用于大尺寸岩石直剪试验的可加载加热保温套筒制造技术

本发明专利技术公开了一种用于大尺寸岩石直剪试验的可加载加热保温套筒，其包括刚性加热保温套筒本体和加热恒温控制系统，刚性加热保温套筒本体由材料、结构完全相同的上部加热套筒和下部加热套筒组成，上部加热套筒的最内层为导热支撑板，最外层为刚性保护套筒，中间设置隔热保温层；导热支撑板上设置有若干个呈矩阵排列的支撑柱，相邻的支撑柱之间设置有加热线圈，隔热保温层固定在支撑柱上；加热恒温控制系统包括恒温控制器、电线、温度传感器反馈线及温度传感器。本发明专利技术既能够传递加载试验机的剪切应力进而推动岩石试件上下两部分相对滑移，还能够对岩石进行可加载加热保温，保证岩石试样周边恒定的高温环境。

Loading Heating Insulation Sleeve for Large-Size Rock Direct Shear Test

【技术实现步骤摘要】
用于大尺寸岩石直剪试验的可加载加热保温套筒
本专利技术涉及一种用于大尺寸岩石直剪试验的可加载加热保温套筒，尤其是一种用于大尺寸岩石直剪试验且可模拟干热岩开发过程中所处的高温环境的可加载加热保温套筒。
技术介绍
中国是世界上地热资源储量较大的国家，地热资源以其极高的清洁性，运行稳定性和空间分布的广泛性成为世界各国重点研究和开发的新型清洁能源。中国大陆3～10km深处干热岩资源约为中国目前年度能源消耗总量的26万倍。国家地热能开发专门明确指出要积极探索和开发干热岩的各项技术，因此进一步系统研究干热岩储层裂隙在力-热-液耦合环境及注水压力下的剪切破坏及裂纹传播特征，深入研究干热岩岩体剪切裂纹形成机制，是突破干热岩开发技术瓶颈亟需解决关键技术难题，对我国未来的节能减排和环境污染治理以及新一轮的能源结构调整具有重要的理论价值和实践指导意义。然而，现有技术中的的室内试验加温装置存在以下不足：(1)利用液压油等介质实现对岩石试样的加热，然而该方法忽略了流体对材料力学性质的影响；(2)传统直剪试验试样的尺寸往往小于7mm，其剪切试验结果难以反应真实干热岩岩体。传统的加热套筒等装置存在以下不足之处：(1)加热套筒较多应用在制造业中，然而较少的涉及室内岩石力学试验，以往的加热套筒无法满足室内直剪试验的要求；(2)大部分加热套筒往往仅提供加热功能，不具备刚性可加载条件，即不能利用加热套筒传递加载应力；(3)大部分加热套筒无法实现长时温控功能。现有技术相关研究如：CN207418584U公开了一种基于高频加热的3D曲面玻璃热弯装置，主要是用于玻璃的快速受热软化处理，其尺寸、功能均不适用于室内直剪试验。CN206294035U公开了一种环形加热装置，该装置无法实现加载应力的传递，进而无法应用于室内岩石力学试验。因此，本领域相关研究人员致力于开发一种用于大尺寸岩石直剪试验的可加载加热保温套筒。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种用于大尺寸岩石直剪试验的可加载加热保温套筒，其既能够传递加载试验机的剪切应力进而推动岩石试件上下两部分相对滑移，还能够对岩石进行可加载加热保温，保证岩石试样周边恒定的高温度环境。一种用于大尺寸岩石直剪试验的可加载加热保温套筒，其包括刚性加热保温套筒本体和加热恒温控制系统，所述的刚性加热保温套筒本体是由材料、结构完全相同的上部加热套筒和下部加热套筒组成，所述的上部加热套筒的最内层为导热支撑板，最外层为刚性保护套筒，中间设置隔热保温层；所述的导热支撑板设置有四块，在所述的导热支撑板上设置有若干个呈矩阵排列的支撑柱，相邻的支撑柱之间设置有加热线圈，在所述的导热支撑板的一侧垂向设置有多个紧固螺栓孔，相邻的导热支撑板之间通过紧固螺栓与紧固螺栓孔配合连接在一起；所述隔热保温层固定在所述的支撑柱上，所述的刚性保护套筒与所述的导热支撑板之间通过非金属加固螺栓连接固定；所述的加热恒温控制系统包括恒温控制器、电线、温度传感器反馈线及温度传感器，所述的温度传感器内贴在所述的导热支撑板内侧，通过温度传感器反馈线与恒温控制器相连接；所述的电线将加热线圈与恒温控制器相连接，所述的恒温控制器连接有电源。作为本专利技术的一个优选方案，位于上部加热套筒、下部加热套筒内的岩石的最大尺寸为200mm×200mm×150mm。作为本专利技术的另一个优选方案，上述的加热线圈由铬丝制作而成，上述的紧固螺栓为金属材质。一种用于大尺寸岩石直剪试验的可加载加热保温套筒的使用方法，依次包括以下步骤：a、将制作好的混凝土包裹体或原岩试样置于下部加热套筒中，之后在下部加热套筒上方安置上部加热套筒；b、将组装好的可加载加热保温套筒放置于直剪试验机中，试验机压头接触可加载加热保温套筒并施加一定的外部载荷；c、在恒温控制器中调节所需要的试验温度，并将恒温控制器的开关打开；d、操控直剪试验机进行直剪试验，记录和收集试验数据，结合试验数据和裂纹扩展形式揭示剪切裂纹动态演化特征和滑移破坏机制。与现有技术相比，本专利技术带来了以下有益技术效果：第一、采用抗压强度高、耐水蚀性好的且具有一定厚度的高密度钢材制造的导热支撑板和刚性保护套筒为装置的主体，该上部加热套筒和下部加热套筒直接接触剪切试验机的压头，用于传递剪切应力，上下部加热套筒之间可实现滑动，进而满足岩石试样的刚性剪切试验。第二、上部加热套筒和下部加热套筒内部设置有高频加热线圈，从而可以将岩石试样迅速升温且保证受热均匀，同时，隔热保温层和加热恒温控制系统可保证岩石试样在整个实验过程保持恒温条件。第三、本专利技术可加载加热保温套筒既能够传递加载试验机的剪切应力进而推动岩石试件上下两部分相对滑移，还能够对岩石进行可加载加热保温，保证岩石试样周边恒定的高温度环境，最高温度达到300摄氏度，同时可以实现对大尺寸试样的直剪试验，最大尺寸200mm×200mm×300mm，更能体现出岩石在地下受到复杂外力断裂时剪切裂纹动态演化特征和滑移破坏特征。附图说明下面结合附图对本专利技术做进一步说明：图1为本专利技术一种用于大尺寸岩石直剪试验的可加载加热保温套筒的结构示意图；图2为本专利技术上部、下部加热套筒的A-A`线的剖视图；图3为本专利技术导热支撑板的结构示意图；图4为本专利技术隔热保温层的结构示意图；图5为本专利技术上部、下部加热套筒与测试试样整体装配图。附图标记如下：1-上部加热套筒；11-导热支撑板；111-支撑柱；12-高频加热线圈；13-隔热保温层；14-刚性保护套筒；15-紧固螺栓；151-紧固螺栓孔；16非金属加固螺栓；161-加固螺栓孔；2-下部加热套筒；3-恒温控制器；4-电线；5-温度传感器反馈线；6-温度传感器；7-混凝土包裹体；8-原岩试样。具体实施方式本专利技术提出了一种用于大尺寸岩石直剪试验的可加载加热保温套筒，为了使本专利技术的优点、技术方案更加清楚、明确，下面结合具体实施例对本专利技术做详细说明。结合图1至图5所示，本专利技术一种用于大尺寸岩石直剪试验的可加载加热保温套筒，包括上部加热套筒1、下部加热套筒2，上部加热套筒、下部加热套筒由相同的材料制备而成，其装配结构、功能相同。上部加热套筒1包括导热支撑板11、高频加热线圈12、隔热保温层13、刚性保护套筒14、紧固螺栓15、非金属加固螺栓16，其中导热支撑板11位于最内层，刚性保护套筒14位于最外层，二者之间为隔热保温层13，导热支撑板11设置有支撑柱111、紧固螺栓孔151、加固螺栓孔161，其中，支撑柱11横排竖排排列矩阵形，导热支撑板11共4块且彼此之前使用紧固螺栓15固定密封；高频加热线圈12布置于支撑柱111之间；隔热保温层13固定于支撑柱111上方；刚性保护套筒14布置于隔热保温层13上方共4块，刚性保护套筒14利用非金属加固螺栓16与导热支撑板11相连接并固定。加热恒温控制系统包括恒温控制器3、电线4、温度传感器反馈线5、温度传感器7。温度传感器6内贴在导热支撑板11内侧，通过温度传感器反馈线5与恒温控制器3相连接；电线4将高频加热线圈12与恒温控制器3相连接；恒温控制器3与电源相连接。导热支撑板11和刚性保护套筒14采用抗压强度高、耐水蚀性好的且具有一定厚度的高密度钢材制造；高频加热线圈12为镍铬丝制作；紧固螺栓15为金属材质；非金属加固螺栓16为非金属材质；温度传感器6为耐高温材质本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于大尺寸岩石直剪试验的可加载加热保温套筒，其包括刚性加热保温套筒本体和加热恒温控制系统，其特征在于：所述的刚性加热保温套筒本体由材料、结构完全相同的上部加热套筒和下部加热套筒组成，所述的上部加热套筒的最内层为导热支撑板，最外层为刚性保护套筒，中间设置隔热保温层；所述的导热支撑板设置有四块，在所述的导热支撑板上设置有若干个呈矩阵排列的支撑柱，相邻的支撑柱之间设置有加热线圈，在所述的导热支撑板的一侧垂向设置有多个紧固螺栓孔，相邻的导热支撑板之间通过紧固螺栓与紧固螺栓孔配合连接在一起；所述隔热保温层固定在所述的支撑柱上，所述的刚性保护套筒与所述的导热支撑板之间通过非金属加固螺栓连接固定；所述的加热恒温控制系统包括恒温控制器、电线、温度传感器反馈线及温度传感器，所述的温度传感器内贴在所述的导热支撑板内侧，通过温度传感器反馈线与恒温控制器相连接；所述的电线将加热线圈与恒温控制器相连接，所述的恒温控制器连接有电源。

【技术特征摘要】
1.一种用于大尺寸岩石直剪试验的可加载加热保温套筒，其包括刚性加热保温套筒本体和加热恒温控制系统，其特征在于：所述的刚性加热保温套筒本体由材料、结构完全相同的上部加热套筒和下部加热套筒组成，所述的上部加热套筒的最内层为导热支撑板，最外层为刚性保护套筒，中间设置隔热保温层；所述的导热支撑板设置有四块，在所述的导热支撑板上设置有若干个呈矩阵排列的支撑柱，相邻的支撑柱之间设置有加热线圈，在所述的导热支撑板的一侧垂向设置有多个紧固螺栓孔，相邻的导热支撑板之间通过紧固螺栓与紧固螺栓孔配合连接在一起；所述隔热保温层固定在所述的支撑柱上，所述的刚性保护套筒与所述的导热支撑板之间通过非金属加固螺栓连接固定；所述的加热恒温控制系统包括恒温控制器、电线、温度传感器反馈线及温度传感器，所述的温度传感器内贴在所述的导热支撑板内侧，通过温度传感器反馈线与恒温控制器相连接；所述的电线将加热线圈与恒温控制器相连接，所述的恒温控制器连接有...

【专利技术属性】
技术研发人员：张士川，沈宝堂，李杨杨，
申请(专利权)人：山东科技大学，
类型：发明
国别省市：山东,37