【摘要】：巖石力學(xué)試驗機(jī)是研究巖石破裂特性的重要手段,在頁巖氣開采、核廢料處置和地震預(yù)測等領(lǐng)域具有重大應(yīng)用意義。精密檢測與控制技術(shù)的發(fā)展,使研究人員可以獲得巖石破裂后的全應(yīng)力應(yīng)變曲線,但尚不能獲知巖石裂紋發(fā)生發(fā)展的過程。本論文研制的試驗機(jī)可以在模擬地下環(huán)境對巖樣加載的同時,利用CT對巖石試樣進(jìn)行360°掃描,通過圖像三維重構(gòu)技術(shù)獲得巖石破裂過程的實時圖像。本論文在分析試驗機(jī)系統(tǒng)剛度的基礎(chǔ)上,設(shè)計了不降低試驗機(jī)剛度的一體式巖石力學(xué)試驗機(jī)力學(xué)檢測系統(tǒng)和位移檢測系統(tǒng),對位移檢測系統(tǒng)、力檢測系統(tǒng)完成了標(biāo)定,提出了無遮擋成像的檢測與試驗方法。論文主要完成以下工作:完成了一體式巖石力學(xué)試驗機(jī)的總體剛度分析。分析了影響試驗機(jī)剛度的因素,將壓力室兼作試驗機(jī)的反力架,在CT成像的同時保證試驗機(jī)的剛度和轉(zhuǎn)臺旋轉(zhuǎn)精度。設(shè)計了一種新型的巖樣變形量測量方法,可以實現(xiàn)CT無遮擋成像。將三個高精度LVDT位移傳感器置于壓力室內(nèi)部和活塞桿尾部,在多次試驗得到大量數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上,分別用最小二乘法和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建立了試驗機(jī)變形量和軸向力的關(guān)系模型,由此得到巖樣變形量,此方法實現(xiàn)了本試驗機(jī)不同巖樣位移檢測的通用化。提出了一種不會降低試驗機(jī)整機(jī)剛度的軸向力檢測方法。力傳感器作為彈性元件,會影響試驗機(jī)整機(jī)剛度。本論文通過測量伺服缸上下腔的壓力與圍壓壓力,間接計算巖石試樣受力;設(shè)計加工了專用裝置,通過實驗測定伺服缸摩擦力,由二者關(guān)系得到較為精確的巖石所受軸向力。完成了巖樣加熱和溫度檢測系統(tǒng)設(shè)計。論文中對巖樣選擇底座加熱的方式,設(shè)計了以熱電偶為溫度檢測元件、溫控器為控制元件的檢測系統(tǒng),使巖樣溫度最高可以穩(wěn)定在200℃,溫度跳動最大為0.415℃。標(biāo)定后的位移傳感器非線性誤差最大為0.31%。對巖樣變形量測量實驗得到的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)辨識后的均方差為8.25×10-6,比最小二乘法的均方差小了一個數(shù)量級。證明神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)辨識的模型精度要比最小二乘法進(jìn)行曲線擬合的結(jié)果更好。伺服缸摩擦力測定試驗測得伺服缸在勻速下壓時的摩擦力為689.8N,標(biāo)準(zhǔn)差為5.9N。
【圖文】：

根據(jù)我國頁巖氣儲氣層埋藏較深、地質(zhì)構(gòu)造活躍、規(guī)律復(fù)雜的地質(zhì)特點，水邐、逡逑平鉆井技術(shù)和水力壓裂技術(shù)成為了影響頁巖氣開發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)，如圖１－１所示。這逡逑些技術(shù)的發(fā)展直接決定了頁巖氣開采的進(jìn)展和產(chǎn)量［６］。逡逑ｉ邐．邋Ｉ逡逑圖１－１水平鉆井技術(shù)和水力壓裂技術(shù)逡逑Ｆｉｇ．邋１－１邋Ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ邋ｄｒｉｌｌｉｎｇ邋ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ邋ａｎｄ邋ｈｙｄｒａｕｌｉｃ邋ｆｒａｃｔｕｒｉｎｇ逡逑頁巖氣開采技術(shù)的發(fā)展離不開對巖石壓裂過程的探討。從我國頁巖氣分布地逡逑和地質(zhì)情況來看，我國的頁巖氣一般都儲藏于地下２０００多米深度以上，而且地質(zhì)逡逑構(gòu)造較為活躍，這樣的地質(zhì)特點決定了無論機(jī)器或人都無法直接進(jìn)入，為巖石開逡逑采技術(shù)的突破帶來了很大的困難。因此，探索巖石破裂和氣液運移規(guī)律的主要途逡逑徑就是設(shè)計一臺可以模擬地下高溫高壓環(huán)境進(jìn)行試驗的巖石力學(xué)設(shè)備。逡逑經(jīng)過中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研宄為首的科研團(tuán)隊的努力，成功地申請了邐一逡逑國家自然基金重大儀器專項一一高能加速器ＣＴ多場耦合巖石力學(xué)實驗系統(tǒng)，實驗逡逑系統(tǒng)如圖１－２所示，本課題主要負(fù)責(zé)試驗機(jī)主體部分的研制。逡逑圖１－２高能加速器ＣＴ多場耦合巖石力學(xué)實驗系統(tǒng)逡逑Ｆｉｇ．邋１－２邋Ｍｕｌｔｉ邋ｆｉｅｌｄ邋

根據(jù)我國頁巖氣儲氣層埋藏較深、地質(zhì)構(gòu)造活躍、規(guī)律復(fù)雜的地質(zhì)特點，水邐、逡逑平鉆井技術(shù)和水力壓裂技術(shù)成為了影響頁巖氣開發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)，如圖１－１所示。這逡逑些技術(shù)的發(fā)展直接決定了頁巖氣開采的進(jìn)展和產(chǎn)量［６］。逡逑ｉ邐．邋Ｉ逡逑圖１－１水平鉆井技術(shù)和水力壓裂技術(shù)逡逑Ｆｉｇ．邋１－１邋Ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ邋ｄｒｉｌｌｉｎｇ邋ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ邋ａｎｄ邋ｈｙｄｒａｕｌｉｃ邋ｆｒａｃｔｕｒｉｎｇ逡逑頁巖氣開采技術(shù)的發(fā)展離不開對巖石壓裂過程的探討。從我國頁巖氣分布地逡逑和地質(zhì)情況來看，我國的頁巖氣一般都儲藏于地下２０００多米深度以上，而且地質(zhì)逡逑構(gòu)造較為活躍，這樣的地質(zhì)特點決定了無論機(jī)器或人都無法直接進(jìn)入，為巖石開逡逑采技術(shù)的突破帶來了很大的困難。因此，探索巖石破裂和氣液運移規(guī)律的主要途逡逑徑就是設(shè)計一臺可以模擬地下高溫高壓環(huán)境進(jìn)行試驗的巖石力學(xué)設(shè)備。逡逑經(jīng)過中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研宄為首的科研團(tuán)隊的努力，，成功地申請了邐一逡逑國家自然基金重大儀器專項一一高能加速器ＣＴ多場耦合巖石力學(xué)實驗系統(tǒng)，實驗逡逑系統(tǒng)如圖１－２所示，本課題主要負(fù)責(zé)試驗機(jī)主體部分的研制。逡逑圖１－２高能加速器ＣＴ多場耦合巖石力學(xué)實驗系統(tǒng)逡逑Ｆｉｇ．邋１－２邋Ｍｕｌｔｉ邋ｆｉｅｌｄ邋
【學(xué)位授予單位】：北京交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TH873

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2598482