热应力变化的温度响应系数测试方法，其包括以下步骤：步骤1、将第一温度传感器(61)和第二温度传感器(62)分别安置在制备好的圆柱状岩石样品(4)的中心和表面，并用橡胶套(5)将岩石样品(4)进行水密封装，形成岩石样品组件；步骤2、将上述封装好的岩石样品组件、第三温度传感器(63)以及压力传感器(7)，放入第二耐压罐(2)充满海水(9)的第一空腔中；步骤3、通过水密电缆(23)将第一温度传感器(61)、第二温度传感器(62)、第三温度传感器(63)和压力传感器(7)电性连接到第一耐压罐(1)中的数据采集单元(11)上，同时在第二耐压罐(2)上设置第一排泄阀(21)和第二排泄阀(22)，所述第一排泄阀(21)与第一空腔相连通，所述第二排泄阀(22)的两端分别与第一空腔和第三耐压罐(3)的第二空腔(31)相连通，依此形成整套温度响应系数测试系统；开启数据采集单元(11)的温度和压力采集模块，开始温度和围压监测；步骤4、快速加载：利用水下机器人(8)，将整套温度响应系数测试系统携带至海水预定深度，待整套温度响应系数测试系统温度达到平衡后，此时平衡后第一温度传感器(61)采集的温度记为第一温度，压力传感器(7)采集的围压记为第一围压，再利用水下机器人的机械手或水下电机快速打开第一排泄阀(21)，使得第二耐压罐(2)内的围压瞬间升高至海水压力，此时压力传感器(7)采集的围压记为第二围压，第一温度传感器(61)采集的温度记为第二温度；步骤5、快速卸载：待整套温度响应系数测试系统的温度再次达到平衡后，此时平衡后第一温度传感器(61)采集的温度记为第三温度，利用机械手先关闭第一排泄阀(21)，再快速打开第二排泄阀(22)，使得第二耐压罐(2)内的围压瞬间降低，此时压力传感器(7)采集的围压记为第三围压，第一温度传感器(61)采集的记为第四温度；步骤6、根据步骤4获取的第一温度和第二温度、第一围压和第二围压，即可获得快速加载时的温度差ΔT1和围压差ΔT1，依此计算水下岩石因快速加载而导致绝热应力变化的温度响应系数ΔT1/Δσ1，；根据步骤4和步骤5获取的第三温度和第四温度、第二围压和第三围压，即可获得快速卸载时的温度差ΔT2和围压差Δσ2，依此计算水下岩石绝热应力变化的温度响应系数ΔT2/Δσ2。