[发明专利]一种真三轴多场多相耦合动力学试验系统及方法

摘要

本发明公开了一种真三轴多场多相耦合动力学试验系统及方法，入射杆的一端与透射杆的一端分别与三轴加载装置的两端固定；所述的三轴加载装置为六面体，包括三组两两相对设置的压力装置；能对岩石试样各个面单独控制加压和卸载，并可任意改变六个油缸预应力加载值，入射杆和透射杆上装有应变片，便于测量岩石试样冲击时的力学性能；另外增加了温度效应试验系统和化学效应试验系统，通过调节系统的温度及注入各种不同的化学溶剂和各种气体，改变岩样所处的温度场、化学场，同时结合岩样所受的应力场，从而得到岩样在应力场、温度场、化学场、固、液、气等多场多相耦合作用下的力学特征，为后续的研究提供数据和理论支持。

主权项

一种真三轴多场多相耦合动力学试验方法，采用的动力学试验系统包括试验轴、液压系统、子弹（1）、红外测速仪、动态应变仪、数字示波器、光谱分析仪、质谱分析仪、衍射分析仪和数据处理系统，子弹（1）与试验轴处于同一轴线上，所述的试验轴包括三轴加载装置（3）、入射杆（2）、透射杆（4）、吸收杆（5）和吸收器（6），入射杆（2）的一端与透射杆（4）的一端分别与三轴加载装置（3）的两端固定；透射杆（4）的另一端依次与吸收杆（5）和吸收器（6）压紧并与吸收杆（5）和吸收器（6）处于同一轴线上；所述的三轴加载装置（3）为六面体，包括三组两两相对设置的压力装置；所述的六个压力装置全部或部分覆盖岩石试样，每个压力装置分别设有一个电磁控制阀并与液压系统连接，电磁控制阀与数据处理系统连接，所述的压力装置为一个或多个液压油缸；红外测速仪设置在子弹（1）与入射杆（2）之间，入射杆（2）和透射杆（4）上装有应变片，应变片与动态应变仪连接，数字示波器分别与红外测速仪、动态应变仪和数据处理系统连接；光谱分析仪、质谱分析仪和衍射分析仪与数据处理系统连接，所述的试验轴共三个，分别为X轴、Y轴和Z轴，其特征在于，具体步骤为：Ⅰ、岩石试样冲击试验： A．通过光谱分析仪、质谱分析仪和衍射分析仪对采集的岩石试样进行分析，确定各个岩石试样中各种物质的组分，然后进行分类；B．将分类后的岩石试样放置在三轴加载装置（3）中，然后调节三轴之间的角度后固定；C．通过数据处理系统控制三轴加载装置（3）上各个压力装置对岩石试样施加预应力；D．设定一个或多个子弹（1）的入射方向，对岩石试样进行冲击试验，红外测速仪采集到的数据、动态应变仪采集到的数据及液压系统中各个压力装置的压力值传送给数据处理系统进行分析处理，并将结果通过显示装置进行显示；E．在子弹对岩石试样进行冲击试验时，将各个压力装置对岩石试样施加预应力进行一个或多个卸载，然后再通过红外测速仪采集到的数据、动态应变仪采集到的数据及液压系统中各个压力装置的压力值传送给数据处理系统进行分析处理；F．重复上述步骤B～E，调整三轴之间的角度值、各个压力装置对岩石施加的预应力值、一个或两个或三个子弹（1）的入射速度及在试验时各个压力装置卸载压力的数量，最后通过数据处理系统得出各种不同情况下各种组分不同的岩石试样的力学性能参数，其包括对岩石试样的拉力、压力、扭力、剪切力及弯曲力的测定；Ⅱ、在化学效应系统中岩石试样冲击试验：a. 将试验系统放置在化学效应系统中，通过对岩石试样浸泡在不同PH值的溶液后进行步骤Ⅰ中的岩石试样冲击试验，通过PH检测装置（13）将实时的PH值传递给数据处理系统，进而得出在各个PH值溶液下岩石试样的力学性能参数；b. 将试验系统浸泡在化学效应系统中的溶液时，通过进气口对防腐蚀箱体（10）内注入各种气体后进行步骤Ⅰ中的岩石试样冲击试验，通过设置在进气口和出气口的气体流量检测装置（12）记录注入气体和排除气体的流量值，气体浓度检测装置（11）实时检测防腐蚀箱体（10）内的气体浓度值，将上述测量的数据均传递给数据处理系统，进而得出在各种气体及其不同的浓度的情况和通过进出口的流量情况得出岩石试样对各种气体的吸收情况下的岩石试样的力学性能参数；Ⅲ、在温度效应系统中岩石试样冲击试验：将试验系统放置在温度效应系统中，通过数据处理系统控制热电偶（9）加热，使岩石试样处于各种不同的温度下进行步骤Ⅰ中的岩石试样冲击试验，得出在各种温度情况下岩石试样的力学性能参数；Ⅳ、综合环境下岩石试样冲击试验：将试验系统放置在温度效应系统和化学效应系统中，模拟最接近矿井下环境的情况下进行步骤Ⅰ中的岩石试样冲击试验，综合得出在上述各种情况下岩石试样的力学性能参数；若测量数值异常，通过数据处理系统中的报警装置，提示相关人员进行及时处理；Ⅴ、综合分析处理：将上述各个步骤得出的各种数据进行综合汇总，然后分析对比岩石试样在各个环境中所得出的力学性能参数，得出各种环境下对岩石试样力学性能的影响情况。