(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 202211202808.9 (22)申请日 2022.09.29 (71)申请人 四川大学 地址 610065 四川省成 都市一环路南 一段 24号 (72)发明人 高明忠　邓虎超　叶思琪　李飞　 谢晶　杨本高　刘军军　唐瑞烽　 杨尊东　 (74)专利代理 机构 成都熠邦鼎立专利代理有限 公司 5126 3 专利代理师 李晓英 (51)Int.Cl. G01N 3/12(2006.01) G01N 3/02(2006.01) G01N 3/06(2006.01)G01N 1/08(2006.01) (54)发明名称 岩体原位应力固结钻 取室内实验设备、 测试 系统及方法 (57)摘要 本发明涉及岩体原位应力固结钻取室内实 验设备、 测试系统及方法， 包括固结舱、 三轴压力 室、 轴压加载系统和钻孔取芯装置； 固结舱包括 软质内舱体、 套在软质内舱体外部的多孔薄皮 筒、 上压座和下压座， 上压座与软质内舱体上端 密封连接， 下压座与软质内舱体下端密封配合， 下压座可相对于上压座竖直移动， 上压座上有注 浆孔、 出浆孔和配有封孔盖的钻杆通道， 钻孔取 芯装置的钻杆可垂直通过钻杆通道进而钻进固 结舱内。 三轴压力室具有容纳固结舱的空间， 轴 压加载系统可作用于下压座； 本申请能将原位应 力固结在类岩石中， 通过钻孔取芯装置模拟不同 深度原位应力环境下岩石的钻孔取芯过程， 通过 钻孔取芯装置可模拟 深部钻孔取芯过程。 权利要求书2页 说明书7页 附图6页 CN 115541397 A 2022.12.30 CN 115541397 A 1.岩体原位应力固结钻取室内实验设备， 其特征在于： 包括固结舱 （1） 、 三轴压力室 （2） 、 轴压加载系统和钻孔取芯装置 （5） ； 所述固结舱 （1） 包括软质内舱体 （11） 、 套在 软质内舱体 （11） 外部的多孔薄皮筒 （12） 、 上 压座 （13） 和下压座 （14） ， 所述上压座 （13） 与软质内舱体 （11） 上端密封连接， 下压座 （14） 与 软质内舱体 （11） 下端密封配合， 下压座 （14） 可相对于上压座 （13） 竖直移动， 上压座 （13） 上 有注浆孔 （131） 、 出浆 孔 （132） 和配有封孔盖 （134） 的第一钻杆通道 （13 3） ； 三轴压力室 （2） 具有容纳固结舱 （1） 的空间， 固结舱 （1） 可操作地置于三轴压力室 （2） 内， 二者之间密封配合； 轴压加载系统包括加载油缸 （41） 和压杆 （42） ， 加 载油缸 （41） 连接压杆 （42） ， 压杆 （42） 用于作用于下压座 （14） ； 钻孔取芯装置 （5） 包括钻机 （52） ， 钻机 （52） 的钻杆 （53） 可垂直通过所述第一钻杆通道 （133） 进而钻进所述固结舱 （1） 内。 2.根据权利要求1所述的岩体原位应力固结钻取室内实验设备， 其特征在于： 软质内舱 体 （11） 上、 下端分别包裹在上压座 （13） 和下压座 （14） 外并用卡箍 （16） 箍紧固定， 卡箍 （16） 内侧装或者 不装橡胶 密封圈 （17） 。 3.根据权利要求1所述的岩体原位应力固结钻取室内实验设备， 其特征在于： 所述三轴 压力室 （2） 包括可分离的三轴压力室筒体 （21） 和三轴压力室底座 （2 2） ； 三轴压力室底座 （22） 有与下压座 （14） 适配的竖直孔洞， 下压座 （14） 底端可操作地装在 三轴压力室底 座 （22） 的孔洞内并可相对于三轴压力室底座 （22） 竖直移动， 二者之间密封配 合； 三轴压力室筒体 （21） 可操作地竖向套在固结舱 （1） 和三轴压力室底座 （22） 外， 所述三 轴压力室底座 （2 2） 和上压座 （13） 均 与三轴压力室筒体 （21） 的内壁密封配合。 4.根据权利要求3所述的岩体原位应力固结钻取室内实验设备， 其特征在于： 三轴压力 室筒体 （21） 、 上压座 （13） 和三轴压力室底座 （22） 为圆形， 上压座 （13） 外圆面、 三轴压力室底 座 （22） 外圆面以及三轴压力室底座 （22） 的竖直孔洞的孔壁上均有环形槽 （135） ， 环形槽 （135） 中装有密封圈， 当三轴 压力室筒体 （21） 套在固结舱 （1） 和三轴 压力室底座 （22） 外时， 通过上压座 （13） 和三轴压力室底座 （22） 上的密封圈实现与三轴压力室筒体 （21） 内壁的密 封， 三轴压力室底座 （2 2） 上设注油孔 （24） 。 5.根据权利要求3所述的岩体原位应力固结钻取室内实验设备， 其特征在于： 所述固结 舱 （1） 还包括围绕多孔薄皮筒 （12） 设置的多个支撑杆 （15） ， 多个支撑杆 （15） 支撑在上压座 （13） 和三轴压力室底座 （2 2） 之间， 支撑杆 （15） 与上压座 （13） 、 三轴压力室底座 （2 2） 可分离 。 6.根据权利要求1所述的岩体原位应力固结钻取室内实验设备， 其特征在于： 所述钻孔 取芯装置 （5） 还包括钻机底座 （51） ， 所述钻机 （52） 还包括钻 杆导轨 （54） 和转轮 （55） ， 钻 杆导 轨 （54） 底部与钻机底座 （51） 固接 。 7.根据权利要求1 ‑6中任一项所述的岩体原位应力 固结钻取室内实验设备， 其特征在 于： 还包括加载框架 （3） ， 加载框架 （3） 包括： 底座 （31） ； 门型架 （32） ， 装于底座 （31） 顶部； 支撑板 （33） ， 装于底座 （31） 顶部并位于门型架 （32） 的两支腿之间；权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115541397 A 2水平导轨组 （34） ， 水平导轨组 （34） 与支撑板 （33） 连接， 水平导轨组 （34） 从门型架 （32） 的横梁下 方经过； 所述固结舱 （1） 可沿水平导轨组 （34） 移动； 所述加载系统装于底座 （31） 上并位于支撑板 （33） 下方， 支撑板 （33） 有供压杆 （42） 动作 的避让口 （31 1） ； 钻孔取芯装置 （5） 底部与门型架 （32） 的横梁固接， 门型架 （32） 的横梁上有供钻杆 （53） 竖直通过的第二钻杆通道 （321） ； 加载框架 （3） 一体制造或者 不一体制造 。 8.根据权利要求6所述的岩体原位应力固结钻取室内实验设备， 其特征在于： 所述固结 舱 （1） 装于轨道车 （5） 上， 轨道车 （5） 行走在水平导轨组 （34） 上； 轨道车 （5） 对应所述下压座 （14） 的位置有与下压座 （14） 适配的通 孔。 9.岩体原位应力固结钻取室内实验测试系统， 其特征在于： 包括数据采集分析模块、 围 压加载系统以及 如权利要求1 ‑8中任一项所述的岩体原位应力固结钻取室内实验设备； 所述数据采集分析模块包括处理器、 设置在固结舱 （1） 内部的压力传感器、 固结舱 （1） 内部的拉力传感器、 安装在多孔薄皮桶 （12） 外的轴向引伸计、 安装在多孔薄皮桶 （12） 外的 环向引伸计， 所述压力传感器、 拉力传感器、 轴向引伸计、 环向引伸计均 与处理器电连接 。 10.岩体原位应力固结钻取室内实验测试方法， 其特征在于： 采用了如权利要求9所述 的岩体原位应力固结钻取室内实验测试系统， 所述方法包括以下步骤： 向软质内舱体 （1 1） 内注满类岩石材 料； 通过轴压加载系统、 围压加载系统对固结舱 （1） 施加轴压和围压： 保持加载稳定， 养护一定时间待软质内舱体 （11） 内的类岩石材料固结完全后， 获得拟 实深部岩石 （7） ； 使拟实深部岩石 （7） 处于保压状态， 打开 固结舱 （1） 的封孔盖 （134） ， 通过钻孔取芯装置 （5） 对拟实深部岩石 （7） 进 行钻孔取芯； 过程中， 记录压力传感器、 拉力传感器、 轴向引伸计、 环向引伸计输出的应力数据。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115541397 A 3