[发明专利]一种实验室三维动态岩石破碎试验系统及方法

说明书

本发明属于实验室机械破岩技术领域，具体为一种实验室三维动态岩石破碎试验系统及方法，包括主机、功能性装置、电液伺服轴向加载系统、测量控制系统、计算机控制与数据处理系统等组成，其结构合理，该实验系统实验方法操作简便，可用于模拟冲击、机械掘进等多种动载荷在高应力条件下，天然岩石、人工混凝土、散粒状压密固结试件破碎的力学性能试验研究；该实验系统可实现常规力学实验与动态围压条件下的破岩实验，轴向(3000KN)静压作动器和轴向(25KN)伺服作动器加载互不影响；本实验破岩方向为下方，破岩产生的岩屑将会自动掉落，减小对模拟破岩试验中对受力和位移等的影响；获得实时的动态的破裂定位与损伤参数。

技术领域

本发明涉及实验室机械破岩技术领域，具体为一种实验室三维动态岩石破碎试验系统及方法。

背景技术

随着国家经济建设和国防安全的需要，深部地下资源的开采和地下空间的开发利用日益增多，能源地下储存、高放核废物的深地质处置、矿产、油气的勘探与开采、土木、水利水电地下空间的利用，都在不断走向深部，地下岩体的高地应力特征也越来越显著，随着围压升高，岩石的物理力学性质发生变化，传统破岩方式能否有效地破碎高围压岩石是我们关心的问题。

早在上世纪六十年代岩石力学界的学者们对岩石破碎开展了深入的研究,取得了丰硕的成果。然而,受到实验装置的制约，都是在无围压的情况下对岩石采用动态加载方式的破岩室内实验研究，而目前可以通过加围压来模拟高应力条件的几乎没有。如CN104749052 A，CN 104237484 A,CN 104297049 A和CN104198311A破岩都处于常压的开放环境中，无法模拟高应力环境，故不能采用常规的破岩装置来研究深层破岩问题。

目前的破岩实验装置仅能进行静压或者破岩中的一种，不能够在静压测岩石力学性质的同时进行破岩实验。由于深部岩石取样困难，花费极大，若能够将岩石力学性质测试和破岩实验同时进行，将大大节约实验资金投入和对岩样的最大化利用。如专利CN107505207 A虽然能先静压后破岩，但静压和破岩所用同一个压头，且静压后需要对岩石取消静压力才能破岩，本装置可以在保持一定静压力的情况下破岩石，能更好的保证在静压测岩石力学性质的同时进行破岩实验。

目前实验室破岩装置破岩方向都是从上方破岩，现实工程中都能通过钻井液将岩屑带走，防止岩屑对破岩的影响，实验室模拟破岩由于受到装置的制约，例如在一些设有围压的破岩装置中不能通过钻井液将岩屑带走，岩屑将会影响破岩的受力和效率，对模拟破岩产生干扰，本实验破岩方向为下方，破岩产生的岩屑将会自动掉落，减小对模拟破岩的影响。

目前实验室破岩装置模拟动载类型大多都是单一的切削或者冲击，本实验系统可以模拟冲击、全岩掘进切削、冲击-切削等多种类型的动荷载，并且冲击频率范围为1Hz～100Hz，能够更好模拟高频率下实际工程破岩实验，本实验室破岩装置相对于其他破岩装置控制精度更高，其中轴向位移≤±0.05mm；围压≤±1％；轴向载荷≤±0.5％。

为此，我们在此提出一种实验室三维动态岩石破碎试验系统及方法。

发明内容

本部分的目的在于概述本发明的实施方式的一些方面以及简要介绍一些较佳实施方式。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。

本发明的目的是提供一种实验室三维动态岩石破碎试验系统及方法，该系统用于模拟冲击、机械掘进等在高应力条件下，天然岩石、人工混凝土、散粒状压密固结试件破碎的力学性能试验研究，该实验系统实验方法操作简便。

为解决上述技术问题，根据本发明的一个方面，本发明提供了如下技术方案：

一种实验室三维动态岩石破碎试验系统及方法，其包括主机、功能性装置、电液伺服轴向加载系统、测量控制系统、计算机控制与数据处理系统等组成；