空心包体地应力测量自密封多口径通用型高压围压率定仪制造技术

本发明专利技术提供一种空心包体地应力测量自密封多口径通用型高压围压率定仪，属于岩石强度测量技术领域。该高压围压率定仪的高压围压率定仪舱体上设有进油口、排气口和油压表，舱体两端有内径不同的舱盖，根据岩心尺寸匹配舱盖板，舱体里面是背双凹槽通用型自密封高强度聚氨酯橡胶皮套，液压油充满在皮套和高压围压率定仪舱体之间，试验岩样放在背双凹槽型聚氨酯橡胶皮套中被挤压。整个系统采用液压油自密封原理，根据岩心尺寸匹配舱盖板，进油口通过高压油管与高压手泵相连，采用橡胶皮套，实现围压80MPa的稳定加载，通过加压系统实时监测高压围压率定仪内的围压大小。本发明专利技术能够模拟深部岩体地应力，监测岩样加载破坏前的变形，操作简便，围压稳定。

【技术实现步骤摘要】
空心包体地应力测量自密封多口径通用型高压围压率定仪
本专利技术涉及岩石强度测量
，特别是指一种空心包体地应力测量自密封多口径通用型高压围压率定仪。
技术介绍
地应力测量是实现岩土工程开挖设计和决策科学化的必要前提。围压率定是空心包体地应力测量法的室内标定试验，用以确定通过地应力测量间接方法得到的岩芯变形参数，进而推导应力大小。浅部地应力测量以线弹性理论为基础，围压率定测定岩石恒定变形参数。但进入深部，岩石、岩体在压力水平逐渐增大的情况下表现出明显的非线性变形特征。因此需要突破常规围压率定(压力在40MPa以内)限制，根据测量现场应力水平，研发高压围压率定设备研究高应力状态下解除岩芯非线性变形特征获取不同压力下岩芯变形参数，提高深部地应力测量精度和数据和理性。目前国内外地应力围压率定设备型号主要有ES&S公司的model-A型、model-B型、model-C型。国际上ES&S公司产品根据型号不同最大压力范围有：0-30MPa和0-40MPa，设备最大可提供40MPa围压(A型号(直径110-150mm)提供压力范围为0-30MPa，B型号(直径70-110mm)提供压力范围为0-40MPa，C型号(直径40-70mm)提供压力范围为0-40MPa，http://www.esands.com/products/Geotech/Biaxial.html)。国家“十三五”科技攻关项目“深部地应力环境与灾害动力学”提出我国深部岩体定义在2000米以浅，而此时地应力水平已达到60MPa甚至100MPa(葛修润,2011,“三维地应力BWSRM测量新方法及其测井机器人在重大工程中的应用”)。在深部高压力水平条件下深部岩石岩体呈现较为明显的非线性变形特征。因此，为了得到岩体从低压到高压的一系列特性参数，模拟岩体从低压到高压的力学行为，通过高围压下岩体变形参数反推地应力水平，需要研发高应力的围压率定设备。由于现有围压率定(双轴压力系统)设备的承压胶套通过密封圈固定在承压缸体上，皮套变形受缸体夹具和油压的控制，在边角处会产生应力集中而影响系统整体压力的升高。此外现场应力解除岩芯外径由于岩石种类、钻孔压力、钻头性能的不同会有较大变化，而在固定伸长率条件下，单一设备不能满足多口径岩芯试验需求。本专利技术采用的双凹槽型自密封高强度聚氨酯皮套，其伸缩性达600％，抗拉强度可达30MPa，承压胶套配合不同口径缸体盖板可自由伸缩变形并由加工精度控制密闭性性能以满足多种口径岩芯的围压率定试验，消除应力集中，满足高应力要求。目前已完成90mm、100mm、110mm等多种直径岩芯的50Mpa、60Mpa、80Mpa的围压测试试验。本专利技术提供的空心包体地应力测量自密封多口径通用型高压围压率定仪，目前测试显示试验模拟应力水平可达到80MPa。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种空心包体地应力测量自密封多口径通用型高压围压率定仪。该高压围压率定仪包括高压围压率定仪舱体、舱盖、橡胶皮套和高压手泵；高压围压率定仪舱体两端设置限制橡胶皮套外扩的舱盖，舱盖上有与橡胶皮套内径相等的同心圆孔，液压油充满在橡胶皮套和高压围压率定仪舱体之间，试验岩样放在橡胶皮套中被挤压；橡胶皮套设置在高压围压率定仪舱体内，高压围压率定仪舱体的高度与橡胶皮套的高度相同；高压围压率定仪舱体上设置进油口和排气口，进油口通过高压油管与高压手泵相连，排气口用于排出高压围压率定仪舱体与橡胶皮套之间的空气，且排气口与油压表一体设计。其中，舱盖为多孔径通用匹配型舱盖；橡胶皮套为背双凹槽通用型自密封高强度聚氨酯橡胶皮套，橡胶皮套参数如下：硬度65±3HA，拉伸强度≥30MPA，扯断伸长率≥600％，撕裂强度≥50KN/m，扯断永久变形≤25％，阿克隆磨耗≤0.1，耐热氧老化(70℃×168h，拉伸强度下降率)≤15％，耐曲挠性能30万次无龟裂。高压围压率定仪舱体内油压可达到700MPa，所述高压围压率定仪舱体和舱盖采用8个26.9mm口径的12.9级强度内六角螺栓连接。内六角螺栓(5)抗拉强度为1220MPa。高压围压率定仪进油口处采用的高压油管为227957A型合金油管，高压油管强度≤250MPa，高压油管金属口径为20mm。橡胶皮套外径大小与所述高压围压率定仪舱体内径差小于1mm。高压围压率定仪不设置金属垫圈，完全靠所述橡胶皮套的工作性能和油压加压，使橡胶皮套与舱体密闭契合，随着压力的增长，橡胶皮套只有内圈尺寸增大，外圈紧贴舱体，通过油压压力对所述高压围压率定仪进行密封，从而实现自密封。整个系统采用液压油自密封原理，根据岩心尺寸匹配舱盖板，进油口通过高压油管与高压手泵相连，采用通用型自密封高强度聚氨酯橡胶皮套，实现围压80MPa的稳定加载，通过加压系统实时监测高压围压率定仪内的围压大小。专利技术的空心包体地应力测量自密封多口径通用型高压围压率定仪在较短时间内可以施加径向80MPa以上的稳定的围压值，能够模拟深部岩体地应力，监测岩样加载破坏前的变形，且系统具有操作简便，围压稳定等优点。本专利技术的上述技术方案的有益效果如下：本专利技术将岩石试样置于所述高压围压率定仪的背双凹槽通用型自密封高强度聚氨酯橡胶皮套内，所述高压围压率定仪舱体与皮套之间充满液压油，利用液压油的流动性，使压力能均匀作用在岩样上，给岩样施加径向方向的围压压力，操作操作简便，围压稳定等优点。附图说明图1为本专利技术的空心包体地应力测量自密封多口径通用型高压围压率定仪结构示意图；图2为本专利技术空心包体地应力测量自密封多口径通用型高压围压率定仪聚氨酯橡胶皮套设计图；图3为本专利技术空心包体地应力测量自密封多口径通用型高压围压率定仪舱体设计图；图4为本专利技术空心包体地应力测量自密封多口径通用型高压围压率定仪舱盖设计图。其中：1-高压围压率定仪舱体；2-舱盖；3-高压油管；4-油压表；5-内六角螺栓；6-排气口；7-橡胶皮套；8-高压手泵。具体实施方式为使本专利技术要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。本专利技术提供一种空心包体地应力测量自密封多口径通用型高压围压率定仪。如图1所示，该高压围压率定仪包括高压围压率定仪舱体1、舱盖2、橡胶皮套7和高压手泵8；高压围压率定仪舱体1两端设置限制橡胶皮套7外扩的舱盖2，舱盖2上有与橡胶皮套7内径相等的同心圆孔；橡胶皮套7设置在高压围压率定仪舱体1内，高压围压率定仪舱体1的高度与橡胶皮套7的高度相同；高压围压率定仪舱体1上设置进油口和排气口6，进油口通过高压油管3与高压手泵8相连，排气口6用于排出高压围压率定仪舱体1与橡胶皮套7之间的空气，且排气口6与油压表4一体设计。高压围压率定仪舱体1和舱盖2之间用内六角螺栓5连接，以确保舱体和舱盖连接紧密，压实橡胶皮套，保证密封性。橡胶皮套7外直径与舱体内径相同，内径与舱盖内径相同，保证舱体在零压条件下保证自密封状态，岩样放入橡胶皮套内进行压缩。橡胶皮套7、高压围压率定仪舱体1和舱盖2设计图分别如图2、图3和图4所示。橡胶皮套7为背双凹槽通用型自密封高强度聚氨酯橡胶皮套，橡胶皮套参数如下：硬度65±3HA，拉伸强度≥30MPA，扯断伸长率≥600％，撕裂强度≥50KN/m，扯断永久变形≤25％，阿克隆磨本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种空心包体地应力测量自密封多口径通用型高压围压率定仪，其特征在于：包括高压围压率定仪舱体(1)、舱盖(2)、橡胶皮套(7)和高压手泵(8)；高压围压率定仪舱体(1)两端设置限制橡胶皮套(7)外扩的舱盖(2)，舱盖(2)上有与橡胶皮套(7)内径相等的同心圆孔；橡胶皮套(7)设置在高压围压率定仪舱体(1)内，高压围压率定仪舱体(1)的高度与橡胶皮套(7)的高度相同；高压围压率定仪舱体(1)上设置进油口和排气口(6)，进油口通过高压油管(3)与高压手泵(8)相连，排气口(6)用于排出高压围压率定仪舱体(1)与橡胶皮套(7)之间的空气，且排气口(6)与油压表(4)一体设计。

【技术特征摘要】
1.一种空心包体地应力测量自密封多口径通用型高压围压率定仪，其特征在于：包括高压围压率定仪舱体(1)、舱盖(2)、橡胶皮套(7)和高压手泵(8)；高压围压率定仪舱体(1)两端设置限制橡胶皮套(7)外扩的舱盖(2)，舱盖(2)上有与橡胶皮套(7)内径相等的同心圆孔；橡胶皮套(7)设置在高压围压率定仪舱体(1)内，高压围压率定仪舱体(1)的高度与橡胶皮套(7)的高度相同；高压围压率定仪舱体(1)上设置进油口和排气口(6)，进油口通过高压油管(3)与高压手泵(8)相连，排气口(6)用于排出高压围压率定仪舱体(1)与橡胶皮套(7)之间的空气，且排气口(6)与油压表(4)一体设计。2.根据权利要求1所述的空心包体地应力测量自密封多口径通用型高压围压率定仪，其特征在于：所述舱盖(2)为多孔径通用匹配型舱盖；所述橡胶皮套(7)为背双凹槽通用型自密封高强度聚氨酯橡胶皮套，橡胶皮套(7)参数如下：硬度65±3HA，拉伸强度≥30MPA，扯断伸长率≥600％，撕裂强度≥50KN/m，扯断永久变形≤25％，阿克隆磨耗≤0.1，耐热氧老化≤15％，耐曲挠性能30万次无龟裂。3.根据权利要求1所述的空心包体地...

【专利技术属性】
技术研发人员：李远，张普锦，李庆文，张亦海，乔兰，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：北京,11