含水合物沉积物环剪破坏模拟装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种含水合物沉积物环剪破坏模拟装置及方法，所述模拟装置包括剪切盒模块、高压反应釜模块和旋转模块等；剪切盒模块主体为圆环柱结构，整体安装在高压反应釜模块内部并与高压反应釜模块固定连接，轴压加载模块安装在剪切盒模块上部，用以给位于剪切盒模块内部的含水合物沉积物施加纵向压力；旋转模块的旋转中轴安装在剪切盒模块的环状中心，旋转中轴通过密封轴承穿透高压反应釜模块下部端面，以驱动剪切盒模块的下剪切盒以特定的速率转动，在上剪切盒固定条件下，上剪切盒和下剪切盒发生旋转相对位移，导致沉积物样品发生剪切破坏，进而推断其在特定剪切变形条件下的力学行为，实现含天然气水合物沉积物蠕滑行为研究。研究。研究。

【技术实现步骤摘要】
含水合物沉积物环剪破坏模拟装置及方法


[0001]本专利技术属于海洋天然气水合物研究领域，具体涉及一种含水合物沉积物环剪破坏模拟装置及方法。

技术介绍

[0002]海域天然气水合物地层的稳定性往往受地层的应力状态和力学强度等条件控制，国内外学者通常采用直接剪切、直剪反复剪切、三轴压缩等常规的土力学试验来确定含水合物地层的力学强度特性，由此推测海洋天然气水合物开采过程中地层发生蠕滑的宏观、微观特征和力学强度演变规律。
[0003]然而，现有技术中，对于天然气水合物局部失稳到大规模蠕滑转换机理研究缺乏基本的研究手段，常规土力学试验的测试分析结果难以反映地层大变形条件下的破坏特征，特别是难以反映地层破坏后长距离剪切滑移条件下的变形规律，不足以反映实际天然气水合物开采过程中面临的地层滑塌风险模拟。
[0004]目前环剪测试技术在常规土体滑塌强度测试和滑坡稳定性分析与启滑机制研究中发挥了重要作用，环剪仪基本原理是采用上、下两个圆柱环剪切盒形成样品腔体并安装测试样品，以一定速率驱动下剪切盒旋转运动，上剪切盒固定不动，上、下剪切盒的相对转动，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.含水合物沉积物环剪破坏模拟装置，包括高压反应釜模块、制冷控温模块、气体供给模块和控制与采集模块，其特征在于，还包括剪切盒模块、旋转模块和轴压加载模块；所述剪切盒模块主体为圆环柱结构，整体安装在高压反应釜模块内部，用以制备含水合物沉积物样品并开展旋转剪切模拟实验，剪切盒模块与高压反应釜模块之间固定连接，气体供给模块内的高压甲烷气体注入到高压反应釜模块内部以后，剪切盒模块内、外同步具有高压甲烷环境，且剪切盒模块内外高压甲烷气体相互连通；所述轴压加载模块安装在剪切盒模块上部，用以给位于剪切盒模块内部的含水合物沉积物(1)施加纵向压力；所述旋转模块的旋转中轴(4
‑
9)安装在剪切盒模块的环状中心，旋转中轴(4
‑
9)通过密封轴承穿透高压反应釜模块下部端面，旋转模块用以驱动剪切盒模块的下剪切盒以特定的速率转动。2.根据权利要求1所述的含水合物沉积物环剪破坏模拟装置，其特征在于：所述剪切盒模块包括下剪切盒和上剪切盒；所述下剪切盒包括下剪切盒外壳(2
‑
1)，下剪切盒内壳(2
‑
4)，下剪切盒端盖(2
‑
7)，以及设置在下剪切盒端盖(2
‑
7)外部的键槽(2
‑
8)；上剪切盒包括上剪切盒外壳(2
‑
2)，上剪切盒内壳(2
‑
5)，上剪切盒端盖(2
‑
12)，以及设置在上剪切盒侧面的定位销(2
‑
11)；所述上剪切盒内壳(2
‑
5)与下剪切盒内壳(2
‑
4)之间安装推力轴承(2
‑
6)，推力轴承(2
‑
6)的內缘与上剪切盒内壳(2
‑
5)固定，推力轴承(2
‑
6)的外缘与下剪切盒内壳(2
‑
4)固定，上剪切盒外壳(2
‑
2)与下剪切盒内壳(2
‑
1)之间安装推力轴承(2
‑
3)，推力轴承(2
‑
3)的內缘与下剪切盒内壳(2
‑
1)固定，推力轴承(2
‑
3)的外缘与上剪切盒内壳(2
‑
3)固定；所述上剪切盒端盖(2
‑
12)与上剪切盒外壳(2
‑
2)和上剪切盒内壳(2
‑
5)之间固定连接；所述上剪切盒端盖(2
‑
12)上设置有若干与剪切盒外部连通的气道(2
‑
13)。3.根据权利要求2所述的含水合物沉积物环剪破坏模拟装置，其特征在于：所述剪切盒内部还设置有下防滑垫圈(2
‑
9)和上防滑垫圈(2
‑
10)，下防滑垫圈(2
‑
9)与下剪切盒端盖(2
‑
7)之间固定，上防滑垫圈(2
‑
10)与轴压加载模块的压载顶板(3
‑
1)之间固定连接。4.根据权利要求3所述的含水合物沉积物环剪破坏模拟装置，其特征在于：所述上防滑垫圈(2
‑
10)下侧、下防滑垫圈(2
‑
9)上侧分别均匀设置有凸齿，上防滑垫圈(2
‑
10)上设置有气体自由流通的气孔，上防滑垫圈(2
‑
10)外径小于上剪切盒外壳(2
‑
2)的内径，上防滑垫圈(2
‑
10)内径大于上剪切盒内壳(2
‑
5)的外径。5.根据权利要求3所述的含水合物沉积物环剪破坏模拟装置，其特征在于：所述轴压加载模块包括压载顶板(3
‑
1)，油压泵(3
‑
5)，液压油罐(3
‑
6)，压载连杆(3
‑
2)，压载/卸荷隔板(3
‑
3)，压载/卸荷腔体(3
‑
4)，以及连接管线和阀门；所述压载顶板(3
‑
1)为环形带孔圆盘，安装在剪切盒模块内部，并与上防滑垫圈(2
‑
10)固定；压载连杆(3
‑
2)为圆柱状，压载连杆(3
‑
2)下端与压载顶板(3
‑
1)连接，其上端穿过上剪切盒端盖(2
‑
12)并伸入压载/卸荷腔体(3
‑
4)，压载/卸荷腔体(3
‑
4)为圆柱状结构，压载/卸荷腔体(3
‑
4)的内腔尺寸与压载/卸荷隔板(3
‑
3)一致；所述压载/卸荷隔板(3
‑
3)将压载/卸荷腔体(3
‑
4)一分为二形成上部加载腔体和下部卸载腔体；压载/卸荷隔板(3
‑
3)与压载连杆(3
‑
2)之间固定；压载/卸荷腔体(3
‑
4)的上端面和下端面分别设置液压油入口，并于设置在高压反应釜外围的油压泵(3
‑
5)、液压油罐(3
‑
6)依次相连通。
6.根据权利要求1所述的含水合物沉积物环剪破坏模拟装置，其特征在于：所述旋转模块包括旋转电机(4
‑
1)，旋转减速机(4
‑
2)，旋转主动齿轮(4
‑
3)，旋转从动齿轮(4
‑
4)，旋转轴承(4
‑
6)，平面旋转轴承(4
‑
7)，旋转定位键(4
‑
8)，旋转定位销(4
‑
5)及端面轴承(4
‑
10)；所述旋转从动齿轮(4
‑
4)固定在旋转中轴(4

【专利技术属性】
技术研发人员：李彦龙，陈明涛，林琦，吴能友，孙金声，姜海洋，綦民辉，
申请(专利权)人：青岛海洋科学与技术国家实验室发展中心，
类型：发明
国别省市：