一种便携式岩石抗剪强度测试装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种便携式岩石抗剪强度测试装置及方法。该装置包括：桁架、限位块、垂向导轨、左样槽、拉力传感器、位移传感器、牵引绳、止滑块、马达、数据传输线、右样槽、计算机、固定器、球形座、球头、压力轴承、曲柄、螺孔、压力传感器等。该装置高度集成，具有微箱式结构，稳定可靠，移动便捷，易于现场应用；并且可模拟真实的天然裂缝面的摩擦过程，能保证摩擦过程中缝面为完全吻合的面面接触，获得精准的剪切强度值；还具有操作简单的优点，使用该装置进行测试时，所有数据输至计算机，实现自动采集功能。本发明专利技术提供的测试装置及方法可测量岩石天然裂缝面的抗剪强度和剪切性质，从剪切测试结果中获得岩石剪切滑动的力学条件、位移特征等。

Portable rock shear strength testing device and method

The invention provides a portable rock shear strength test device and a method thereof. The device comprises a truss, a limit block, the vertical guide rail, left like groove, force sensor, displacement sensor, traction rope, stop block, motor, data transmission line, the right kind of groove, computer, fixer, spherical seat, ball head, pressure bearing, crank, screw, pressure sensor etc.. The device is highly integrated, with micro box structure, stable and reliable, mobile and convenient, easy on-site application; natural fracture surface friction and can simulate the real process, can guarantee the friction process of seam surface to surface surface consistent contact, to obtain accurate values of shear strength; also has the advantage of simple operation, testing using the device when all the data transmission to the computer, realize the automatic acquisition function. The testing device and method provided by the invention can measure the shearing strength and the shearing property of the natural fracture surface of rock, and obtain the mechanical condition and displacement characteristic of the Rock Shearing sliding from the shearing test result.

【技术实现步骤摘要】
一种便携式岩石抗剪强度测试装置及方法
本专利技术涉及一种便携式岩石抗剪强度测试装置及方法，属于岩石力学试验

技术介绍
岩石抗剪强度在各岩土体工程领域应用非常广泛。目前，在研究致密储层，特别是低渗透页岩气储层时，评价不同储层缝面抗剪强度的影响规律非常重要。因此，对页岩天然裂缝面抗剪强度规律进行测试的装置在本领域是非常必要的，其可以探究剪切滑移条件，为工程应用提供理论依据。目前，可通过直剪的方法测定抗剪强度。将岩石样品加工后，剪切滑动的摩擦面经过人工打磨，至光滑平整后置入上、下试验盒中，保证对磨面出露。然后将上、下试验盒出露部分完全对齐，放置在液压压机上，且下试验盒固定。测试开始时，向上试验盒正上方施加正压力，侧向施加切向力。通过改变正压力，记录该过程中的切向力和横向位移，即可得出不同正压力时的抗剪强度。但是直剪的方法测定抗剪强度的技术尚存在许多缺陷。首先，使用该方案进行抗剪强度测试，需要对岩石样品两剪切面进行精细的切割、打磨等处理加工流程，该过程中需要用水或其它流体对切割打磨过程予以润滑和冷却，引入的流体会对剪切面产生较大程度的污染，所测得的摩擦强度存在较大程度的失真；其次，经过打磨的岩石表面光滑均匀，粗糙度较小，而天然裂缝面往往表现为非均质性强、粗糙度大等特性，测试过程中的打磨面与天然裂缝面的状态差异较大；再次，整个测试过程需要伺服液压压机配套，设施要求很高。因此，研发出一种便携式岩石抗剪强度测试装置及方法，仍是本领域亟待解决的问题之一。
技术实现思路
为解决上述技术问题，本专利技术的目的在于提供一种便携式岩石抗剪强度测试装置及方法。该装置及方法可以测量岩石天然裂缝面的抗剪强度和剪切性质，进而能够从剪切测试结果中获得岩石剪切滑动的力学条件、位移特征等。并且，该装置具有简单实用、可移动性强、方便现场测量分析等优点。为达到上述目的，本专利技术首先提供了一种便携式岩石抗剪强度测试装置，该装置至少包括：桁架、限位块、垂向导轨、左样槽、拉力传感器、位移传感器、牵引绳、止滑块、马达、数据传输线、右样槽、计算机、固定器、球形座、球头、压力轴承、曲柄、螺孔以及压力传感器；其中，所述桁架为所述便携式岩石抗剪强度测试装置提供刚性支撑；所述限位块设置于所述桁架的底部内侧，所述垂向导轨的一端垂直连接于所述限位块的上端，所述左样槽的侧面贴合所述垂向导轨，所述限位块限定了所述左样槽在所述垂向导轨上垂直滑动的起始位置，保证每次的滑动位置的可重复性；所述拉力传感器和所述位移传感器设置在所述左样槽的顶端，以同步检测与记录测试过程中(即剪切滑动的测试过程)的位移和剪切力数据；所述止滑块连接于所述桁架的左部内侧，所述垂向导轨的另一端垂直连接于所述止滑块的下端，所述止滑块限定了所述左样槽在所述垂向导轨上垂直滑动的终止位置，保证每次的滑动位置的可重复性；所述马达连接于所述桁架的左部内侧，所述马达通过所述牵引绳与所述左样槽顶端的拉力传感器连接，以提供测试过程中的剪切驱动力；所述固定器位于所述桁架内，其包括滚轴、连接块、锁紧螺孔、万向球座以及万向连杆；所述滚轴设置于所述连接块的底部，并与所述桁架的底部内侧接触；所述万向连杆螺旋安装在所述连接块顶部中央的锁紧螺孔内，所述万向连杆的顶部安装在所述万向球座内；所述右样槽设置于所述左样槽的对面，并且所述右样槽的侧面连接于所述固定器的连接块的一侧面，所述滚轴用于减小所述右样槽左右移动时的阻力，旋转所述万向连杆用于使所述万向球座的顶部与所述桁架的顶部内侧紧贴，以锁死所述右样槽在垂向上的活动空间，保证测试过程中位移的检测精度；所述连接块的另一侧面通过所述压力传感器与所述球形座连接，所述压力传感器用于检测与记录测试过程中施加的正压力；所述球形座与所述球头对应设置，并且所述压力轴承连接于所述球头；所述螺孔设置于所述桁架的右侧杆上，并且所述曲柄穿过所述螺孔并顶在所述压力轴承上，摇动所述曲柄用于推动所述球头与所述球形座吻合，进而促使所述球头在所述球形座内调整以使所述固定器的连接块带动右样槽左右移动，进而保证分别安装在左样槽、右样槽中的两个样品的裂缝面相接触并完全吻合，并且通过继续摇动所述曲柄施加正压力；所述拉力传感器、所述位移传感器与所述压力传感器分别通过所述数据传输线与所述计算机连接，以将所检测与记录的数据通过所述数据传输线传输到所述计算机中，进而记录并处理数据。根据本专利技术的具体实施方式，优选地，上述装置还包括脚轮，所述脚轮设置于所述桁架的底部，以方便所述便携式岩石抗剪强度测试装置的移动。另外，本专利技术还提供了一种便携式岩石抗剪强度测试方法，该方法采用上述的测试装置，其包括以下步骤：(1)将收集的待测量的现场采集的岩石块进行清洗，将清洗后的岩石块切割为规则的形状，再劈裂成两半，得到完全吻合的两个劈裂面，以模拟天然裂缝面，得到两个样品；(2)打开压力传感器和计算机；并将两个样品分别装入左样槽和右样槽并固定好，使两个样品的裂缝面相对；旋转固定器的万向连杆使万向球座的顶部与桁架的顶部内侧紧贴，以锁死右样槽在垂向上的活动空间，保证测试过程中位移的检测精度；然后摇动曲柄通过压力轴承推动球头与球形座吻合，并促使球头在球形座内调整以使固定器的连接块带动右样槽左右移动，至分别安装在左样槽、右样槽中的两个样品的裂缝面相接触并完全吻合，再继续摇动曲柄施加正压力至预定值；(3)启动马达并打开拉力传感器和位移传感器，通过牵引绳带动左样槽在限位块与止滑块之间的垂直导轨上垂直滑动，以进行剪切测试；(4)通过计算机记录与处理拉力传感器、位移传感器和压力传感器所检测与记录的数据，获得岩石抗剪强度。在上述方法中，优选地，步骤(4)中的岩石抗剪强度是通过以下公式计算的：式中，τ—岩石抗剪强度，单位MPa；Tp—峰值剪切力，单位N，其为剪切测试过程中得到的位移-剪切力曲线中的剪切力最大值，该曲线中的位移由位移传感器测得，剪切力由拉力传感器测得；A—剪切面面积，即样品劈裂面的面积，单位mm2。在采用本专利技术的装置进行测试前，需要设置一固定的压力(即预设的正压力)，该压力由压力传感器测得；在剪切测试过程中得到位移(由位移传感器测得)-剪切力(由拉力传感器测得)曲线，通过该曲线得出峰值剪切力，进而通过上述公式计算得到岩石抗剪强度。在上述方法中，优选地，步骤(1)中的岩石块为页岩岩石快。本专利技术提供的便携式岩石抗剪强度测试装置及方法主要具有以下优点：1.便携性，该装置高度集成，主要的测试部件均安装在桁架内，具有微箱式结构，装置稳定可靠，且装置底部安装有脚轮，移动便捷，易于现场应用；2.可模拟真实的天然裂缝面的摩擦过程，能够保证摩擦过程中缝面为完全吻合的面面接触，获得精准的剪切强度值；3.操作简单，使用该装置进行测试时，所有数据输至计算机，实现自动采集功能。综上所述，本专利技术提供的便携式岩石抗剪强度测试装置及方法可以测量岩石天然裂缝面的抗剪强度和剪切性质，进而从剪切测试结果中获得岩石剪切滑动的力学条件、位移特征等。并且，该装置具有简单实用、可移动性强、方便现场测量分析等优点，能够满足油气田现场的复杂性等条件。附图说明图1为本专利技术一具体实施方式提供的便携式岩石抗剪强度测试装置的结构示意图；图2为本专利技术一具体实施方式提供的便携式岩石抗剪强度测试装置中的固定器的结构示意本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种便携式岩石抗剪强度测试装置，该装置至少包括：桁架、限位块、垂向导轨、左样槽、拉力传感器、位移传感器、牵引绳、止滑块、马达、数据传输线、右样槽、计算机、固定器、球形座、球头、压力轴承、曲柄、螺孔以及压力传感器；其中，所述桁架为所述便携式岩石抗剪强度测试装置提供刚性支撑；所述限位块设置于所述桁架的底部内侧，所述垂向导轨的一端垂直连接于所述限位块的上端，所述左样槽的侧面贴合所述垂向导轨，所述限位块限定了所述左样槽在所述垂向导轨上垂直滑动的起始位置，保证每次的滑动位置的可重复性；所述拉力传感器和所述位移传感器设置在所述左样槽的顶端，以同步检测与记录测试过程中的位移和剪切力数据；所述止滑块连接于所述桁架的左部内侧，所述垂向导轨的另一端垂直连接于所述止滑块的下端，所述止滑块限定了所述左样槽在所述垂向导轨上垂直滑动的终止位置，保证每次的滑动位置的可重复性；所述马达连接于所述桁架的左部内侧，所述马达通过所述牵引绳与所述左样槽顶端的拉力传感器连接，以提供测试过程中的剪切驱动力；所述固定器位于所述桁架内，其包括滚轴、连接块、锁紧螺孔、万向球座以及万向连杆；所述滚轴设置于所述连接块的底部，并与所述桁架的底部内侧接触；所述万向连杆螺旋安装在所述连接块顶部中央的锁紧螺孔内，所述万向连杆的顶部安装在所述万向球座内；所述右样槽设置于所述左样槽的对面，并且所述右样槽的侧面连接于所述固定器的连接块的一侧面；所述滚轴用于减小所述右样槽左右移动时的阻力，旋转所述万向连杆用于使所述万向球座的顶部与所述桁架的顶部内侧紧贴，以锁死所述右样槽在垂向上的活动空间，保证测试过程中位移的检测精度；所述连接块的另一侧面通过所述压力传感器与所述球形座连接，所述压力传感器用于检测与记录测试过程中施加的正压力；所述球形座与所述球头对应设置，并且所述压力轴承连接于所述球头；所述螺孔设置于所述桁架的右侧杆上，并且所述曲柄穿过所述螺孔并顶在所述压力轴承上；摇动所述曲柄用于推动所述球头与所述球形座吻合，进而促使所述球头在所述球形座内调整以使所述固定器的连接块带动右样槽左右移动，进而保证分别安装在左样槽、右样槽中的两个样品的裂缝面相接触并完全吻合，并且通过继续摇动所述曲柄施加正压力；所述拉力传感器、所述位移传感器与所述压力传感器分别通过所述数据传输线与所述计算机连接，以将所检测与记录的数据通过所述数据传输线传输到所述计算机中，进而记录并处理数据。...

【技术特征摘要】
1.一种便携式岩石抗剪强度测试装置，该装置至少包括：桁架、限位块、垂向导轨、左样槽、拉力传感器、位移传感器、牵引绳、止滑块、马达、数据传输线、右样槽、计算机、固定器、球形座、球头、压力轴承、曲柄、螺孔以及压力传感器；其中，所述桁架为所述便携式岩石抗剪强度测试装置提供刚性支撑；所述限位块设置于所述桁架的底部内侧，所述垂向导轨的一端垂直连接于所述限位块的上端，所述左样槽的侧面贴合所述垂向导轨，所述限位块限定了所述左样槽在所述垂向导轨上垂直滑动的起始位置，保证每次的滑动位置的可重复性；所述拉力传感器和所述位移传感器设置在所述左样槽的顶端，以同步检测与记录测试过程中的位移和剪切力数据；所述止滑块连接于所述桁架的左部内侧，所述垂向导轨的另一端垂直连接于所述止滑块的下端，所述止滑块限定了所述左样槽在所述垂向导轨上垂直滑动的终止位置，保证每次的滑动位置的可重复性；所述马达连接于所述桁架的左部内侧，所述马达通过所述牵引绳与所述左样槽顶端的拉力传感器连接，以提供测试过程中的剪切驱动力；所述固定器位于所述桁架内，其包括滚轴、连接块、锁紧螺孔、万向球座以及万向连杆；所述滚轴设置于所述连接块的底部，并与所述桁架的底部内侧接触；所述万向连杆螺旋安装在所述连接块顶部中央的锁紧螺孔内，所述万向连杆的顶部安装在所述万向球座内；所述右样槽设置于所述左样槽的对面，并且所述右样槽的侧面连接于所述固定器的连接块的一侧面；所述滚轴用于减小所述右样槽左右移动时的阻力，旋转所述万向连杆用于使所述万向球座的顶部与所述桁架的顶部内侧紧贴，以锁死所述右样槽在垂向上的活动空间，保证测试过程中位移的检测精度；所述连接块的另一侧面通过所述压力传感器与所述球形座连接，所述压力传感器用于检测与记录测试过程中施加的正压力；所述球形座与所述球头对应设置，并且所述压力轴承连接于所述球头；所述螺孔设置于所述桁架的右侧杆上，并且所述曲柄穿过所述螺孔并顶在所述压力轴承上；摇动所述曲柄用于推动所述球头与所述球形座吻合，进而促使所述球头在所述球形...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨威，肖剑波，葛洪魁，姜振学，宋岩，刘冬冬，左如斯，王乾右，
申请(专利权)人：中国石油大学北京，
类型：发明
国别省市：北京,11