[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

权利要求书

1.一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。

2.根据权利要求1所述的水下岩石绝热应力变化的温度响应系数测试方法，其特征在于，三个温度传感器采集的温度均达到稳定时，则整套温度响应系数测试系统温度达到平衡。

3.根据权利要求1所述的水下岩石绝热应力变化的温度响应系数测试方法，其特征在于，所述第二温度、第四温度、第二围压、第三围压采集的时间为相应的排泄阀打开后的10～20s内。

4.根据权利要求1所述的水下岩石绝热应力变化的温度响应系数测试方法，其特征在于，温度差ΔT₁等于第二温度减去第一温度，围压差Δσ₁等于第二围压减去第一围压；温度差ΔT₂等于第四温度减去第三温度，围压差Δσ₂等于第三围压减去第二围压。