CN108982228A - 一种可燃冰沉积物真三轴试验装置 - Google Patents

一种可燃冰沉积物真三轴试验装置 Download PDF

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Abstract

本发明属于岩土力学技术领域，涉及一种可燃冰沉积物真三轴试验装置，本发明能在实验室内模拟深海储层中的可燃冰沉积物形成过程，并对可燃冰沉积物进行真三轴压缩试验，进而为准确的预测储层的强度特性预计以及研究其本构关系提供技术保证和支持。真三轴压缩试验可以独立施加三个方向的主应力，可以较好的反映可燃冰沉积物在底层中的真实受力特征，但在加载过程中容易出现加载边界条件问题，本发明通过在前后加压方向采用刚性板和变形板的复合加载板，使得在前后加压时，压力能通过复合加载板均匀加载到试样上，避免了在加载过程中出现三向加载中各加载板的相互干扰，以及在加载膨胀过程中试样变形导致的加载不均匀等问题。

Description

一种可燃冰沉积物真三轴试验装置
技术领域
本发明属于岩土力学技术领域，涉及一种真三轴试验装置，具体涉及一种可燃冰沉积物真三轴试验装置。
背景技术
真三轴试验能够模拟在实际的岩土环境中可燃冰沉积物的力学特性，相对于常规三轴试验更能反映可燃冰沉积物的本构关系。目前，尚无一套成熟准确的模拟自然情况下可燃冰沉积物的形成、制样以及进行真三轴强度测试的试验装置以及方法，主要原因在于：
(1)常规的三轴压缩仪操作简便，是常规的土体力学特性研究的常用实验设备。而可燃冰沉积物在低温高压条件下才能稳定存在，不适宜在常温常压下进行实验操作。而现有的试验装置很难满足保持可燃冰沉积物状态的稳定。
(2)可燃冰一般稳定存在于深海沉积物区以及陆域永冻带，导致原状含可燃冰的沉积物样品获取难度大、成本高，本装置可以在实验室内模拟在自然环境下对可燃冰沉积物进行人工合成。
(3)可燃冰沉积物真三轴试验求对长方体试样从三个主应力方向独立加载，而现有的可燃冰沉积物常规三轴试验装置只能施加侧向围压，无法满足真三轴试验要求。
因此研究一种对可燃冰沉积物试样制备并且进行真三轴测试的试验装置是十分有意义的。
发明内容
根据以上现有技术的不足，本发明提供一种可燃冰沉积物真三轴试验装置，能在实验室内模拟深海储层中的可燃冰沉积物形成过程，并对可燃冰沉积物进行真三轴压缩试验，进而为准确的预测储层的强度特性预计以及研究其本构关系提供技术保证和支持。
本发明所述的一种可燃冰沉积物真三轴试验装置，其特征在于包括：
气水供应-回收组件，与真三轴加载组件中的试样形成气源循环通道和水源循环通道；
真三轴加载组件，对试样提供上下、左右、前后轴方向上的压力加载；
温度控制装置，对真三轴加载组件内的温度室提供温度控制；
压力控制装置，控制真三轴加载组件内的上下、左右、前后轴方向上的压力加载；
信息处理系统，用于数据收集与控制；
其中，所述真三轴加载组件包括真三轴加载装置、受力架、温度室、温度室底座、螺栓、真三轴加载装置底座、固定装置、第二压力传感器、第三压力传感器、第四压力传感器、温度传感器、第一位移传感器、第二位移传感器、第三位移传感器、第四位移传感器、第五位移传感器、第六位移传感器、超声波发射探头、超声波接收探头；
所述温度室置于受力架的内部，所述温度室底部设置有温度室底座并通过螺栓与受力架连接固定，所述真三轴加载装置置于温度室内，所述真三轴加载装置的底部设有真三轴加载装置底座并通过固定装置与温度室底座固定，所述温度室顶部开设有连接口，所述连接口通过管路与温度控制装置相连；
所述真三轴加载装置包括轴向支撑杆、连接口、支撑固定装置、轴向加载液压缸、上下轴向加载板、侧向加载液压缸、左右侧向加载板、前后侧向加载板、变形板；所述轴向加载液压缸包括上加载液压缸和下加载液压缸，所述上加载液压缸顶部固定连接有轴向支撑杆，所述轴向支撑杆穿过温度室与上方的受力架固定连接，所述下加载液压缸底部与真三轴加载装置底座固定，所述上下轴向加载板包括上加载板和下加载板，所述上加载板与上加载液压缸底部固定，所述下加载板与下加载液压缸顶部固定，所述上加载板和下加载板分别开设有气水供应-回收组件与试样之间连通的通道；所述侧向加载液压缸包括左侧加载液压缸、右侧加载液压缸、前侧加载液压缸，后侧加载液压缸，所述左侧加载液压缸、右侧加载液压缸、前侧加载液压缸，后侧加载液压缸的外侧面均通过支撑固定装置与温度室的内侧壁固定连接，所述左右侧向加载板包括左侧加载板和右侧加载板，所述左侧加载液压缸的右端与左侧加载板固定，所述右侧加载液压缸的左端与右侧加载板固定，所述前后侧向加载板包括前侧加载板和后侧加载板，所述前侧加载液压缸的后端与前侧加载板固定，所述后侧加载液压缸的前端与后侧加载板固定，所述前侧加载板的内侧面和后侧加载板的内侧面均设置有变形板，所述上下轴向加载板、左右侧向加载板和前后侧向加载板围绕成方形试样容纳空间，所述压力控制装置通过管路与轴向加载液压缸、侧向加载液压缸相连接，控制压力加载；
所述第二压力传感器与上下轴向加载板的上加载板相连，用于测量上下轴向压力，所述第三压力传感器与左右侧向加载板的右侧加载板相连，用于监测左右轴方向压力，所述第四压力传感器与前后侧向加载板的前侧加载板相连，用于监测前后轴方向压力；所述温度传感器与温度室相连，用于监测温度室的温度变化；所述超声波发射探头置于左侧加载板中间，超声波接收探头置于右侧加载板中间，两者位于同一平面内；所述第一位移传感器、第二位移传感器分别与上下轴向加载板的上加载板和下加载板相连并对齐，位于同一平面上，用于测量σ1方向位移，所述第三位移传感器、第四位移传感器分别与左右侧向加载板的左侧加载板和右侧加载板连接，位于同一平面上，用于测量σ2方向位移，所述第五位移传感器、第六位移传感器分别与前后侧向加载板的前侧加载板和后侧加载板连接，位于同一平面上用于测量σ3方向位移；
所述信息处理系统包括信息处理器和电脑，所述第二压力传感器、第三压力传感器、第四压力传感器、温度传感器、第一位移传感器、第二位移传感器、第三位移传感器、第四位移传感器、第五位移传感器、第六位移传感器、超声波发射探头、超声波接收探头均通过线路与信息处理器相连，信息处理器与电脑相连，用于数据收集与控制。
值得注意的是，本发明中所采用的温度控制装置、压力控制装置和信息处理系统均为现有技术，只要实现本发明试验所需功能的均可以，对型号没有具体要求限制，直接采购成品即可，本发明不涉及对其的改造创新，只是作为该系统功能的一部分。
其中，优选方案如下：
进一步的，所述气水供应-回收组件包括天然气储存装置、气体增压装置、气体缓冲装置、气体流量控制装置、气-水容器、流体增压装置、流体流量控制装置、第一压力传感器、第一截止阀、第二截止阀、第三截止阀、第四截止阀、第七截止阀和第八截止阀；其中，所述天然气储存装置依次通过第一截止阀、气体增压装置、气体缓冲装置、气体流量控制装置、第二截止阀与上加载板相连，下加载板通过第八截止阀与气-水容器相连，为试样提供循环气源；所述气-水容器依次通过第三截止阀、流体增压装置、流体流量控制装置、第四截止阀与下加载板相连，上加载板通过第七截止阀与气-水容器相连，为试样提供循环水源；所述第一压力传感器与气体缓冲装置相连，用于监测输出气体的气压；所述第一压力传感器、气体流量控制装置和流体流量控制装置分别通过线路与信息处理器相连。
进一步的，所述气水供应-回收组件还包括有气压计，所述气压计与气-水容器相连，用于测量气-水容器内的气压，所述气压计通过线路与信息处理器相连。
进一步的，所述气水供应-回收组件还包括有气体回收支路，试验完成后用于回收并测量试样可燃冰分解的气体，所述气体回收支路直接与上加载板相连，所述气体回收支路依次包括第五截止阀、气体流量计、第六截止阀和气体回收装置，所述气体流量计通过线路与信息处理器相连。
进一步的，所述上下轴向加载板、左右侧向加载板和前后侧向加载板均为刚性板，如金属类材质。
进一步的，所述变形板若干个排列分布的正方体刚性块拼接而成，所述每每相邻的正方体刚性块的上端之间以及下端之间均通过橡胶片胶黏，中端之间通过弹簧连接。
本发明使用的上加载板、下加载板、左侧加载板和右侧加载板均为刚性板并对可燃冰沉积物在上下，左右方向加压，前侧加载板和后加载板采用刚性板并与变形板组合的复合加载板，在真三轴压缩过程中，试样在前后方向变形时变形板可以随着试样同时变形，保证压力能够通过变形板均匀的加载在试样上。
本发明的工作原理为：(1)将天然气与水在低温高压下的试样中循环，使得水合物在试样孔隙中形成没有游离气体的可燃冰，可燃冰与土颗粒粘结形成可燃冰沉积物，从而模拟海洋环境下形成可燃冰沉积物的过程；(2)利用真三轴加载装置对一定温度与压力下的可燃冰沉积物试样进行真三轴压缩试验，获得真三轴压缩下可燃冰沉积物的变形与强度参数。
本发明所述装置的具体试验方法，按照以下步骤进行：
(1)装填试样
设定试样为长方体试样，长50mm，宽50mm，高100mm；利用砂土按一定密度压膜成样，将其安装于真三轴加载装置底座上，调整好位置，利用液压加载使各个方向的加载板与长方体试样结合紧密；
(2)调整压力、温度
利用温度控制装置控制温度室的温度降到指定温度，利用压力控制装置对土样三个方向施加指定压力；
(3)循环制样
关闭第二截止阀、第五截止阀、第六截止阀、第八截止阀，开启第三截止阀、第四截止阀、第七截止阀，利用流体增压装置将水溶液注入长方体试样循环饱和，之后关闭第三截止阀、第四截止阀、第七截止阀，打开第一截止阀、第二截止阀、第八截止阀，利用气体增压装置将天然气注入土试样开始循环饱和；
(4)可燃冰的合成与饱和度的判定
采用超声探测技术实时监测可燃冰饱和度，当饱和度达到设定值时停止循环制样，可燃冰合成过程完成。
(5)真三轴压缩试验
待水合物合成完成后，关闭所有截止阀，调整前后左右方向的压力，设定轴向加载速率，开启试验装置对试样进行压缩试验；
(6)分解可燃冰，收集气体
试验完成后，关闭试验机，打开第五截止阀、第六截止阀，利用温度控制装置提升温度室的温度，使可燃冰分解，利用气体回收装置收集天然气，并利用气体流量计记录天然气气体体积；
(7)收集、记录试验数据。
本发明的优点在于：(1)能在实验室内模拟深海储层中的可燃冰沉积物形成过程，并对可燃冰沉积物进行真三轴压缩试验，进而为准确的预测储层的强度特性预计以及研究其本构关系提供技术保证和支持。(2)真三轴压缩试验可以独立施加三个方向的主应力，可以较好的反映可燃冰沉积物在底层中的真实受力特征，但在加载过程中容易出现加载边界条件问题，本发明通过在前后加压方向采用刚性板和变形板的复合加载板，使得在前后加压时，压力能通过复合加载板均匀加载到试样上，避免了在加载过程中出现三向加载中各加载板的相互干扰，以及在加载膨胀过程中试样变形导致的加载不均匀等问题。
附图说明
图1为本发明整体结构示意图；
图2为图1中真三轴加载组件的结构示意图；
图3为图2中真三轴加载装置的结构示意图；
图4为真三轴加载装置的结构示意图；
图5为真三轴加载装置的结构正视图；
图6为真三轴加载装置的结构俯视图；
图7为真三轴加载装置的结构右视图
图8为变形板的结构示意图；
图9为变形板的局部结构示意图；
图10为变形板的局部结构正视图；
图中：1气水供应-回收组件、11天然气储存装置，12气体增压装置，13气体缓冲装置，14气体流量控制装置，15气-水容器，16流体增压装置，17流体流量控制装置，18气体回收装置，19气体流量计；2真三轴加载组件，20真三轴加载装置，21受力架，22温度室，23温度室底座，24螺栓，25真三轴加载装置底座，26固定装置，27轴向支撑杆，28连接口，29支撑固定装置，31轴向加载液压缸，32上下轴向加载板，33侧向加载液压缸，34左右侧向加载板，35前后侧向加载板，36变形板，3601正方体刚性块，3602橡胶片，3603弹簧；3温度控制装置；4压力控制装置；5电脑，51信息处理器；0试样，61第一压力传感器，62第二压力传感器，63第三压力传感器，64第四压力传感器，65温度传感器，66第一位移传感器，67第二位移传感器，68第三位移传感器，69第四位移传感器，70第五位移传感器，71第六位移传感器,72气压计，73超声波发射探头，74超声波接收探头，81第一截止阀，82第二截止阀，83第三截止阀，84第四截止阀，85第五截止阀，86第六截止阀，87第七截止阀，88第八截止阀。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
实施例1：
如图1～图10所示，一种可燃冰沉积物真三轴试验装置，包括：
气水供应-回收组件1，与真三轴加载组件2中的试样0形成气源循环通道和水源循环通道；
真三轴加载组件2，对试样0提供上下、左右、前后轴方向上的压力加载；
温度控制装置3，对真三轴加载组件2内的温度室22提供温度控制；
压力控制装置4，控制真三轴加载组件2内的上下、左右、前后轴方向上的压力加载；
信息处理系统，用于数据收集与控制；
其中，所述真三轴加载组件包括真三轴加载装置20、受力架21、温度室22、温度室底座25、螺栓24、真三轴加载装置底座25、固定装置26、第二压力传感器62、第三压力传感器63、第四压力传感器64、温度传感器65、第一位移传感器66、第二位移传感器67、第三位移传感器68、第四位移传感器69、第五位移传感器70、第六位移传感器71、超声波发射探头73、超声波接收探头74；
所述温度室22置于受力架21的内部，所述温度室22底部设置有温度室底座23并通过螺栓24与受力架21连接固定，所述真三轴加载装置20置于温度室22内，所述真三轴加载装置20的底部设有真三轴加载装置底座25并通过固定装置26与温度室底座23固定，所述温度室22顶部开设有连接口28，所述连接口28通过管路与温度控制装置3相连；
所述真三轴加载装置20包括轴向支撑杆27、连接口28、支撑固定装置29、轴向加载液压缸31、上下轴向加载板32、侧向加载液压缸33、左右侧向加载板34、前后侧向加载板35、变形板36；所述轴向加载液压缸31包括上加载液压缸和下加载液压缸，所述上加载液压缸顶部固定连接有轴向支撑杆27，所述轴向支撑杆27穿过温度室22与上方的受力架21固定连接，所述下加载液压缸底部与真三轴加载装置底座25固定，所述上下轴向加载板32包括上加载板和下加载板，所述上加载板与上加载液压缸底部固定，所述下加载板与下加载液压缸顶部固定，所述上加载板和下加载板分别开设有气水供应-回收组件1与试样0之间连通的通道；所述侧向加载液压缸33包括左侧加载液压缸、右侧加载液压缸、前侧加载液压缸，后侧加载液压缸，所述左侧加载液压缸、右侧加载液压缸、前侧加载液压缸，后侧加载液压缸的外侧面均通过支撑固定装置29与温度室22的内侧壁固定连接，所述左右侧向加载板34包括左侧加载板和右侧加载板，所述左侧加载液压缸的右端与左侧加载板固定，所述右侧加载液压缸的左端与右侧加载板固定，所述前后侧向加载板35包括前侧加载板和后侧加载板，所述前侧加载液压缸的后端与前侧加载板固定，所述后侧加载液压缸的前端与后侧加载板固定，所述前侧加载板的内侧面和后侧加载板的内侧面均设置有变形板36，所述上下轴向加载板32、左右侧向加载板34和前后侧向加载板35围绕成方形试样容纳空间，所述压力控制装置4通过管路与轴向加载液压缸31、侧向加载液压缸33相连接，控制压力加载；
所述第二压力传感器62与上下轴向加载板32的上加载板相连，用于测量上下轴向压力，所述第三压力传感器63与左右侧向加载板34的右侧加载板相连，用于监测左右轴方向压力，所述第四压力传感器64与前后侧向加载板35的前侧加载板相连，用于监测前后轴方向压力；所述温度传感器65与温度室22相连，用于监测温度室22的温度变化；所述超声波发射探头73置于左侧加载板中间，超声波接收探头74置于右侧加载板中间，两者位于同一平面内；所述第一位移传感器66、第二位移传感器67分别与上下轴向加载板32的上加载板和下加载板相连并对齐，位于同一平面上，用于测量σ1方向位移，所述第三位移传感器68、第四位移传感器69分别与左右侧向加载板34的左侧加载板和右侧加载板连接，位于同一平面上，用于测量σ2方向位移，所述第五位移传感器70、第六位移传感器71分别与前后侧向加载板35的前侧加载板和后侧加载板连接，位于同一平面上用于测量σ3方向位移；
所述信息处理系统包括信息处理器51和电脑5，所述第二压力传感器62、第三压力传感器63、第四压力传感器64、温度传感器65、第一位移传感器66、第二位移传感器67、第三位移传感器68、第四位移传感器69、第五位移传感器70、第六位移传感器71、超声波发射探头73、超声波接收探头74均通过线路与信息处理器51相连，信息处理器51与电脑5相连，用于数据收集与控制。
进一步的，所述气水供应-回收组件1包括天然气储存装置11、气体增压装置12、气体缓冲装置13、气体流量控制装置14、气-水容器15、流体增压装置16、流体流量控制装置17、第一压力传感器61、第一截止阀81、第二截止阀82、第三截止阀83、第四截止阀84、第七截止阀87和第八截止阀88；其中，所述天然气储存装置11依次通过第一截止阀81、气体增压装置12、气体缓冲装置13、气体流量控制装置14、第二截止阀82与上加载板相连，下加载板通过第八截止阀88与气-水容器15相连，为试样0提供循环气源；所述气-水容器15依次通过第三截止阀83、流体增压装置16、流体流量控制装置17、第四截止阀84与下加载板相连，上加载板通过第七截止阀87与气-水容器15相连，为试样0提供循环水源；所述第一压力传感器61与气体缓冲装置13相连，用于监测输出气体的气压；所述第一压力传感器61、气体流量控制装置14和流体流量控制装置17分别通过线路与信息处理器51相连。
进一步的，所述气水供应-回收组件1还包括有气压计72，所述气压计72与气-水容器15相连，用于测量气-水容器15内的气压，所述气压计72通过线路与信息处理器51相连。
进一步的，所述气水供应-回收组件1还包括有气体回收支路，试验完成后用于回收并测量试样可燃冰分解的气体，所述气体回收支路直接与上加载板相连，所述气体回收支路依次包括第五截止阀85、气体流量计19、第六截止阀86和气体回收装置18，所述气体流量计19通过线路与信息处理器51相连。
进一步的，所述上下轴向加载板32、左右侧向加载板34和前后侧向加载板35均为刚性板，如金属类材质。
进一步的，所述变形板36若干个排列分布的正方体刚性块3601拼接而成，所述每每相邻的正方体刚性块3601的上端之间以及下端之间均通过橡胶片3602胶黏，中端之间通过弹簧3603连接。
本实施例使用的上加载板、下加载板、左侧加载板和右侧加载板均为刚性板并对可燃冰沉积物在上下，左右方向加压，前侧加载板和后加载板采用刚性板并与变形板36组合的复合加载板，在真三轴压缩过程中，试样0在前后方向变形时变形板36可以随着试样同时变形，保证压力能够通过变形板36均匀的加载在试样0上。
本实施例的工作原理为：(1)将天然气与水在低温高压下的试样0中循环，使得水合物在试样0孔隙中形成没有游离气体的可燃冰，可燃冰与土颗粒粘结形成可燃冰沉积物，从而模拟海洋环境下形成可燃冰沉积物的过程；(2)利用真三轴加载装置20对一定温度与压力下的可燃冰沉积物试样进行真三轴压缩试验，获得真三轴压缩下可燃冰沉积物的变形与强度参数。
本实施例所述装置的具体试验方法，按照以下步骤进行：
(1)装填试样
设定试样0为长方体试样，长50mm，宽50mm，高100mm；利用砂土按一定密度压膜成样，将其安装于真三轴加载装置底座25上，调整好位置，利用液压加载使各个方向的加载板与长方体试样0结合紧密；
(2)调整压力、温度
利用温度控制装置3控制温度室22的温度降到指定温度，利用压力控制装置4对土样三个方向施加指定压力；
(3)循环制样
关闭第二截止阀82、第五截止阀85、第六截止阀86、第八截止阀88，开启第三截止阀83、第四截止阀84、第七截止阀87，利用流体增压装置16将水溶液注入长方体试样0循环饱和，之后关闭第三截止阀83、第四截止阀84、第七截止阀87，打开第一截止阀81、第二截止阀82、第八截止阀88，利用气体增压装置12将天然气注入土试样0开始循环饱和；
(4)可燃冰的合成与饱和度的判定
采用超声探测技术实时监测可燃冰饱和度，当饱和度达到设定值时停止循环制样，可燃冰合成过程完成。
(5)真三轴压缩试验
待水合物合成完成后，关闭所有截止阀，调整前后左右方向的压力，设定轴向加载速率，开启试验装置对试样进行压缩试验；
(6)分解可燃冰，收集气体
试验完成后，关闭试验机，打开第五截止阀85、第六截止阀86，利用温度控制装置3提升温度室22的温度，使可燃冰分解，利用气体回收装置18收集天然气，并利用气体流量计19记录天然气气体体积；
(7)收集、记录试验数据。

Claims (6)

1.一种可燃冰沉积物真三轴试验装置，其特征在于包括：
气水供应-回收组件(1)，与真三轴加载组件(2)中的试样(0)形成气源循环通道和水源循环通道；
真三轴加载组件(2)，对试样(0)提供上下、左右、前后轴方向上的压力加载；
温度控制装置(3)，对真三轴加载组件(2)内的温度室(22)提供温度控制；
压力控制装置(4)，控制真三轴加载组件(2)内的上下、左右、前后轴方向上的压力加载；
信息处理系统，用于数据收集与控制；
其中，所述真三轴加载组件包括真三轴加载装置(20)、受力架(21)、温度室(22)、温度室底座(25)、螺栓(24)、真三轴加载装置底座(25)、固定装置(26)、第二压力传感器(62)、第三压力传感器(63)、第四压力传感器(64)、温度传感器(65)、第一位移传感器(66)、第二位移传感器(67)、第三位移传感器(68)、第四位移传感器(69)、第五位移传感器(70)、第六位移传感器(71)、超声波发射探头(73)、超声波接收探头(74)；
所述温度室(22)置于受力架(21)的内部，所述温度室(22)底部设置有温度室底座(23)并通过螺栓(24)与受力架(21)连接固定，所述真三轴加载装置(20)置于温度室(22)内，所述真三轴加载装置(20)的底部设有真三轴加载装置底座(25)并通过固定装置(26)与温度室底座(23)固定，所述温度室(22)顶部开设有连接口(28)，所述连接口(28)通过管路与温度控制装置(3)相连；
所述真三轴加载装置(20)包括轴向支撑杆(27)、连接口(28)、支撑固定装置(29)、轴向加载液压缸(31)、上下轴向加载板(32)、侧向加载液压缸(33)、左右侧向加载板(34)、前后侧向加载板(35)、变形板(36)；所述轴向加载液压缸(31)包括上加载液压缸和下加载液压缸，所述上加载液压缸顶部固定连接有轴向支撑杆(27)，所述轴向支撑杆(27)穿过温度室(22)与上方的受力架(21)固定连接，所述下加载液压缸底部与真三轴加载装置底座(25)固定，所述上下轴向加载板(32)包括上加载板和下加载板，所述上加载板与上加载液压缸底部固定，所述下加载板与下加载液压缸顶部固定，所述上加载板和下加载板分别开设有气水供应-回收组件(1)与试样(0)之间连通的通道；所述侧向加载液压缸(33)包括左侧加载液压缸、右侧加载液压缸、前侧加载液压缸，后侧加载液压缸，所述左侧加载液压缸、右侧加载液压缸、前侧加载液压缸，后侧加载液压缸的外侧面均通过支撑固定装置(29)与温度室(22)的内侧壁固定连接，所述左右侧向加载板(34)包括左侧加载板和右侧加载板，所述左侧加载液压缸的右端与左侧加载板固定，所述右侧加载液压缸的左端与右侧加载板固定，所述前后侧向加载板(35)包括前侧加载板和后侧加载板，所述前侧加载液压缸的后端与前侧加载板固定，所述后侧加载液压缸的前端与后侧加载板固定，所述前侧加载板的内侧面和后侧加载板的内侧面均设置有变形板(36)，所述上下轴向加载板(32)、左右侧向加载板(34)和前后侧向加载板(35)围绕成方形试样容纳空间，所述压力控制装置(4)通过管路与轴向加载液压缸(31)、侧向加载液压缸(33)相连接，控制压力加载；
所述第二压力传感器(62)与上下轴向加载板(32)的上加载板相连，用于测量上下轴向压力，所述第三压力传感器(63)与左右侧向加载板(34)的右侧加载板相连，用于监测左右轴方向压力，所述第四压力传感器(64)与前后侧向加载板(35)的前侧加载板相连，用于监测前后轴方向压力；所述温度传感器(65)与温度室(22)相连，用于监测温度室(22)的温度变化；所述超声波发射探头(73)置于左侧加载板中间，超声波接收探头(74)置于右侧加载板中间，两者位于同一平面内；所述第一位移传感器(66)、第二位移传感器(67)分别与上下轴向加载板(32)的上加载板和下加载板相连并对齐，位于同一平面上，用于测量σ1方向位移，所述第三位移传感器(68)、第四位移传感器(69)分别与左右侧向加载板(34)的左侧加载板和右侧加载板连接，位于同一平面上，用于测量σ2方向位移，所述第五位移传感器(70)、第六位移传感器(71)分别与前后侧向加载板(35)的前侧加载板和后侧加载板连接，位于同一平面上用于测量σ3方向位移；
所述信息处理系统包括信息处理器(51)和电脑(5)，所述第二压力传感器(62)、第三压力传感器(63)、第四压力传感器(64)、温度传感器(65)、第一位移传感器(66)、第二位移传感器(67)、第三位移传感器(68)、第四位移传感器(69)、第五位移传感器(70)、第六位移传感器(71)、超声波发射探头(73)、超声波接收探头(74)均通过线路与信息处理器(51)相连，信息处理器(51)与电脑(5)相连，用于数据收集与控制。
2.根据权利要求1所述的一种可燃冰沉积物真三轴试验装置，其特征在于：所述气水供应-回收组件(1)包括天然气储存装置(11)、气体增压装置(12)、气体缓冲装置(13)、气体流量控制装置(14)、气-水容器(15)、流体增压装置(16)、流体流量控制装置(17)、第一压力传感器(61)、第一截止阀(81)、第二截止阀(82)、第三截止阀(83)、第四截止阀(84)、第七截止阀(87)和第八截止阀(88)；其中，所述天然气储存装置(11)依次通过第一截止阀(81)、气体增压装置(12)、气体缓冲装置(13)、气体流量控制装置(14)、第二截止阀(82)与上加载板相连，下加载板通过第八截止阀(88)与气-水容器(15)相连，为试样(0)提供循环气源；所述气-水容器(15)依次通过第三截止阀(83)、流体增压装置(16)、流体流量控制装置(17)、第四截止阀(84)与下加载板相连，上加载板通过第七截止阀(87)与气-水容器(15)相连，为试样(0)提供循环水源；所述第一压力传感器(61)与气体缓冲装置(13)相连，用于监测输出气体的气压；所述第一压力传感器(61)、气体流量控制装置(14)和流体流量控制装置(17)分别通过线路与信息处理器(51)相连。
3.根据权利要求2所述的一种可燃冰沉积物真三轴试验装置，其特征在于：还包括有气压计(72)，所述气压计(72)与气-水容器(15)相连，用于测量气-水容器(15)内的气压，所述气压计(72)通过线路与信息处理器(51)相连。
4.根据权利要求2或3所述的一种可燃冰沉积物真三轴试验装置，其特征在于：还包括有气体回收支路，所述气体回收支路直接与上加载板相连，所述气体回收支路依次包括第五截止阀(85)、气体流量计(19)、第六截止阀(86)和气体回收装置(18)，所述气体流量计(19)通过线路与信息处理器(51)相连。
5.根据权利要求1所述的一种可燃冰沉积物真三轴试验装置，其特征在于：所述上下轴向加载板(32)、左右侧向加载板(34)和前后侧向加载板(35)均为刚性板。
6.根据权利要求1所述的一种可燃冰沉积物真三轴试验装置，其特征在于：所述变形板(36)若干个排列分布的正方体刚性块(3601)拼接而成，所述每每相邻的正方体刚性块(3601)的上端之间以及下端之间均通过橡胶片(3602)胶黏，中端之间通过弹簧(3603)连接。
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Cited By (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109827829A (zh) * 2019-04-09 2019-05-31 大连理工大学 一种轮转式水合物沉积物试样制备及力学特性试验装置
CN110208104A (zh) * 2019-06-24 2019-09-06 东北大学 一种自带加载结构的快速旋转开启型高压岩石三轴压力室
CN110274833A (zh) * 2019-08-02 2019-09-24 中国石油大学(华东) Ct实时扫描的水合物沉积物柔性加载真三轴试验装置
CN110618038A (zh) * 2019-08-16 2019-12-27 同济大学 极端温度环境下混凝土受力变形的测试装置及测试方法
CN110987642A (zh) * 2019-12-27 2020-04-10 上海交通大学 一种橡胶薄膜外包加载板的刚柔复合真三轴加载装置
CN111238950A (zh) * 2019-03-22 2020-06-05 湘潭大学 一种岩石围压装置
CN111398024A (zh) * 2020-04-20 2020-07-10 中山大学 真三轴岩石渗流试验加载装置及试验系统
CN111551447A (zh) * 2020-06-22 2020-08-18 东北大学 一种模拟海冰破冰过程的多轴压缩试验装置及方法
WO2020215343A1 (zh) * 2019-04-22 2020-10-29 东北大学 一种适用于真三轴试验机的双层同心式加载框架结构
WO2021017639A1 (zh) * 2019-07-30 2021-02-04 中国矿业大学 一种三轴有压冻结制冰方法
CN112362485A (zh) * 2020-11-09 2021-02-12 中国石油大学(华东) 一种水合物沉积物的多功能综合试验系统及试验方法
CN112834357A (zh) * 2021-01-08 2021-05-25 青岛海洋地质研究所 海底天然气水合物沉积物储层旁压蠕变试验系统及方法
CN113008682A (zh) * 2021-02-07 2021-06-22 山东科技大学 天然气水合物储层真三轴水力压裂模拟试验装置及方法
CN113281162A (zh) * 2021-05-24 2021-08-20 东北大学 一种消除应力空白角的试样全互扣式联动夹具及使用方法
CN114278267A (zh) * 2020-09-28 2022-04-05 中国石油天然气股份有限公司 实现三维应力加载的天然气水合物实验反应釜
CN114295467A (zh) * 2021-12-21 2022-04-08 中国矿业大学 一种天然气水合物沉积物真三轴试验装置

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006010400A (ja) * 2004-06-23 2006-01-12 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 加圧試験装置
CN201965059U (zh) * 2010-12-08 2011-09-07 中国海洋石油总公司 一种天然气水合物岩石力学三轴试验装置
CN102252918A (zh) * 2011-06-30 2011-11-23 中国科学院武汉岩土力学研究所 含天然气水合物沉积物三轴试验装置及其试验方法
CN103616290A (zh) * 2013-11-14 2014-03-05 大连理工大学 一种用于测定天然气水合物沉积物动力特性的动加载系统
CN104215499A (zh) * 2014-09-22 2014-12-17 青岛海洋地质研究所 含天然气水合物沉积物多功能三轴压缩实验装置及实验方法
CN204269466U (zh) * 2014-09-22 2015-04-15 青岛海洋地质研究所 含天然气水合物沉积物多功能三轴压缩实验装置
CN206192801U (zh) * 2016-10-26 2017-05-24 中国科学院武汉岩土力学研究所 可测量致密岩石气体渗透率的真/假三轴试验装置
US9726656B2 (en) * 2013-07-11 2017-08-08 Korea Gas Corporation Experiment apparatus for estimating ground deformation during gas hydrate recovery
CN107576562A (zh) * 2017-10-19 2018-01-12 南京泰克奥科技有限公司 一种多场耦合真三轴测试系统及其试验方法

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006010400A (ja) * 2004-06-23 2006-01-12 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 加圧試験装置
CN201965059U (zh) * 2010-12-08 2011-09-07 中国海洋石油总公司 一种天然气水合物岩石力学三轴试验装置
CN102252918A (zh) * 2011-06-30 2011-11-23 中国科学院武汉岩土力学研究所 含天然气水合物沉积物三轴试验装置及其试验方法
US9726656B2 (en) * 2013-07-11 2017-08-08 Korea Gas Corporation Experiment apparatus for estimating ground deformation during gas hydrate recovery
CN103616290A (zh) * 2013-11-14 2014-03-05 大连理工大学 一种用于测定天然气水合物沉积物动力特性的动加载系统
CN104215499A (zh) * 2014-09-22 2014-12-17 青岛海洋地质研究所 含天然气水合物沉积物多功能三轴压缩实验装置及实验方法
CN204269466U (zh) * 2014-09-22 2015-04-15 青岛海洋地质研究所 含天然气水合物沉积物多功能三轴压缩实验装置
CN206192801U (zh) * 2016-10-26 2017-05-24 中国科学院武汉岩土力学研究所 可测量致密岩石气体渗透率的真/假三轴试验装置
CN107576562A (zh) * 2017-10-19 2018-01-12 南京泰克奥科技有限公司 一种多场耦合真三轴测试系统及其试验方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
YANGHUI LI ET AL.: ""Mechanical behaviors of permafrost-associated methane hydrate-bearing sediments under different mining methods"", 《APPLIED ENERGY》 *
于锋 等: ""含冰甲烷水合物的应力与应变关系"", 《石油学报》 *

Cited By (25)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111238950B (zh) * 2019-03-22 2023-03-21 湘潭大学 一种岩石围压装置
CN111238950A (zh) * 2019-03-22 2020-06-05 湘潭大学 一种岩石围压装置
CN109827829A (zh) * 2019-04-09 2019-05-31 大连理工大学 一种轮转式水合物沉积物试样制备及力学特性试验装置
WO2020215343A1 (zh) * 2019-04-22 2020-10-29 东北大学 一种适用于真三轴试验机的双层同心式加载框架结构
US11385150B2 (en) 2019-04-22 2022-07-12 Northeastern University Double-layer concentric loading frame structure suitable for true triaxial testing machine
CN110208104A (zh) * 2019-06-24 2019-09-06 东北大学 一种自带加载结构的快速旋转开启型高压岩石三轴压力室
CN110208104B (zh) * 2019-06-24 2021-06-08 东北大学 一种自带加载结构的快速旋转开启型高压岩石三轴压力室
WO2021017639A1 (zh) * 2019-07-30 2021-02-04 中国矿业大学 一种三轴有压冻结制冰方法
CN110274833A (zh) * 2019-08-02 2019-09-24 中国石油大学(华东) Ct实时扫描的水合物沉积物柔性加载真三轴试验装置
CN110274833B (zh) * 2019-08-02 2022-04-01 中国石油大学(华东) Ct实时扫描的水合物沉积物柔性加载真三轴试验装置
CN110618038B (zh) * 2019-08-16 2020-11-27 同济大学 极端温度环境下混凝土受力变形的测试装置及测试方法
CN110618038A (zh) * 2019-08-16 2019-12-27 同济大学 极端温度环境下混凝土受力变形的测试装置及测试方法
CN110987642A (zh) * 2019-12-27 2020-04-10 上海交通大学 一种橡胶薄膜外包加载板的刚柔复合真三轴加载装置
CN111398024A (zh) * 2020-04-20 2020-07-10 中山大学 真三轴岩石渗流试验加载装置及试验系统
CN111398024B (zh) * 2020-04-20 2021-11-05 中山大学 真三轴岩石渗流试验加载装置及试验系统
CN111551447A (zh) * 2020-06-22 2020-08-18 东北大学 一种模拟海冰破冰过程的多轴压缩试验装置及方法
CN111551447B (zh) * 2020-06-22 2021-06-08 东北大学 一种模拟海冰破冰过程的多轴压缩试验装置及方法
CN114278267A (zh) * 2020-09-28 2022-04-05 中国石油天然气股份有限公司 实现三维应力加载的天然气水合物实验反应釜
CN114278267B (zh) * 2020-09-28 2023-11-28 中国石油天然气股份有限公司 实现三维应力加载的天然气水合物实验反应釜
CN112362485A (zh) * 2020-11-09 2021-02-12 中国石油大学(华东) 一种水合物沉积物的多功能综合试验系统及试验方法
CN112834357A (zh) * 2021-01-08 2021-05-25 青岛海洋地质研究所 海底天然气水合物沉积物储层旁压蠕变试验系统及方法
CN112834357B (zh) * 2021-01-08 2022-03-22 青岛海洋地质研究所 海底天然气水合物沉积物储层旁压蠕变试验系统及方法
CN113008682A (zh) * 2021-02-07 2021-06-22 山东科技大学 天然气水合物储层真三轴水力压裂模拟试验装置及方法
CN113281162A (zh) * 2021-05-24 2021-08-20 东北大学 一种消除应力空白角的试样全互扣式联动夹具及使用方法
CN114295467A (zh) * 2021-12-21 2022-04-08 中国矿业大学 一种天然气水合物沉积物真三轴试验装置

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