一种具备高温和水力压裂功能的推拉式硬岩真三轴试样盒

本发明属于真三轴试验，特别是涉及一种具备高温和水力压裂功能的推拉式硬岩真三轴试样盒。

背景技术：

1、岩爆作为一种突发性的地质灾害，按照发生机制可以分为自发型岩爆和动力扰动触发型岩爆。经现场调研发现，绝大多数强烈和极强岩爆都是由动力扰动所触发，特别是在高温条件下，目前岩爆发生机理与应力释放技术仍较为缺乏。因此，为了获取岩石裂纹扩展规律和破裂特征，开展高温和水力压裂条件下的硬岩真三轴动力扰动试验具有重要意义。

2、想要在室内开展高温和水力压裂条件下的硬岩真三轴动力扰动试验，必须依托真三轴试验设备。传统的真三轴试验设备多采用反力框架与压力室的一体化加卸载结构，试样盒的拆装需要采用吊装方式进行，存在操作难度大、安装精度控制难度高、容易发生安全事故等不足之处。此外，传统试样盒在高温和水力压裂的施加结构设计上较为复杂，还会影响岩石试样的拆装效率，从而影响整体试验效率。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的问题，本发明提供一种具备高温和水力压裂功能的推拉式硬岩真三轴试样盒，其在真三轴试验设备内可以采用水平推拉方式实现拆装，具有操作难度小、安装精度控制难度低、降低安全事故等特点；优化了试样盒的高温和水力压裂的施加结构，提高岩石试样的拆装效率，进而提高整体试验效率；与真三轴试验设备配合可开展高温环境与动力扰动耦合下的岩石性质室内测定试验，还可开展水力压裂作用与动力扰动耦合下的岩石裂纹扩展特征室内测定试验，为实际深部工程提供理论指导。

2、为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种具备高温和水力压裂功能的推拉式硬岩真三轴试样盒，包括盒体、岩样夹持器、夹持器外转运滑台及夹持器外转运滑轨；所述盒体包括矩形框架、静封闭板和动封闭板；在所述矩形框架的上端、下端、左端、右端和前端均固装有一张静封闭板，安装有静封闭板的矩形框架固定安装在真三轴试验机的升降式压力室内部；所述夹持器外转运滑轨水平固设在升降式压力室外部，所述夹持器外转运滑台设置在夹持器外转运滑轨上；在所述夹持器外转运滑台上表面水平固设有夹持器内转运外置导轨；在所述矩形框架内部水平固设有夹持器内转运内置导轨，夹持器内转运内置导轨与夹持器外转运滑轨相平行，夹持器内转运内置导轨位于夹持器内转运外置导轨的延长线上；在所述夹持器内转运外置导轨和夹持器内转运内置导轨上方设置有夹持器内转运滑台，所述岩样夹持器放置在夹持器内转运滑台上表面，在夹持器内转运滑台中心处开设有加载孔；所述动封闭板竖直固装在夹持器内转运滑台上表面，动封闭板与矩形框架的后端拼合后形成封闭的盒体。

3、在每张所述静封闭板的中心均开设有加载孔，每张静封闭板的中心加载孔内均设置有一个内置传力柱，每个内置传力柱与真三轴试验机同侧的作动器活塞杆之间均为磁吸式连接；在所述动封闭板的中心也开设有加载孔，在动封闭板的中心加载孔内设置有外置传力柱。

4、所述岩样夹持器包括岩样夹持组件和岩样保温边框；所述岩样夹持组件数量为六套，在岩石试样的上端、下端、左端、右端、前端、后端各设置一套；所述岩样保温边框套装在岩石试样外部且位于六套岩样夹持组件之间。

5、在所述岩石试样上端的岩样夹持组件与岩石试样下端的岩样夹持组件之间、在岩石试样左端的岩样夹持组件与岩石试样右端的岩样夹持组件之间、在岩石试样前端的岩样夹持组件与岩石试样后端的岩样夹持组件之间均设置有岩样变形测量传感器。

6、所述岩样夹持组件包括传力垫块、冷却垫块及加热垫块；所述加热垫块与岩石试样顶靠接触；所述冷却垫块固定夹持在传力垫块与加热垫块之间。

7、在所述加热垫块内部嵌装有加热电阻丝和温度传感器，加热电阻丝和温度传感器均各自通过导线与真三轴试验机的主控系统电连接。

8、在所述冷却垫块内部嵌装有冷却水路，冷却水路通过循环水管与真三轴试验机外部的冷却水箱连通，循环水管与冷却水箱之间设置有循环水泵。

9、在所述岩石试样上设置有水力压裂孔，水力压裂孔内插装有水力压裂管，水力压裂管密封穿过传力垫块、冷却垫块及加热垫块伸入水力压裂孔中，水力压裂管与真三轴试验机外部的水力压裂泵相连，水力压裂泵与水源相连。

10、本发明的有益效果：

11、本发明的具备高温和水力压裂功能的推拉式硬岩真三轴试样盒，其在真三轴试验设备内可以采用水平推拉方式实现拆装，具有操作难度小、安装精度控制难度低、降低安全事故等特点；优化了试样盒的高温和水力压裂的施加结构，提高岩石试样的拆装效率，进而提高整体试验效率；与真三轴试验设备配合可开展高温环境与动力扰动耦合下的岩石性质室内测定试验，还可开展水力压裂作用与动力扰动耦合下的岩石裂纹扩展特征室内测定试验，为实际深部工程提供理论指导。

技术特征：

1.一种具备高温和水力压裂功能的推拉式硬岩真三轴试样盒，其特征在于：包括盒体、岩样夹持器、夹持器外转运滑台及夹持器外转运滑轨；所述盒体包括矩形框架、静封闭板和动封闭板；在所述矩形框架的上端、下端、左端、右端和前端均固装有一张静封闭板，安装有静封闭板的矩形框架固定安装在真三轴试验机的升降式压力室内部；所述夹持器外转运滑轨水平固设在升降式压力室外部，所述夹持器外转运滑台设置在夹持器外转运滑轨上；在所述夹持器外转运滑台上表面水平固设有夹持器内转运外置导轨；在所述矩形框架内部水平固设有夹持器内转运内置导轨，夹持器内转运内置导轨与夹持器外转运滑轨相平行，夹持器内转运内置导轨位于夹持器内转运外置导轨的延长线上；在所述夹持器内转运外置导轨和夹持器内转运内置导轨上方设置有夹持器内转运滑台，所述岩样夹持器放置在夹持器内转运滑台上表面，在夹持器内转运滑台中心处开设有加载孔；所述动封闭板竖直固装在夹持器内转运滑台上表面，动封闭板与矩形框架的后端拼合后形成封闭的盒体。

2.根据权利要求1所述的一种具备高温和水力压裂功能的推拉式硬岩真三轴试样盒，其特征在于：在每张所述静封闭板的中心均开设有加载孔，每张静封闭板的中心加载孔内均设置有一个内置传力柱，每个内置传力柱与真三轴试验机同侧的作动器活塞杆之间均为磁吸式连接；在所述动封闭板的中心也开设有加载孔，在动封闭板的中心加载孔内设置有外置传力柱。

3.根据权利要求1所述的一种具备高温和水力压裂功能的推拉式硬岩真三轴试样盒，其特征在于：所述岩样夹持器包括岩样夹持组件和岩样保温边框；所述岩样夹持组件数量为六套，在岩石试样的上端、下端、左端、右端、前端、后端各设置一套；所述岩样保温边框套装在岩石试样外部且位于六套岩样夹持组件之间。

4.根据权利要求3所述的一种具备高温和水力压裂功能的推拉式硬岩真三轴试样盒，其特征在于：在所述岩石试样上端的岩样夹持组件与岩石试样下端的岩样夹持组件之间、在岩石试样左端的岩样夹持组件与岩石试样右端的岩样夹持组件之间、在岩石试样前端的岩样夹持组件与岩石试样后端的岩样夹持组件之间均设置有岩样变形测量传感器。

5.根据权利要求3所述的一种具备高温和水力压裂功能的推拉式硬岩真三轴试样盒，其特征在于：所述岩样夹持组件包括传力垫块、冷却垫块及加热垫块；所述加热垫块与岩石试样顶靠接触；所述冷却垫块固定夹持在传力垫块与加热垫块之间。

6.根据权利要求5所述的一种具备高温和水力压裂功能的推拉式硬岩真三轴试样盒，其特征在于：在所述加热垫块内部嵌装有加热电阻丝和温度传感器，加热电阻丝和温度传感器均各自通过导线与真三轴试验机的主控系统电连接。

7.根据权利要求5所述的一种具备高温和水力压裂功能的推拉式硬岩真三轴试样盒，其特征在于：在所述冷却垫块内部嵌装有冷却水路，冷却水路通过循环水管与真三轴试验机外部的冷却水箱连通，循环水管与冷却水箱之间设置有循环水泵。

8.根据权利要求5所述的一种具备高温和水力压裂功能的推拉式硬岩真三轴试样盒，其特征在于：在所述岩石试样上设置有水力压裂孔，水力压裂孔内插装有水力压裂管，水力压裂管密封穿过传力垫块、冷却垫块及加热垫块伸入水力压裂孔中，水力压裂管与真三轴试验机外部的水力压裂泵相连，水力压裂泵与水源相连。

技术总结
一种具备高温和水力压裂功能的推拉式硬岩真三轴试样盒，包括盒体、岩样夹持器、夹持器外转运滑台及夹持器外转运滑轨；夹持器外转运滑轨位于升降式压力室外部，夹持器外转运滑台位于夹持器外转运滑轨上；夹持器外转运滑台上设有夹持器内转运外置导轨；盒体内部设有夹持器内转运内置导轨且上方设有夹持器内转运滑台，岩样夹持器位于夹持器内转运滑台上。本发明采用水平推拉方式实现拆装，具有操作难度小、安装精度控制难度低、降低安全事故等特点；优化了高温和水力压裂施加结构，提高岩样拆装效率和试验效率；既可开展高温环境与动力扰动耦合下的岩石性质室内测定试验，还可开展水力压裂作用与动力扰动耦合下的岩石裂纹扩展特征室内测定试验。

技术研发人员：何本国,付洪源,冯夏庭,王飞,李淇,任冲
受保护的技术使用者：东北大学
技术研发日：
技术公布日：2024/10/14