(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 202211054959.4 (22)申请日 2022.08.31 (71)申请人 深圳大学 地址 518000 广东省深圳市南 山区南海大 道3688号 (72)发明人 高明忠　李飞　高亚楠　叶思琪　 谢晶　杨本高　刘军军　郝海春　 唐瑞烽　邓虎超　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) (54)发明名称 模拟深部原位应力环境岩石测试系统及测 试方法 (57)摘要 本发明涉及模拟深部原位应力环境岩石测 试系统及测试方法， 包括固结舱、 三轴压力室和 轴压加载系统； 固结舱包括软质内舱体、 套在软 质内舱体外的多孔薄皮筒、 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， 下压座竖直装在软质内舱 体内， 上压座上有注浆孔和出浆孔； 三轴压力室 具有容纳固结舱的空间， 固结舱可操作地置于三 轴压力室内， 二者之间密封配合； 轴压加载系统 包括加载油缸和压杆， 加载油缸连接压杆， 压杆 用于作用于下压座。 本申请能够在实验室重现深 部原位应力环境， 可模拟深部岩体未扰动状态， 以研究深 部岩石原位力学行为与本真特性， 能为 创新深地资源安全高效开采理论与技术提供支 撑。 权利要求书2页 说明书10页 附图11页 CN 115389331 A 2022.11.25 CN 115389331 A 1.模拟深部原位应力环境岩石测试系统， 其特征在于： 包括固结舱 （1） 、 三轴压力室 （2） 和轴压加载系统； 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 （18） 和出浆 孔 （19） ； 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） 。 2.根据权利要求1所述的模拟深部原位应力环境岩石测试系统， 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。 3.根据权利要求2所述的模拟深部原位应力环境岩石测试系统， 其特征在于： 所述固结 舱 （1） 还包括多个支撑铁架 （15） ， 多个支撑铁架 （15） 支撑在上压座 （13） 和三轴压力室底座 （22） 之间， 支撑 铁架 （15） 与上压座 （13） 、 三轴压力室底座 （2 2） 可分离； 支撑铁架 （15） 为或者 不为塑料管。 4.根据权利要求1所述的模拟深部原位应力环境岩石测试系统， 其特征在于： 上压座 （13） 和下压座 （14） 分别通过密封装置与软质内舱体 （1 1） 密封连接； 所述密封装置包括卡箍 （16） 和橡胶密封圈 （17） ， 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， 橡胶 密封圈 （17） 装于卡箍 （16） 内侧。 5.根据权利要求2所述的模拟深部原位应力环境岩石测试系统， 其特征在于： 所述三轴 压力室筒体 （21） 内壁、 三轴压力室底 座 （22） 外圆面以及三轴压力室底 座 （22） 竖直孔洞的孔 壁上均有环形槽 （131） ， 环形槽 （131） 中装有密封圈； 当固结舱 （1） 置于三轴压力室 （2） 内时， 通过三轴压力室筒体 （21） 和三轴压力室底 座 （22） 上的密封圈实现与三轴压力室 （2） 内壁的 密封。 6.根据权利要求1所述的模拟深部原位应力环境岩石测试系统， 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； 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） ；权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115389331 A 2加载框架 （3） 一体制造或者 不一体制造 。 7.根据权利要求6所述的模拟深部原位应力环境岩石测试系统， 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。 8.根据权利要求1 ‑7中任一项所述的模拟深部原位应力环境岩石测试系统， 其特征在 于： 还包括数据采集与分析模块， 所述数据采集与分析模块包括设置在固结舱 （1） 内部的压 力传感器、 设置在固结舱 （1） 外部的轴向引伸计和径向引伸计、 设置在压杆 （42） 处的压力 传 感器以及微机服 务器； 压力传感器、 轴向引伸计和径向引伸计均 与微机服 务器电连接 。 9.一种基于模拟 深部原位应力环境岩石的测试 方法， 其特 征在于： 包括以下步骤： 获取目标区域岩石物理力学参数； 基于目标区域岩石物理力学参数， 标定类岩石材 料配比； 利用如权利要求1 ‑8中任一项所述的模拟深部原位应力环境岩石测试系统， 制备应力 固结的类岩石材 料； 基于所述应力固结的类岩石材料进行应力固结状态下的模拟深部原位应力环境岩石 力学测试， 获得应力固结状态下岩石应力 ‑应变曲线； 基于所述应力固结状态下岩石应力 ‑应变曲线， 获取应力固结状态下力学参数。 10.一种基于模拟 深部原位应力环境岩石的测试 方法， 其特 征在于： 包括以下步骤： 获取目标区域岩石物理力学参数； 基于目标区域岩石物理力学参数， 标定类岩石材 料配比； 利用如权利要求1 ‑8中任一项所述的模拟深部原位应力环境岩石测试系统， 制备应力 固结的类岩石材 料； 基于所述应力固结的类岩石材料进行应力释放状态下的模拟深部原位应力环境岩石 力学测试， 获得应力释放状态下岩石应力 ‑应变曲线； 基于所述应力释放状态下岩石应力 ‑应变曲线， 获取应力释放状态下力学参数； 基于应力固结状态下力学参数和应力释放状态下力学参数， 计算得到损伤率。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115389331 A 3