模拟超深钻岩芯动力学真三轴加载机构的制作方法

1.本发明涉及深度岩石力学技术领域，尤其涉及一种模拟超深钻岩芯动力学真三轴加载机构。


背景技术：

2.深部岩石工程存在动力条件下诱发岩石变形与失效的灾害，如地震粘滑变形与断层瞬时复活。深部岩石开挖工程存在动力扰动，如机械开挖中硬质合金刀具与岩石的周期性动力接触均为岩石动力学范畴。
3.但到目前为止，还尚未开展在地质环境条件下和地下真实地应力条件下(σ1》σ2》σ3》0，σ1、σ2、σ3依次为最大主应力、中间主应力、最小主应力)的岩石动力学变形和破坏行为试验研究，主要原因是缺少动力学真三轴仪器。为了满足深地工程先导地质钻孔岩芯的真三轴动力学测试需要，需要开发满足小尺寸岩芯测试需要的超深钻岩芯真三轴。


技术实现要素：

4.本发明提供了一种模拟超深钻岩芯动力学真三轴加载机构，不仅能够有效监测和控制第一主应力加载组件和第二主应力加载组件所提供的第一主应力和第二主应力，而且能够提供30hz以内的动态力扰动，从而模拟深部地质环境的超深钻岩芯的动力学真三轴加载条件，以获得超深钻岩芯试样动力扰动全破坏过程应力-应变信息。
5.为实现上述发明目的，本发明提供的技术方案如下：
6.所述模拟超深钻岩芯动力学真三轴加载机构，适于对超深钻岩芯试样分别在第一主应力方向、第二主应力方向和第三主应力方向进行主应力加载，以模拟在深部地质环境中岩芯的受力，其特征在于，包括：反力加载框架、第一主应力加载组件、第二主应力加载组件和第三主应力加载组件，所述反力加载框架内部构设有沿所述第三主应力方向延伸的高压流体加载腔，所述第一主应力加载组件、所述第二主应力加载组件和所述第三主应力加载组件连接于所述反力加载框架上，并与所述高压流体加载腔连通，所述反力加载框架为所述第一主应力加载和所述第二主应力加载提供反力结构，所述第三主应力加载组件集成于所述反力加载框架内，所述第三主应力加载组件封堵所述高压流体加载腔，则所述高压流体加载腔形成为超高压压力室。
7.可选地，所述第一主应力加载组件，包括第一液压作动器、第二液压作动器、第一测力传感器和第一磁滞伸缩位移传感器，所述第一液压作动器和所述第二液压作动器位于所述反力加载框架在所述第一主应力方向的相对两侧，所述第一液压作动器和所述第二液压作动器连接所述反力加载框架并与所述高压流体加载腔连通，所述第一测力传感器连接在所述第一液压作动器和所述第二液压作动器上，并在靠近所述高压流体加载腔的一端设置，所述第一磁滞伸缩位移传感器连接在所述第一液压作动器和所述第二液压作动器上，并在远离所述高压流体加载腔的另一端设置；
8.所述第二主应力加载组件，包括第三液压作动器、第四液压作动器、测力传感器和
磁滞伸缩位移传感器，所述第三液压作动器和所述第四液压作动器位于所述反力加载框架在所述第二主应力方向的相对两侧，所述第三液压作动器和所述第四液压作动器连接所述反力加载框架并与所述高压流体加载腔连通，所述第一测力传感器连接在所述第三液压作动器和所述第四液压作动器上，并在靠近所述高压流体加载腔的一端设置，所述第一磁滞伸缩位移传感器连接在所述第三液压作动器和所述第四液压作动器上，并在远离所述高压流体加载腔的另一端设置；
9.所述第三主应力加载组件，包括第一立式围压封头、第二立式围压封头、拉力导柱和升降机构，所述第一立式围压封头和所述第二立式围压封头位于所述反力加载框架沿所述第三主应力方向的相对两端，所述拉力导柱沿所述第三主应力方向的相对两端分别连接所述第一立式围压封头和所述第二立式围压封头，所述拉力导柱滑动配合连接在所述反力加载框架上，所述第一立式围压封头、所述第二立式围压封头和所述拉力导柱形成柱式回力拉力架，所述升降机构连接所述柱式回力拉力架，并驱动所述柱式回力拉力架在所述反力加载框架上沿所述第三主应力方向滑动，所述柱式回力拉力架滑动至所述反力加载框架的一端则打开所述高压流体加载腔，所述柱式回力拉力架滑动至所述反力加载框架的另一端则封堵所述高压流体加载腔。
10.可选地，所述第一液压作动器、所述第二液压作动器、所述第三液压作动器和所述第四液压作动器具有相同的构造，包括作动器活塞，所述作动器活塞前端设置所述测力传感器的连接端子，所述作动器活塞尾端设置所述磁滞伸缩位移传感器，其中，所述作动器活塞的前端为靠近所述高压流体加载腔的一端，所述作动器活塞尾端为背离所述高压流体加载腔的另一端。
11.可选地，所述反力加载框架为环形框架，所述环形框架在第一主应力方向的相对两端、在第二主应力方向的相对两端开设四个相同结构的安装孔，以安装所述第一主应力加载组件和所述第二主应力加载组件，所述安装孔包括外孔和内孔，所述内孔和所述外孔相互贯通，并且所述内孔连通所述高压流体加载腔，所述内孔孔径小于所述外孔孔径，所述安装孔呈两级式阶梯孔，所述安装孔的孔壁形成为所述第一液压作动器和所述第二液压作动器的外缸壁，所述活塞与所述外缸壁紧密配合。
12.可选地，所述第一液压作动器、所述第二液压作动器、所述第三液压作动器和所述第四液压作动器具有相同的构造，还包括作动器尾法兰盘、作动器封盖、负荷传感器、压头及防转机构，所述作动器活塞为双出杆式结构，所述作动器活塞的前端设有所述负荷传感器的安装沉孔，所述作动器活塞的尾端设有所述防转机构的安装沉孔，所述负荷传感器的安装沉孔与所述防转机构的安装沉孔之间设有通孔，所述作动器活塞位于所述反力加载框架的所述安装孔内，所述作动器活塞与所述安装孔之间采用滑动密封配合；
13.所述作动器尾法兰盘安装于反力加载框架的侧面，所述作动器尾法兰盘与所述反力加载框架上的所述安装孔采用静密封，所述作动器尾法兰盘与所述作动器活塞采用滑动密封，所述作动器尾法兰盘设有所述负荷传感器的引线端子安装孔；
14.所述作动器封盖安装于所述作动器尾法兰盘上，所述作动器封盖与所述作动器尾法兰盘采用静密封，所述作动器封盖设有磁滞伸缩位移传感器引线端子安装孔，所述作动器封盖设有防转导柱安装孔，所述作动器封盖上还设有磁滞伸缩位移传感器安装孔；
15.所述负荷传感器安装于所述作动器活塞上的所述负荷传感器安装孔内，所述压头
安装于所述负荷传感器上，所述防转机构安装于所述防转机构安装沉孔内，所述防转机构与所述防转导柱滑动配合。
16.可选地，所述作动器活塞与所述反力加载框架上的所述安装孔之间构成应力卸载油腔，所述作动器活塞与所述作动器尾法兰盘之间构成应力加载油腔，所述反力加载框架设有对应的应力加载油腔油口与应力卸载油腔油口，所述作动器活塞、所述作动器尾法兰盘与所述作动器封盖之间构成压力平衡油腔，通过所述作动器活塞上的通孔将所述压力平衡油腔与所述高压流体加载腔进行连通。
17.可选地，所述第一立式围压封头设置为圆柱体与四棱柱体的两级阶梯式结构，所述四棱柱体与四根所述拉力导柱进行连接，所述反力加载框架在所述第三主应力方向上设有通孔，所述第一立式围压封头与所述通孔之间采用滑动密封配合；
18.所述第二立式围压封头采用阶梯式圆柱结构，所述第二立式围压封头包括第一段封头和第二段封头，所述第一段封头的直径大于所述第二段封头，所述第一段封头与四根所述拉力导柱进行连接，所述第二段封头与所述反力加载框架的所述通孔之间采用滑动密封配合。
19.可选地，所述高压流体加载腔内设有所述岩芯试样的定位架，所述定位架安装于所述第一立式围压封头，所述反力加载框架沿环向开设四等分通孔，所述拉力导柱穿过所述反力加载框架的四等分通孔，所述拉力导柱与所述反力加载框架滑动配合。
20.可选地，所述升降机构为液压双向作用油缸，所书升降机构与所述第一立式围压封头连接，所述升降机构带动所述第一立式围压封头、所述第二立式围压封头、所述拉力导柱形成所述柱式回力拉力架沿所述第三主应力方向往复移动。
21.可选地，所述第二立式围压封头还开设有所述高压流体加载腔的进油口、出油口及位移传感器引线引出口，所述进油口、所述出油口以及所述体变传感器引线引出口贯通所述第二立式围压封头连通所述高压流体加载腔。
22.上述技术方案，与现有技术相比至少具有如下有益效果：
23.上述方案，模拟超深钻岩芯动力学真三轴加载机构，通过在第一主应力加载组件和第二主应力加载组件中的任一液压作动器上均设置有测力传感器和磁滞位移传感器，能够对液压作动器的运动控制随时传递伺服反馈信号，从而能够有效监测和控制第一主应力加载组件和第二主应力加载组件所提供的第一主应力和第二主应力。
24.反力加载框架为第一主应力加载和第二主应力加载提供反力结构，第三主应力加载组件集成于反力加载框架内，第三主应力加载组件封堵高压流体加载腔，则高压流体加载腔形成为超高压压力室，利于满足在高频响的动力学试验中，对密封界面的摩擦力、启动压力和运动响应频率等的需要。
25.在一些示例性方案中，反力加载框架上设置作动器活塞孔，采用两级式阶梯孔，实际上构成了作动器的外缸壁。内孔采用精磨工艺，活塞与作动器缸壁的密封型式采用特殊的密封材料、结构和压缩量，保证低的启动压力和动态响应特性。
26.在一些示例性方案中，在作动器活塞采用双出杆结构，作动器活塞前后端面积一致，压力平衡油腔与高压流体加载腔进行连通，切均处于围压作用下，巧妙地实现了自平衡的同时，具有较强的抗侧向力能力，通过moog伺服阀控制作动器应力加载油腔油口与应力卸载油腔油口，能够对岩石试样实现频率高达30hz动态扰动加载，满足岩石工程的机械振
动和岩石破裂引起的激振频响要求。
27.在一些示例性方案中，第二立式围压封头还开设有所述高压流体加载腔的进油口、出油口及体变传感器引线引出口，从而保证液压油路大流量动力测试需要，进而保证完成高频动应力控制的真三轴实验的仿真效果。
附图说明
28.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
29.图1为本发明的模拟超深钻岩芯动力学真三轴加载机构的结构示意图；
30.图2为本发明在图1的a-a方向下的剖面示意图；
31.图3为本发明在图1所示方向的另一个位置的结构示意图；
32.图4为本发明图1所示方向的部分结构示意图。
33.其中附图标记说明如下：
34.100、模拟超深钻岩芯动力学真三轴加载机构；
35.1、反力加载框架；
36.01、第一主应力加载组件；011、第一液压作动器；012、第二液压作动器；02、第二主应力加载组件；021，第三液压作动器，022、第四液压作动器；03、第三主应力加载组件；2、第一立式围压封头；3、第二立式围压封头；4、定位架；5、拉力导柱；6、升降机构；7、工作平台；8、竖直通孔；9、四等分通孔；10、作动器安装孔；11、岩芯试样；12、柱式回力拉力架；13、设备底板；14、高压流体加载腔；15、进油口；16、出油口；17、体变传感器引线引出口；18、活塞；19、作动器封盖；20、作动器尾法兰盘；21、负荷传感器；22、压头；23、防转机构；24、负荷传感器安装沉孔；25、防转机构安装沉孔；26、通孔，27、负荷传感器引线端子安装孔；28、磁滞伸缩位移传感器引线端子安装孔；29、防转导柱安装孔；30、导柱；31、磁滞伸缩位移传感器安装孔；32、应力卸载油腔；33、应力加载油腔；34、应力加载油腔油口；35、应力卸载油腔油口；36、压力平衡油腔。
具体实施方式
37.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
38.除非另外定义，本发明使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，“一个”、“一”或者“该”等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或
者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。
39.需要说明的是，本发明中使用的“上”、“下”、“左”、“右”“前”“后”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。
40.本发明针对深部地质环境的超深钻岩芯的动力学测试需求，满足高频响的动力学试验需要，提出了一种能够提供30hz以内的动态力扰动，模拟深部地质环境的超深钻岩芯的动力学真三轴加载条件的加载机构。
41.如图1至图4所示，本发明实施例提供了一种模拟超深钻岩芯动力学真三轴加载机构100，适于对超深钻岩芯试样11分别在第一主应力方向、第二主应力方向和第三主应力方向进行主应力加载，以模拟在深部地质环境中岩芯的受力，包括反力加载框架1、第一主应力加载组件01、第二主应力加载组件02和第三主应力加载组件03，反力加载框架1内部构设有沿第三主应力方向延伸的高压流体加载腔14。
42.在此需要说明的是，结合图1到图4中所示方向，第一主应力方向、第二主应力方向和第三主应力方向分别为模拟在地质环境条件下和地下真实地应力条件下，最大主应力、中间主应力和最小主应力作用的方向，同样地，第一主应力可以理解为最大主应力，第二主应力可以理解为中间主应力，第三主应力可以理解为最小主应力。为便于理解和描述，可以将第一主应力方向、第二主应力方向和第三主应力方向分别定义为左右方向，前后方向和上下方向，也可以利用笛卡尔坐标系来定义第一主应力方向、第二主应力方向和第三主应力方向分别横轴方向、纵轴方向和竖轴方向。
43.如图3和图4所示，岩芯试样11设置于高压流体加载腔14内，第一主应力加载组件01为岩芯试样11提供第一主应力加载，第二主应力加载组件02为岩芯试样11提供第二主应力加载，第三主应力加载组件03为岩芯试样11提供第三主应力加载，反力加载框架1为第一主应力加载和第二主应力加载提供反力结构，第三主应力加载组件03集成于反力加载框架1内，第三主应力加载组件03封堵高压流体加载腔14，则高压流体加载腔14形成为超高压压力室，利于满足在高频响的动力学试验中，对密封界面的摩擦力、启动压力和运动响应频率等的需要。
44.如图1所示，第一主应力加载组件01，包括第一液压作动器011、第二液压作动器012、第一测力传感器(图中未示出)和第一磁滞伸缩位移传感器(图中未示出)，第一液压作动器011和第二液压作动器012位于反力加载框架1在所述第一主应力方向的相对两侧，第一液压作动器011和第二液压作动器012连接反力加载框架1并与高压流体加载腔14连通，所述第一测力传感器连接在第一液压作动器011和第二液压作动器012上，并在靠近高压流体加载腔14的一端设置，所述第一磁滞伸缩位移传感器连接在第一液压作动器011和第二液压作动器012上，并在远离高压流体加载腔14的另一端设置。
45.其中，第一液压作动器011和第二液压作动器012上均设置有所述第一测力传感器和所述第一磁滞位移传感器，能够对第一液压作动器011和第二液压作动器012的运动控制随时传递伺服反馈信号，从而能够有效监测和控制第一主应力加载组件01所提供的第一主应力。
46.如图2所示，第二主应力加载组件02，包括第三液压作动器021、第四液压作动器022、第二测力传感器(图中未示出)和第二磁滞伸缩位移传感器(图中未示出)，第三液压作动器021和第四液压作动器022位于反力加载框架1在所述第二主应力方向的相对两侧，第
三液压作动器021和第四液压作动器022连接反力加载框架1并与高压流体加载腔14连通，所述第二测力传感器连接在第三液压作动器021和第四液压作动器022上，并在靠近所述高压流体加载腔14的一端设置，所述第二磁滞伸缩位移传感器连接在第三液压作动器021和第四液压作动器022上，并在远离高压流体加载腔14的另一端设置。
47.其中，第三液压作动器021和第四液压作动器022上均设置有第二测力传感器和第二磁滞位移传感器，能够对第一液压作动器011和第二液压作动器012的运动控制随时传递伺服反馈信号，从而能够有效监测和控制第二主应力加载组件02所提供的第二主应力。
48.如图3所示，第三主应力加载组件03，包括第一立式围压封头2、第二立式围压封头3、拉力导柱5和升降机构6，第一立式围压封头2和第二立式围压封头3位于反力加载框架1沿第三主应力方向的相对两端，拉力导柱5沿第三主应力方向的相对两端分别连接第一立式围压封头2和第二立式围压封头3，拉力导柱5滑动配合连接在反力加载框架1上，第一立式围压封头2、第二立式围压封头3和拉力导柱5形成柱式回力拉力架12，升降机构6连接柱式回力拉力架12，并驱动柱式回力拉力架12在反力加载框架1上沿第三主应力方向滑动，柱式回力拉力架12滑动至反力加载框架1的一端则打开高压流体加载腔14，柱式回力拉力架12滑动至反力加载框架1的另一端则封堵高压流体加载腔14，
49.在一些实施例中，如图1和图2所示，第一液压作动器011、第二液压作动器012、第三液压作动器021和第四液压作动器022具有相同的构造，包括作动器活塞18，作动器活塞18前端设置测力传感器的连接端子，作动器活塞18尾端设置磁滞伸缩位移传感器，其中，作动器活塞18的前端为靠近高压流体加载腔14的一端，作动器活塞18尾端为背离高压流体加载腔14的另一端。作动器活塞18上设置的测力传感器连接端子，保证电信号的从压力室内导出。
50.在一些实施例中，如图2所示，上述反力加载框架1可以采用环形梁式机构，在环形梁上每隔90度，加工一个低摩擦动力型作动器活塞孔，环形梁式机构上下方向布置试样安装结构，封闭状态该集成结构即是双轴加载结构的反力框架，也是超高压压力室，所述环形梁式机构采用每隔90度加工4个作动器活塞孔，采用两级式阶梯孔，实际上构成了作动器的外缸壁，靠近高压流体加载腔14的内孔采用精磨工艺，活塞18与作动器缸壁的密封型式采用特殊的密封材料、结构和压缩量，保证低的启动压力和动态响应特性。
51.上述实施例中，如图2所示，反力加载框架1为环形框架，环形框架在第一主应力方向的相对两端、在第二主应力方向的相对两端开设四个相同结构的作动器安装孔10，以安装第一主应力加载组件01和第二主应力加载组件02，作动器安装孔10包括外孔和内孔，内孔和外孔相互贯通，并且内孔连通高压流体加载腔14，内孔孔径小于所述外孔孔径，作动器安装孔10呈两级式阶梯孔，安装孔的孔壁形成为第一液压作动器011和第二液压作动器012的外缸壁，活塞18与外缸壁紧密配合。
52.可选地，如图1至图4所示，第一液压作动器011、第二液压作动器012、第三液压作动器021和第四液压作动器022具有相同的构造，还包括作动器尾法兰盘20、作动器封盖19、负荷传感器21、压头22及防转机构23，作动器活塞18为双出杆式结构，作动器活塞18的前端设有负荷传感器安装沉孔24，作动器活塞18的尾端设有防转机构安装沉孔25，负荷传感器安装沉孔24与防转机构安装沉孔25之间设有通孔26，作动器活塞18位于反力加载框架1的安装孔内，作动器活塞18与安装孔之间采用滑动密封配合。
53.作动器尾法兰盘20安装于反力加载框架1的侧面，作动器尾法兰盘20与反力加载框架1上的安装孔采用静密封，作动器尾法兰盘20与作动器活塞18采用滑动密封，作动器尾法兰盘20设有负荷传感器的引线端子安装孔27。
54.作动器封盖19安装于作动器尾法兰盘20上，作动器封盖19与作动器尾法兰盘20采用静密封，作动器封盖19设有磁滞伸缩位移传感器引线端子安装孔28，作动器封盖19设有防转导柱安装孔29，作动器封盖19上还设有磁滞伸缩位移传感器安装孔31；
55.如图2所示，负荷传感器21安装于作动器活塞18上的负荷传感器安装孔24内，压头22安装于负荷传感器21上，防转机构23安装于防转机构安装沉孔25内，防转机构23与防转导柱30滑动配合。利用反力加载框架1作为四组作动器外壁，将作动器与反力加载框架1相结合，将测力传感器内置于作动器活塞18内，作动器活塞18两端面积相同，从而使活塞18两端承受相同压力，将作动器活塞18作为传统压力室自平衡活塞18，将使试验装置的结构更加紧凑，而且使刚度损失更小，同时更加准确的测量试样的受力情况，并且活塞18设有防转机构23，从本质上解决作动器活塞18转动情况。
56.可选地，负荷传感器21为额定负荷在300kn到700kn负荷传感器21，以检测可检测出超深钻岩芯试样11在700mpa以内的载荷。
57.在一些实施例中，结合图1和图3，作动器活塞18与反力加载框架1上的安装孔之间构成应力卸载油腔32，作动器活塞18与作动器尾法兰盘20之间构成应力加载油腔33，反力加载框架1设有对应的应力加载油腔油口34与应力卸载油腔油口35，作动器活塞18、作动器尾法兰盘20与作动器封盖19之间构成压力平衡油腔36，通过作动器活塞18上的通孔26将压力平衡油腔36与高压流体加载腔14进行连通。
58.上述实施例中，如图2所示，在作动器活塞18采用双出杆结构，作动器活塞18前后端面积一致，压力平衡油腔36与高压流体加载腔14进行连通，在处于围压作用下，巧妙地实现了自平衡的同时，具有较强的抗侧向力能力，通过moog伺服阀控制作动器应力加载油腔油口34与应力卸载油腔油口35，对岩芯试样11实现30hz动态扰动加载。
59.可选地，如图3和图4所示，第一立式围压封头2设置为圆柱体与四棱柱体的两级阶梯式结构，四棱柱体与四根拉力导柱5进行连接，反力加载框架1在第三主应力方向上设有竖向通孔8，第一立式围压封头2与通孔之间采用滑动密封配合。
60.此外，本发明利用第一立式围压封头2、第二立式围压3封头、拉力导柱55组成柱式回力拉力架12，实现围压密封，设置第一立式围压封头2与第二立式围压3封头的受力面积相等，在围压的作用下不会产生位移，确保岩芯试样11不会受到除围压外的其他第三方向应力干扰
61.第二立式围压封头3采用阶梯式圆柱结构，第二立式围压封头3包括第一段封头和第二段封头，第一段封头的直径大于第二段封头，第一段封头与四根拉力导柱5进行连接，第二段封头与反力加载框架1的竖向通孔8之间采用滑动密封配合。
62.另外，高压流体加载腔14内设有岩芯试样11的定位架4，定位架4安装于第一立式围压封头2，反力加载框架1沿环向开设四等分通孔9，拉力导柱5穿过反力加载框架1的四等分通孔9，拉力导柱5与反力加载框架1滑动配合。
63.上述实施例中，升降机构6为液压双向作用油缸，升降机构6与第一立式围压封头2连接，升降机构6带动第一立式围压封头2、第二立式围压封头3、拉力导柱5形成柱式回力拉
力架12沿第三主应力方向往复移动。
64.在一些实施例中，第二立式围压封头3还开设有高压流体加载腔14的进油口15、出油口16及体变传感器引线引出口17，进油口15、出油口16以及位移传感器引线引出口贯通第二立式围压封头3连通高压流体加载腔14。
65.在上述实施例中，反力加载框架1采用四等分中心对称式的水平环向结构，反力加载框架1为正四棱柱，反力加载框架1与工作平台7固定连接，在反力加载框架1的上、下底面中心设有竖向通孔8，在反力加载框架1的上、下底面设有中心对称的四等分通孔9，在反力加载框架1的四个侧面中心设有中心对称的作动器安装孔10，作动器安装10孔采用两级式阶梯孔。第一立式围封头2为圆柱体与四棱柱体的两级阶梯式结构，第一立式围压封头2的四棱柱体与四根拉力导柱5进行栓接，第一立式围压封头2与反力加载框架1的竖向通孔8之间采用滑动密封配合。
66.在一些实施例中，第二立式围压封头3采用阶梯式圆柱结构，第二立式围压封头3的大圆柱体与四根拉力导柱5进行栓接，第二立式围压封头3的小圆柱体与反力加载框架1的竖向通孔8之间采用滑动密封配合。试样定位架4用于固定及定位岩芯试样11，试样定位架4安装于第一立式围压封头2端面；拉力导柱5穿过反力加载框架1的四等分通孔9，拉力导柱5与反力加载框架1滑动配合。第一立式围封头2、第二立式围压封头3、拉力导柱5形成四柱式回力拉力架12，安装于反力加载框架1之上。升降机构6为液压双向作用油缸，升降机构6固定于设备底板13，升降机构6与第一立式围封头2连接，升降机构6带动第一立式围封头2、第二立式围压封头3、拉力导柱5组成的柱式回力拉力架12上下移动。
67.当第一立式围封头2处于升降机构6的上限位时，第一立式围封头2高于反力加载框架1上底面，当第一立式围封头2处于升降机构6的下限位时，第一立式围封头2的小圆柱体位于反力加载框架1的竖向通孔8内，第二立式围压封头3与竖向通孔8之间采用滑动密封配合，由反力加载框架1、第一立式围封头2、第二立式围压封头3封闭而成的空间作为围压高压流体加载腔14。在第二立式围压封头3分别开设有围压高压流体加载腔进油口15、围压高压流体加载腔出油口16及体变传感器引线引出口17，从而保证液压油路大流量动力测试需要，进而保证完成高频动应力控制的真三轴实验的仿真效果，并且实现对宝贵的超深钻岩芯的充分利用。
68.以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

技术特征：
1.一种模拟超深钻岩芯动力学真三轴加载机构，适于对超深钻岩芯试样分别在第一主应力方向、第二主应力方向和第三主应力方向进行主应力加载，以模拟在深部地质环境中岩芯的受力，其特征在于，包括：反力加载框架、第一主应力加载组件、第二主应力加载组件和第三主应力加载组件，所述反力加载框架内部构设有沿所述第三主应力方向延伸的高压流体加载腔，所述第一主应力加载组件、所述第二主应力加载组件和所述第三主应力加载组件连接于所述反力加载框架上，并与所述高压流体加载腔连通，所述反力加载框架为所述第一主应力加载和所述第二主应力加载提供反力结构，所述第三主应力加载组件集成于所述反力加载框架内，所述第三主应力加载组件封堵所述高压流体加载腔，则所述高压流体加载腔形成为超高压压力室。2.根据权利要求1所述的模拟超深钻岩芯动力学真三轴加载机构，其特征在于，所述第一主应力加载组件，包括第一液压作动器、第二液压作动器、第一测力传感器和第一磁滞伸缩位移传感器，所述第一液压作动器和所述第二液压作动器位于所述反力加载框架在所述第一主应力方向的相对两侧，所述第一液压作动器和所述第二液压作动器连接所述反力加载框架并与所述高压流体加载腔连通，所述第一测力传感器连接在所述第一液压作动器和所述第二液压作动器上，并在靠近所述高压流体加载腔的一端设置，所述第一磁滞伸缩位移传感器连接在所述第一液压作动器和所述第二液压作动器上，并在远离所述高压流体加载腔的另一端设置；所述第二主应力加载组件，包括第三液压作动器、第四液压作动器、第二测力传感器和第二磁滞伸缩位移传感器，所述第三液压作动器和所述第四液压作动器位于所述反力加载框架在所述第二主应力方向的相对两侧，所述第三液压作动器和所述第四液压作动器连接所述反力加载框架并与所述高压流体加载腔连通，所述第二测力传感器连接在所述第三液压作动器和所述第四液压作动器上，并在靠近所述高压流体加载腔的一端设置，所述第二磁滞伸缩位移传感器连接在所述第三液压作动器和所述第四液压作动器上，并在远离所述高压流体加载腔的另一端设置；所述第三主应力加载组件，包括第一立式围压封头、第二立式围压封头、拉力导柱和升降机构，所述第一立式围压封头和所述第二立式围压封头位于所述反力加载框架沿所述第三主应力方向的相对两端，所述拉力导柱沿所述第三主应力方向的相对两端分别连接所述第一立式围压封头和所述第二立式围压封头，所述拉力导柱滑动配合连接在所述反力加载框架上，所述第一立式围压封头、所述第二立式围压封头和所述拉力导柱形成柱式回力拉力架，所述升降机构连接所述柱式回力拉力架，并驱动所述柱式回力拉力架在所述反力加载框架上沿所述第三主应力方向滑动，所述柱式回力拉力架滑动至所述反力加载框架的一端则打开所述高压流体加载腔，所述柱式回力拉力架滑动至所述反力加载框架的另一端则封堵所述高压流体加载腔。3.根据权利要求2所述的模拟超深钻岩芯动力学真三轴加载机构，其特征在于，所述第一液压作动器、所述第二液压作动器、所述第三液压作动器和所述第四液压作动器具有相同的构造，包括作动器活塞，所述作动器活塞前端设置所述测力传感器的连接端子，所述作动器活塞尾端设置所述磁滞伸缩位移传感器，其中，所述作动器活塞的前端为靠近所述高压流体加载腔的一端，所述作动器活塞尾端为背离所述高压流体加载腔的另一端。4.根据权利要求3所述的模拟超深钻岩芯动力学真三轴加载机构，其特征在于，所述反
力加载框架为环形框架，所述环形框架在第一主应力方向的相对两端、在第二主应力方向的相对两端开设四个相同结构的安装孔，以安装所述第一主应力加载组件和所述第二主应力加载组件，所述安装孔包括外孔和内孔，所述内孔和所述外孔相互贯通，并且所述内孔连通所述高压流体加载腔，所述内孔孔径小于所述外孔孔径，所述安装孔呈两级式阶梯孔，所述安装孔的孔壁形成为所述第一液压作动器和所述第二液压作动器的外缸壁，所述活塞与所述外缸壁紧密配合。5.根据权利要求4所述的模拟超深钻岩芯动力学真三轴加载机构，其特征在于，所述第一液压作动器、所述第二液压作动器、所述第三液压作动器和所述第四液压作动器具有相同的构造，还包括作动器尾法兰盘、作动器封盖、负荷传感器、压头及防转机构，所述作动器活塞为双出杆式结构，所述作动器活塞的前端设有所述负荷传感器的安装沉孔，所述作动器活塞的尾端设有所述防转机构的安装沉孔，所述负荷传感器的安装沉孔与所述防转机构的安装沉孔之间设有通孔，所述作动器活塞位于所述反力加载框架的所述安装孔内，所述作动器活塞与所述安装孔之间采用滑动密封配合；所述作动器尾法兰盘安装于反力加载框架的侧面，所述作动器尾法兰盘与所述反力加载框架上的所述安装孔采用静密封，所述作动器尾法兰盘与所述作动器活塞采用滑动密封，所述作动器尾法兰盘设有所述负荷传感器的引线端子安装孔；所述作动器封盖安装于所述作动器尾法兰盘上，所述作动器封盖与所述作动器尾法兰盘采用静密封，所述作动器封盖设有磁滞伸缩位移传感器引线端子安装孔，所述作动器封盖设有防转导柱安装孔，所述作动器封盖上还设有磁滞伸缩位移传感器安装孔；所述负荷传感器安装于所述作动器活塞上的所述负荷传感器安装孔内，所述压头安装于所述负荷传感器上，所述防转机构安装于所述防转机构安装沉孔内，所述防转机构与所述防转导柱滑动配合。6.根据权利要求5所述的模拟超深钻岩芯动力学真三轴加载机构，其特征在于，所述作动器活塞与所述反力加载框架上的所述安装孔之间构成应力卸载油腔，所述作动器活塞与所述作动器尾法兰盘之间构成应力加载油腔，所述反力加载框架设有对应的应力加载油腔油口与应力卸载油腔油口，所述作动器活塞、所述作动器尾法兰盘与所述作动器封盖之间构成压力平衡油腔，通过所述作动器活塞上的通孔将所述压力平衡油腔与所述高压流体加载腔进行连通。7.根据权利要求2所述的模拟超深钻岩芯动力学真三轴加载机构，其特征在于，所述第一立式围压封头设置为圆柱体与四棱柱体的两级阶梯式结构，所述四棱柱体与四根所述拉力导柱进行连接，所述反力加载框架在所述第三主应力方向上设有通孔，所述第一立式围压封头与所述通孔之间采用滑动密封配合；所述第二立式围压封头采用阶梯式圆柱结构，所述第二立式围压封头包括第一段封头和第二段封头，所述第一段封头的直径大于所述第二段封头，所述第一段封头与四根所述拉力导柱进行连接，所述第二段封头与所述反力加载框架的所述通孔之间采用滑动密封配合。8.根据权利要求2所述的模拟超深钻岩芯动力学真三轴加载机构，其特征在于，所述高压流体加载腔内设有所述岩芯试样的定位架，所述定位架安装于所述第一立式围压封头，所述反力加载框架沿环向开设四等分通孔，所述拉力导柱穿过所述反力加载框架的四等分
通孔，所述拉力导柱与所述反力加载框架滑动配合。9.根据权利要求2所述的模拟超深钻岩芯动力学真三轴加载机构，其特征在于，所述升降机构为液压双向作用油缸，所书升降机构与所述第一立式围压封头连接，所述升降机构带动所述第一立式围压封头、所述第二立式围压封头、所述拉力导柱形成所述柱式回力拉力架沿所述第三主应力方向往复移动。10.根据权利要求9所述的模拟超深钻岩芯动力学真三轴加载机构，其特征在于，所述第二立式围压封头还开设有所述高压流体加载腔的进油口、出油口及位移传感器引线引出口，所述进油口、所述出油口以及所述体变传感器引线引出口贯通所述第二立式围压封头连通所述高压流体加载腔。

技术总结
本发明提供一种模拟超深钻岩芯动力学真三轴加载机构，包括反力加载框架、第一主应力加载组件、第二主应力加载组件和第三主应力加载组件，反力加载框架内部构设有沿第三主应力方向延伸的高压流体加载腔，岩芯试样设置于高压流体加载腔内，第一主应力加载组件、第二主应力加载组件和第三主应力加载组件在三个主应力方向上为岩芯试样提供主应力加载，第三主应力加载组件集成于反力加载框架内，第三主应力加载组件封堵所述高压流体加载腔，则高压流体加载腔形成为超高压压力室。本发明对岩芯试样在真三轴加载过程中，能够模拟深部地质环境的超深钻岩芯的动力学真三轴加载条件，以获得动态扰动全破坏过程应力-应变信息。应变信息。应变信息。


技术研发人员：张柬
受保护的技术使用者：沈阳马普科技有限公司
技术研发日：2023.06.20
技术公布日：2023/8/14