JP2022503306A - 高温高圧での硬岩の真三軸多機能せん断試験装置及び方法 - Google Patents
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Abstract
【選択図】図1
Description
ステップ1:岩石試料をせん断ボックスに装填し、岩石試料とせん断ボックスとの間に変形センサーを取り付けるステップと、
ステップ2:岩石試料が装填されたせん断ボックスを試験箱の中心位置に配置するステップと、
ステップ3:側方向補助押し引きフレームを環状フレーム部からから押し離れ、試験箱を側方向補助押し引きフレームの中心位置に配置するステップと、
ステップ4:側方向補助押し引きフレームを環状フレーム部に押し込み、岩石試料を環状フレーム部の幾何学的中心に位置するステップと、
ステップ5:左接線上荷重シリンダ、左接線下荷重シリンダ、右接線上荷重シリンダ、右接線下荷重シリンダ、前側方向上荷重シリンダ、前側方向下荷重シリンダ、後側方向上荷重シリンダ、後側方向下荷重シリンダ、上法線荷重シリンダ及び下法線荷重シリンダに変位制御を実施して、岩石試料のセンタリングクランプを完了するステップと、
ステップ6:冷却水装置を起動し、左接線上荷重シリンダ、左接線下荷重シリンダ、右接線上荷重シリンダ、右接線下荷重シリンダ、上法線荷重シリンダ及び下法線荷重シリンダの動力伝達プレートにおいて冷却水を循環させるステップと、
ステップ7:試験箱を起動し、且つ目標温度を予め設定し、試験箱内の温度を予め設定された目標温度に到達させるステップと、
ステップ8:力制御により、左接線上荷重シリンダ、左接線下荷重シリンダ、右接線上荷重シリンダ、右接線下荷重シリンダ、前側方向上荷重シリンダ、前側方向下荷重シリンダ、後側方向上荷重シリンダ、後側方向下荷重シリンダ、上法線荷重シリンダ、及び下法線荷重シリンダを一定の荷重速度で力制御し、岩石試料の6つの界面の静油圧力状態τ=σp=σnを法線応力σn1の目標値まで上昇させるステップであって、τがせん断応力であり、σpが側方向応力であり、σnが法線応力であるステップと、
ステップ9:上法線荷重シリンダ及び下法線荷重シリンダをサーボ制御し、法線応力が一定にし、そして、力制御によって、左接線上荷重シリンダ、左接線下荷重シリンダ、右接線上荷重シリンダ、右接線下荷重シリンダ、前側方向上荷重シリンダ、前側方向下荷重シリンダ、後側方向上荷重シリンダ、後側方向下荷重シリンダを一定の荷重速度で力制御し、せん断面及び側方向面の応力を側方向応力σp1の目標値にまで増大させるステップと、
ステップ10:前側方向上荷重シリンダ、前側方向下荷重シリンダ、後側方向上荷重シリンダ、後側方向下荷重シリンダ、上法線荷重シリンダ、及び下法線荷重シリンダをサーボ制御し、側方向応力及び法線応力を一定にし、そして、力制御によって、せん断面の応力が岩石応力τ0にまで増加するように、左接線上荷重シリンダ、左接線下荷重シリンダ、右接線上荷重シリンダ、右接線下荷重シリンダが一定の荷重速度で力制御を行うステップと、
ステップ11:前側方向上荷重シリンダ8、前側方向下荷重シリンダ、後側方向上荷重シリンダ、後側方向下荷重シリンダ、上法線荷重シリンダ、及び下法線荷重シリンダをサーボ制御し、側方向応力及び法線応力を一定にし、同時に、岩石試料がせん断方向での受力過程中、左下断面及び右上断面に岩石応力τ0を維持するように、左接線下荷重シリンダ及び右接線上荷重シリンダをサーボ制御し、そして、位置制御によって、残留強度に達するまで、左接線上荷重シリンダ及び右接線下荷重シリンダが一定の荷重速度でせん断力を増大させるステップと、
ステップ12:コンピュータによって、変位と力のデータと岩石試料のマクロ破壊モードを記録するステップと、を含む。
Claims (9)
- 高温高圧での硬岩の真三軸多機能せん断試験装置であって、
油圧システム、左端部コンビネーション接線荷重シリンダ、右端部コンビネーション接線荷重シリンダ、先端部コンビネーション側方向荷重シリンダ、後端部コンビネーション側方向荷重シリンダ、上法線荷重シリンダ、下法線荷重シリンダ、環状フレーム部、側方向補助押し引きフレーム、環状フレーム部支持台、水平支持台、試験箱を備え、
前記環状フレーム部支持台の上表面に、ボルトによって環状フレーム部が設けられ、環状フレーム部支持台の後端部に、水平支持台が設けられ、且つ、水平支持台及び環状フレーム部支持台は地面に固設され、水平支持台上に、レール及びスライダーによって、側方向補助押し引きフレームが設けられ、環状フレーム部の左端部貫通孔内に、左端部コンビネーション接線荷重シリンダが設けられ、環状フレーム部の右端部貫通孔内に、右端部コンビネーション接線荷重シリンダが設けられ、環状フレーム部の上端部貫通孔及び下端部貫通孔内に、それぞれ、上法線荷重シリンダ及び下法線荷重シリンダが設けられ、側方向補助押し引きフレームの先端部貫通孔内に、先端部コンビネーション側方向荷重シリンダが設けられ、側方向補助押し引きフレームの後端部貫通孔内に、後端部コンビネーション側方向荷重シリンダが設けられ、前記左端部コンビネーション接線荷重シリンダ、右端部コンビネーション接線荷重シリンダ、先端部コンビネーション側方向荷重シリンダ、後端部コンビネーション側方向荷重シリンダ、上法線荷重シリンダの後端部に、変位センサーが設けられ、前記左端部コンビネーション接線荷重シリンダ、右端部コンビネーション接線荷重シリンダ、先端部コンビネーション側方向荷重シリンダ、後端部コンビネーション側方向荷重シリンダ、上法線荷重シリンダ、及び下法線荷重シリンダは、油圧システムに接続され、側方向補助押し引きフレームの矩形の貫通孔に、試験箱が設けられ、試験箱内に、せん断ボックスが配置され、せん断ボックス内に岩石試料が置かれる、ことを特徴とする高温高圧での硬岩の真三軸多機能せん断試験装置。 - 前記左端部コンビネーション接線荷重シリンダは、左接線上荷重シリンダ、左接線下荷重シリンダを備え、左接線上荷重シリンダの外側に、左接線下荷重シリンダを同軸嵌合し、前記右端部コンビネーション接線荷重シリンダは、右接線上荷重シリンダ、右接線下荷重シリンダを備え、右接線下荷重シリンダの外側に、右接線上荷重シリンダを同軸嵌合し、前記左接線上荷重シリンダと右接線下荷重シリンダとの構造が同じであり、いずれも、第1キャップ部材、第1ピストン、第1連結板、第1力測定センサー、及び第1動力伝達プレートで構成され、前記第1キャップ部材の内腔に、第1ピストンが設けられ、第1ピストンは、第1連結板の一端に接続され、第1連結板の他端は、第1力測定センサーの一端に接続され、第1力測定センサー他端は、第1動力伝達プレートに接続され、前記左接線下荷重シリンダと右接線上荷重シリンダとの構造が同じであり、いずれも、第2キャップ部材、第2反力シリンダ、第2ピストン、第2フランジ、第2力測定センサー、及び第2動力伝達プレートで構成され、前記第2キャップ部材は、第1ピストンの外部円周面を同軸嵌合し、第2キャップ部材の一端の凸構造は、第1キャップ部材の内腔に延伸して第1キャップ部材と封止するように接続され、第2キャップ部材の他端は、第2ピストン及び第2反力シリンダを嵌合し、第2反力シリンダは、第2ピストンの外部円周面を同軸嵌合し、第2反力シリンダは、ボルトによって第2キャップ部材に取り付けられ、第2ピストン突出端は、第2フランジの一端に接続され、第2フランジの他端は、第2力測定センサーの一端に接続され、第2力測定センサーの他端は、第2動力伝達プレートに接続され、第1動力伝達プレートは、第2動力伝達プレートを貫通するように設置されている、ことを特徴とする請求項1に記載の高温高圧での硬岩の真三軸多機能せん断試験装置。
- 前記先端部コンビネーション側方向荷重シリンダは、前側方向上荷重シリンダ及び前側方向下荷重シリンダを備え、前側方向上荷重シリンダの内腔に、前側方向下荷重シリンダを同軸挿入し、前記後端部コンビネーション側方向荷重シリンダは、後側方向上荷重シリンダ及び後側方向下荷重シリンダを備え、後側方向上荷重シリンダの内腔に、後側方向下荷重シリンダを同軸挿入し、前記前側方向上荷重シリンダと後側方向上荷重シリンダとの構造が同じであり、いずれも、上側方向キャップ部材、上側方向反力シリンダ、上側方向ピストン、上側方向フランジ、上側方向力測定センサー、及び上側方向動力伝達プレートで構成され、上側方向封止板第1凸構造に、上側方向ピストンを同軸挿入し、上側方向封止板第2凸構造に、上側方向反力シリンダを同軸嵌合し、上側方向反力シリンダの内表面と上側方向ピストンの外表面とが密着し、上側方向ピストンは、上側方向フランジの一端に接続され、上側方向フランジの他端は、上側方向力測定センサーの一端に接続され、上側方向力測定センサーの他端は、上側方向動力伝達プレートに接続され、前記前側方向下荷重シリンダと後側方向下荷重シリンダとの構造が同じであり、いずれも、下側方向キャップ部材、下側方向ピストン、下側方向連結板、下側方向力測定センサー、下側方向動力伝達プレートで構成され、前記下側方向キャップ部材の一端は、上側方向キャップ部材の内腔に延伸し、下側方向キャップ部材フランジ端部は、ボルトによって上側方向キャップ部材に固定するように取り付けられ、上側方向キャップ部材の内腔に、下側方向ピストンが取り付けられ、下側方向ピストンは、上側方向キャップ部材と下側方向キャップ部材とで形成された密封チャンバー内に位置され、下側方向ピストンは、上側方向フランジを突出した部分が、下側方向連結板の一端に接続され、下側方向連結板の他端は、下側方向力測定センサーの一端に接続され、下側方向力測定センサーの他端は、下側方向動力伝達プレートに接続され、下側方向動力伝達プレートは、上側方向動力伝達プレートを貫通するように設置される、ことを特徴とする請求項1に記載の高温高圧での硬岩の真三軸多機能せん断試験装置。
- 前記上法線荷重シリンダは、上法線キャップ部材、上法線シリンダ、上法線ピストン、上法線連結板、上法線力測定センサー、及び上法線動力伝達プレートで構成され、上法線キャップ部材フランジ端部は、上法線シリンダフランジ端部に接続され、上法線シリンダ内壁に、上法線ピストンが設けられ、上法線ピストンは、上法線シリンダを突出した部分が、上法線連結板の一端に接続され、上法線連結板の他端は、上法線力測定センサーの一端に接続され、上法線力測定センサーの他端は、上法線動力伝達プレートに接続される、ことを特徴とする請求項1に記載の高温高圧での硬岩の真三軸多機能せん断試験装置。
- 前記下法線荷重シリンダは、下法線封止板、下法線ピストン、下法線フランジ、下法線連結板、下法線力測定センサー、及び下法線動力伝達プレートで構成され、前記下法線封止板の内腔に、下法線ピストンが設けられ、下法線封止板フランジ端部は、下法線フランジに接続され、下法線ピストンは、下法線フランジを突出した部分が、下法線連結板の一端に接続され、下法線連結板の他端は、下法線力測定センサーの一端に接続され、下法線力測定センサーの他端は、下法線動力伝達プレートに接続される、ことを特徴とする請求項1に記載の高温高圧での硬岩の真三軸多機能せん断試験装置。
- 前記左端部コンビネーション接線荷重シリンダ及び右端部コンビネーション接線荷重シリンダの第1動力伝達プレート、前記先端部コンビネーション側方向荷重シリンダ及び後端部コンビネーション側方向荷重シリンダの側方向動力伝達プレート、前記上法線荷重シリンダの上法線動力伝達プレート、及び下法線荷重シリンダの下法線動力伝達プレートの先端部に、2つの貫通の冷却水貫通孔が設けられ、冷却水貫通孔は、ゴムチューブによって冷却水装置に接続される、ことを特徴とする請求項1に記載の高温高圧での硬岩の真三軸多機能せん断試験装置。
- 前記油圧システムは、第1油圧動力源、第2油圧動力源、第3油圧動力源、第1アキュムレータ、第2アキュムレータ、第3アキュムレータ、及び複数のサーボ弁を備え、前記第1油圧動力源は、耐高圧油管によって第1アキュムレータに接続され、第1アキュムレータは、耐高圧油管、サーボ弁によって、左接線上荷重シリンダ、左接線下荷重シリンダ、及び上法線荷重シリンダのそれぞれに接続され、第2油圧動力源は、耐高圧油管によって第2アキュムレータに接続され、第2アキュムレータは、耐高圧油管、サーボ弁によって、右接線上荷重シリンダ、右接線下荷重シリンダ、及び下法線荷重シリンダのそれぞれに接続され、第3油圧動力源は、耐高圧油管によって、第3アキュムレータに接続され、第3アキュムレータは、耐高圧油管、サーボ弁によって、先端部側方向荷重シリンダ及び後端部側方向荷重シリンダに接続され、前記第1油圧動力源、第2油圧動力源、及び第3油圧動力源の構造が同じであり、いずれも、油圧ポンプ及びオイルタンクを備え、油圧ポンプのオイル吸入口は、耐高圧油管によって、オイルタンクのオイル吐出口に接続される、ことを特徴とする請求項1に記載の高温高圧での硬岩の真三軸多機能せん断試験装置。
- 前記試験箱がインキュベーターであり、セラミック放射加熱方式によって、せん断ボックス内の岩石試料を加熱する、ことを特徴とする請求項1に記載の高温高圧での硬岩の真三軸多機能せん断試験装置。
- 高温高圧での硬岩の真三軸多機能せん断試験方法であって、請求項1に記載の高温高圧での硬岩の真三軸多機能せん断試験装置を使用し、以下のステップを含み、
ステップ1:岩石試料をせん断ボックスに装填し、岩石試料とせん断ボックスとの間に変形センサーを取り付けるステップと、
ステップ2:岩石試料が装填されたせん断ボックスを試験箱の中心位置に配置するステップと、
ステップ3:側方向補助押し引きフレームを環状フレーム部からから押し離れ、試験箱を側方向補助押し引きフレームの中心位置に配置するステップと、
ステップ4:側方向補助押し引きフレームを環状フレーム部に押し込み、岩石試料を環状フレーム部の幾何学的中心に位置するステップと、
ステップ5:左接線上荷重シリンダ、左接線下荷重シリンダ、右接線上荷重シリンダ、右接線下荷重シリンダ、前側方向上荷重シリンダ、前側方向下荷重シリンダ、後側方向上荷重シリンダ、後側方向下荷重シリンダ、上法線荷重シリンダ及び下法線荷重シリンダに変位制御を実施して、岩石試料のセンタリングクランプを完了するステップと、
ステップ6:冷却水装置を起動し、左接線上荷重シリンダ、左接線下荷重シリンダ、右接線上荷重シリンダ、右接線下荷重シリンダ、上法線荷重シリンダ及び下法線荷重シリンダの動力伝達プレートにおいて冷却水を循環させるステップと、
ステップ7:試験箱を起動し、且つ目標温度を予め設定し、試験箱内の温度を予め設定された目標温度に到達させるステップと、
ステップ8:力制御により、左接線上荷重シリンダ、左接線下荷重シリンダ、右接線上荷重シリンダ、右接線下荷重シリンダ、前側方向上荷重シリンダ、前側方向下荷重シリンダ、後側方向上荷重シリンダ、後側方向下荷重シリンダ、上法線荷重シリンダ、及び下法線荷重シリンダを一定の荷重速度で力制御し、岩石試料の6つの界面の静油圧力状態τ=σp=σnを法線応力σn1の目標値まで上昇させるステップであって、τがせん断応力であり、σpが側方向応力であり、σnが法線応力であるステップと、
ステップ9:上法線荷重シリンダ及び下法線荷重シリンダをサーボ制御し、法線応力が一定にし、そして、力制御によって、左接線上荷重シリンダ、左接線下荷重シリンダ、右接線上荷重シリンダ、右接線下荷重シリンダ、前側方向上荷重シリンダ、前側方向下荷重シリンダ、後側方向上荷重シリンダ、後側方向下荷重シリンダを一定の荷重速度で力制御し、せん断面及び側方向面の応力を側方向応力σp1の目標値にまで増大させるステップと、
ステップ10:前側方向上荷重シリンダ、前側方向下荷重シリンダ、後側方向上荷重シリンダ、後側方向下荷重シリンダ、上法線荷重シリンダ、及び下法線荷重シリンダをサーボ制御し、側方向応力及び法線応力を一定にし、そして、力制御によって、せん断面の応力が岩石応力τ0にまで増加するように、左接線上荷重シリンダ、左接線下荷重シリンダ、右接線上荷重シリンダ、右接線下荷重シリンダが一定の荷重速度で力制御を行うステップと、
ステップ11:前側方向上荷重シリンダ8、前側方向下荷重シリンダ、後側方向上荷重シリンダ、後側方向下荷重シリンダ、上法線荷重シリンダ、及び下法線荷重シリンダをサーボ制御し、側方向応力及び法線応力を一定にし、同時に、岩石試料がせん断方向での受力過程中、左下断面及び右上断面に岩石応力τ0を維持するように、左接線下荷重シリンダ及び右接線上荷重シリンダをサーボ制御し、そして、位置制御によって、残留強度に達するまで、左接線上荷重シリンダ及び右接線下荷重シリンダが一定の荷重速度でせん断力を増大させるステップと、
ステップ12:コンピュータによって、変位と力のデータと岩石試料のマクロ破壊モードを記録するステップと、を含む高温高圧での硬岩の真三軸多機能せん断試験方法。
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