(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210949992.7 (22)申请日 2022.08.05 (71)申请人 西南石油大 学 地址 610500 四川省成 都市新都区新都大 道8号 (72)发明人 李皋　张毅　陈一健　王柯达　 宿腾跃　李明昊　王睿　 (74)专利代理 机构 成都金英专利代理事务所 (普通合伙) 51218 专利代理师 袁英 (51)Int.Cl. G01N 3/02(2006.01) G01N 3/04(2006.01) G01N 3/18(2006.01) G01N 3/307(2006.01) (54)发明名称 基于立式SHPB系统的高温高压单齿冲击破 岩试验装置及方法 (57)摘要 本发明涉及基于立式SHPB系统的高温高压 单齿冲击破岩试验装置， 包括岩样 夹持与加载系 统1、 立式SHPB系统2、 观测系统3、 控制线路群4和 计算机控制与数据采集系统5。 利用该装置进行 高温高压单齿冲击破岩试验方法， 包括： （1） 将岩 样和径向约束钢套采用5~15°的锥角关系进行匹 配组装后， 放入岩样夹持与加载系统； （2） 向岩样 施加轴向压力， 通过带锥度的径向约束钢套转化 为径向压力； （3） 通过加热线圈向岩样提供高温 环境； （4） 冲锤经过单齿向岩样施加一定的轴向 冲击力； （5） 应变信号反馈至计算机， 同时DIC及 显微观测仪采集冲击瞬态的岩样表面损伤与应 变图像。 本发明原理可靠， 操作简便， 为研究深部 地层冲击破岩过程的力学行为及机理提供技术 手段。 权利要求书2页 说明书4页 附图2页 CN 115290433 A 2022.11.04 CN 115290433 A 1.基于立式SHPB系统的高温高压单齿冲击破岩试验装置， 包括岩样夹持与加载系统 （1） 、 立式SHPB系统 （2） 、 观测系统 （3） 、 控制线路群 （4） 和计算机控制与数据采集系统 （5） ， 其 特征在于， 岩样夹持与加载系统 （1） 包括第一保温套 （101） 、 隔热外壳 （102） 、 保温垫 （103） 、 加热线圈 （104） 、 岩样 （105） 、 径向约束钢套 （106） 、 轴压头 （108） 、 隔热轴 （109） 、 第二保温套 （110） 、 轴压推杆 （112） 、 拉杠 （113） 和底部固定架 （114） ， 所述岩样 （105） 和径向约束钢套 （106） 采用锥度 设计并匹配结合， 密封后裹覆加热线圈 （104） ， 岩样下端为轴 压头 （108） ， 轴 压头通过隔热轴 （109） 连接至轴压推杆 （112） ， 所述岩样通过第一保温套 （101） 、 第二保温套 （110） 、 隔热外壳 （102） 和保温垫 （103） 保持温度， 所述岩样夹持与加载系统通过固定螺栓 （111） 、 拉杠 （113） 和底部固定架 （114） 安置并固定于立式SHPB系统的底座； 所述立式SHPB系 统 （2） 包括输入杆 （2 01） 、 单齿 （2 02） 、 输出杆 （2 03） 、 第一应变片 （204） 、 第二应变片 （2 05） 、 高 压气体爆轰入射头 （206） 、 超动态应变仪 （207） 、 双踪波形存储器 （208） 、 轴 压泵 （209） 、 外支 撑杆 （210） 、 内支撑杆 （211） 和底座 （212） ， 所述输入杆 （201） 上方有冲锤， 下方连接单齿 （202） ， 单齿正对岩样 （105） ， 轴压推杆 （112） 连接输出杆 （203） ， 第一应变片 （204） 、 第二应变 片 （205） 分别安装于输入杆、 输出杆上， 再通过线路连接超动态应变仪 （207） 和双踪波形存 储器 （208） ， 轴压推杆 （112） 连接轴压泵 （209） ， 所述高压气体爆轰入射头 （206） 控制冲锤， 向 输入杆施加冲击力， 所述立式SHPB系统通过外支撑杆 （210） 、 内支撑杆 （211） 固定并支撑在 底座 （212） 上； 所述观测系统 （3） 包括观支架 （301） 和位于支架上的DIC及显微观测仪 （302） ； 所述控制线路群 （4） 包括动态力学参数采集线路 （401） 、 冲击控制线路 （402） 、 加热控制线路 （403） 和图像采集线路 （404） ； 所述计算机控制与数据采集系统 （5） 包括控制箱 （501） 和计算 机 （502） ， 控制线路群连接至控制箱， 控制箱连接计算机， 由计算机控制和处理采集到的数 据和图像。 2.如权利要求1所述的基于立式SHPB系统的高温高压单齿冲击破岩试验装置， 其特征 在于， 所述岩 样 （105） 和径向约束钢套 （10 6） 采用5~15°的锥度设计并匹配结合。 3.如权利要求1所述的基于立式SHPB系统的高温高压单齿冲击破岩试验装置， 其特征 在于， 所述支架 （301） 高度可调节， DIC及显微观测仪 （302） 由高速摄像机配合DIC测试系统 与显微镜 头使用， 观测单齿破岩过程中岩 样表面瞬态破坏行为和应 变特征。 4.如权利要求1所述的基于立式SHPB系统的高温高压单齿冲击破岩试验装置， 其特征 在于， 所述动态力 学参数采集线路 （401） 连接至双踪波形存储器 （208） ， 采集输入杆与输出 杆上应变片的反馈信号， 冲击控制 线路 （402） 连接至高压气体爆轰入射头 （206） ， 加热控制 线路 （403） 连接至加热线圈 （104） ， 图像采集线路 （404） 连接 至DIC及显微观测仪 （3 02） 。 5.利用权利要求1、 2、 3或4所述的装置进行基于立式SHPB系 统的高温高压单齿冲击破 岩试验方法， 依次包括如下步骤： （1） 将岩样和径向约束钢套采用5~15°的锥角关系进行匹配组装后， 放入岩样夹持与加 载系统内， 调整观测系统支 架使之位于合 适高度和观测角度； （2） 通过轴压泵向岩样施加轴向压力， 轴向压力通过带锥度的径向约束钢套转化为径 向压力， 并将压力数据记录 于计算机控制与数据采集系统； （3） 通过加热线圈向岩样提供高温环境， 加热控制线路将温度数据反馈至计算机控制 与数据采集系统； （4） 拆卸第一保温套， 计算机控制与数据采集系统通过冲击控制线路， 使冲锤经过单齿权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115290433 A 2向岩样施加一定的轴向冲击力； （5） 在单齿冲击破岩过程中， 动态力学参数采集线路将双踪波形存储器中超动态应变 仪采集到的应变信号反馈至计算机控制与数据采集系统， 同时DIC及显微观测仪采集冲击 瞬态过程中的岩 样表面损伤与应 变图像。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115290433 A 3