[发明专利]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

说明书

技术领域

本发明涉及岩石强度测量技术领域，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。

背景技术

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。本发明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。本发明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。

发明内容

本发明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。