[发明专利]基于分离式霍普金森压杆的水压致裂实验装置和实验方法

说明书

本发明公开了一种基于分离式霍普金森压杆的水压致裂实验装置和实验方法，包括分离式霍普金森压杆、动态冲击致裂装置和筒状围压缸；所述分离式霍普金森压杆包括：发射装置、入射杆和透射杆，所述入射杆和所述透射杆各设有一个应变片；所述动态冲击致裂装置安装在入射杆和透射杆的连接处，动态冲击致裂装置中用于放置试样；所述动态冲击致裂装置套设与筒状围压缸套内，所述筒状围压缸通过油管与油缸连通。本发明优点是：实现了在实验室环境下岩石材料的水压致裂，效果良好，可用于模拟不同应力状态下岩石试样的水压致裂，为深部岩土工程提供了试验价值和指导意义。具有试验装置结构简单、设计合理、组装快速、操作方便、节省人力等优点。

技术领域

本发明涉及岩石动态力学试验技术领域，特别涉及一种基于分离式霍普金森压杆的水压致裂实验装置和实验方法。

背景技术

水压致裂法是一种测量地壳深部应力的方法，该方法不需要岩石的力学参数参与计算，就可获得地壳内多种应力参量，具有设备简易、操作简单、可在超深钻孔内进行重复实验、测量速度快、测量结果可靠等特点，近年来广泛应用于各大重点项目中，并取得了良好的成果。经典水压致裂法通过封隔器封闭实验段并向其中注射高压水，得到岩壁初始开裂压力Pi和裂隙扩张至3倍钻孔直径深度时的关闭压力Ps，经历两到三次卸压-重新加压的过程测量原位地应力。

国际岩石力学学会将水压致裂测量方法作为一种主要的应力估算方法。近年来随着人类对深部能源需求量的增大，为满足各类工程的需要，研究人员对水压致裂技术进行了诸多改进，从原二维平面应力测量逐渐发展成为三维原位地应力测量技术，以满足深部高应力条件的需要。目前国内外研究主要集中在原位地应力钻孔测量中和数值模拟上，在实验室环境下实现和开展水压致裂实验研究的难度较大。

发明内容

本发明针对现有技术的缺陷，提供了一种基于分离式霍普金森压杆的水压致裂实验装置和实验方法，在实验室环境下基于分离式霍普金森压杆动态冲击实验来实现岩石试样的水压致裂，实验所施加的不同油压预定值可模拟封隔段的不同埋置深度，不同加载率可模拟封隔段内不同大小的水压。

为了实现以上发明目的，本发明采取的技术方案如下：

一种基于分离式霍普金森压杆的水压致裂实验装置，包括分离式霍普金森压杆、动态冲击致裂装置和筒状围压缸；

所述分离式霍普金森压杆包括：发射装置、入射杆和透射杆，所述入射杆和所述透射杆各设有一个应变片；

所述动态冲击致裂装置安装在入射杆和透射杆的连接处，动态冲击致裂装置中用于放置试样；

所述动态冲击致裂装置套设于筒状围压缸套内，所述筒状围压缸通过油管与油缸连通。

进一步地，所述动态冲击致裂装置中放置的试样为环形圆盘试样，所述环形圆盘试样中间装入可传递压力的物质用于动态冲击致裂，环形圆盘试样表面套设套管。

进一步地，所述动态冲击致裂装置包括：第一导管、第二导管、第一延伸管、第二延伸管和堵头；

所述第一导管的一端与试样中的可传递压力的物质抵接，第一导管的另一端与入射杆抵接；所述第二导管的一端与试样中可传递压力的物质抵接，第二导管的另一端与所述透射杆抵接。

所述第一导管和第二导管分别插入第一延伸管和第二延伸管内；第一延伸管远离入射杆的一端与试样抵接，第二延伸管远离透射杆的一端与试样抵接；第一延伸管上开设置堵头；

进一步地，第一延伸管和第二延伸管内壁开设有环形凹槽，凹槽内设有密封圈。

进一步地，第一延伸管、第二延伸管和试样表面设有膜；