[发明专利]岩体多场耦合旋切钻进测试装置与方法

权利要求书

1.一种岩体多场耦合旋切钻进测试装置，应用于岩体试件（9）的旋切钻进测试，其特征在于，包括：

外部框架（1），包括试验平台（11）、以及分别设置于所述试验平台（11）上的侧壁（12）和上座（13），所述上座（13）开设有预留孔（131）；

应力渗流施加系统（2），包括轴向围压施加组件（21）和渗流施加组件（22），所述围压施加组件包括底座（211）和连接于所述底座（211）上的轴向液压油缸（212），所述侧壁（12）、所述上座（13）和所述底座（211）围设形成放置所述岩体试件（9）的压力室（7），所述轴向液压油缸（212）向所述岩体试件（9）施加轴向围压以保持所述岩体试件（9）不发生移动，所述渗流施加组件（22）包括渗透薄膜（221），所述渗透薄膜（221）与所述岩体试件（9）的外壁贴合且与所述侧壁（12）围设形成容水腔（8），以使液体进入所述容水腔（8）后对所述岩体试件（9）施加侧向围压，液体穿过所述渗透薄膜（221），以对所述岩体试件（9）施加渗流场；

温度施加系统，用于对所述岩体试件（9）施加温度场；

钻机系统（4），包括设置于所述上座（13）上方的钻机推进组件（41）和钻机组件（42），所述钻机组件（42）穿过所述预留孔（131）对所述岩体试件（9）进行旋切，所述钻机推进组件（41）连接于所述钻机组件（42）远离所述岩体试件（9）的一端，以驱动所述钻机组件（42）钻进；以及

控制监测系统，包括控制单元和监测单元（5），所述监测单元（5）包括设置于所述钻机组件（42）的扭矩传感器（51）和设置于所述钻机推进组件（41）的压力传感器（52），所述扭矩传感器（51）和所述压力传感器（52）分别与所述控制单元电连接，以处理所述钻机系统（4）的钻进数据，所述应力渗流施加系统（2）、所述温度施加系统和所述钻机系统（4）分别与所述控制单元电连接。

2.根据权利要求1所述的岩体多场耦合旋切钻进测试装置，其特征在于，所述钻机推进组件（41）包括第一伺服电机（411）、螺纹杆（412）和用于安装所述钻机组件（42）的钻机架（413），所述第一伺服电机（411）连接于所述外部框架（1）上，所述螺纹杆（412）连接于所述第一伺服电机（411），所述钻机架（413）与所述螺纹杆（412）螺纹连接，以将所述螺纹杆（412）的旋转运动转换为所述钻机架（413）的直线运动，所述压力传感器（52）设置于所述螺纹杆（412）上。

3.根据权利要求2所述的岩体多场耦合旋切钻进测试装置，其特征在于，所述钻机组件（42）包括依次连接的第二伺服电机（421）、传动轴（422）、钻杆本体（423）和钻头（424），所述第二伺服电机（421）连接于所述钻机架（413）上，所述扭矩传感器（51）设置于所述传动轴（422）和所述第二伺服电机（421）之间。

4.根据权利要求3所述的岩体多场耦合旋切钻进测试装置，其特征在于， 所述钻机系统（4）还包括连接于所述外部框架（1）的钻杆稳定件（43），所述钻杆本体（423）穿过所述钻杆稳定件（43），以增加所述钻杆本体（423）旋切钻进时的稳定性。

5.根据权利要求1所述的岩体多场耦合旋切钻进测试装置，其特征在于，所述温度施加系统为加热板（3），所述监测单元（5）包括液压传感器（55）和温度传感器（53），所述加热板（3）设置于所述侧壁（12），以对所述容水腔（8）内的液体进行加热，所述温度传感器（53）与所述控制单元电连接，以监测液体的温度，所述液压传感器（55）与所述控制单元电连接，以监测所述岩体试件（9）的侧向围压。

6.根据权利要求5所述的岩体多场耦合旋切钻进测试装置，其特征在于，所述渗流施加组件（22）还包括液体加压件（222）、进水管（223）和出水管（224），所述进水管（223）连通所述液体加压件（222）和所述容水腔（8）的进水口，以对所述岩体试件（9）施加侧向围压，所述出水管（224）连通所述容水腔（8）的出水口与所述液体加压件（222），以使所述岩体试件（9）的侧向围压过大时进行卸压。