D包括数据传输线8和控制传输线7,并通过数据传输线8和控制传 输线7分别连接到计算机后处理系统E，计算机通过数据交换口将定时采集的数据予以储 存、显示，并基于数据处理可视化程序计算得到试验过程中岩石的外部形变，绘制出岩石形 变、时间、应力和应变参数间的相互关系曲线，并予以可视化显示。
[0019] 参照附图2,纵向卡槽10设置在凸起部16的外侧的底座表面上，横向卡槽15设置 在凸起部16的上部，通过纵向卡槽10与圆筒13配合固定，通过横向卡槽与圆环14配合固 定，从而将激光扫描旋转支架1与底座3固定在一起；上述的等间距激光测距器11设有五 个激光测距器11。其中，两个激光旋转支架1，一组应变值取二者半个周期内扫描的数据； 应变值取5个激光测距器11和的平均，用于确保试样测量准确性；所用的试样为圆柱形试 样，直径为50mm，高度可在90-110mm之间予以调整，且试样装入岩心试样夹持系统C中； 本发明提到的一种粘弹性应变测现场地应力的测试装置的测量方法，包括以下步骤： (1) 将圆柱形标准试样放置于岩心夹持系统C内，安放、安装好实验仪器并对扫描多级 速度加载系统A、数据采集系统D和计算机后处理系统E的参数进行设置；其中岩心夹持系 统C上方套有的激光扫描系统B，实现岩石外表形变的数据测量；扫描多级速度加载系统A 结合激光扫描系统B，实现对岩石外表采集数据的周期性测定；数据采集系统D依附于激光 扫描系统B，实现岩石外表形变的数据测量采集汇总，并传输至计算机后处理系统E予以存 储；通过计算机后处理系统E计算得到岩石地应力试验过程中岩石的变形程度，绘制出岩 石变形、时间、粘弹性间的相互关系曲线，并予以可视化显示； (2) 通过激光扫描系统B配合扫描多级速度加载系统A对岩心短时间形变测量，通过最 小二乘法数值拟合获得整个钻孔横截面轮廓的变形； (3) 通过声波测试系统（图中17)测试得到振幅随时间的衰减系数，进而利用下式计算 岩石粘性系数硬。
[0020] 式中$为声波振幅随时间的衰减系数，通过声学测试系统获得；I为声波频率；E 为岩石弹性模量;濟为岩石粘性系数。
[0021] (4)利用开尔文粘弹性模型对步骤1中测得的粘弹性数据进行分析，并通过下式 得到等效模量。
[0022] (5)利用等效模量根据虎克定律计算各地应力大小与方向。
【主权项】
1. 一种粘弹性应变测现场地应力的测试装置，其特征是：包括扫描多级速度加载系统 (A)、激光扫描系统（B)、岩心夹持系统（C)、数据采集系统（D)、计算机后处理系统（E)和声 波测试系统（17)，其中岩心夹持系统（C)上方套有激光扫描系统（B)，实现岩石外表形变的 数据测量；扫描多级速度加载系统（A)结合激光扫描系统（B)，实现对岩石外表采集数据的 周期性测定；声波测试系统（17)依附于岩心加持系统（C)，并固定于试样的中间位置；数据 采集系统（D)依附于激光扫描系统（B)，实现岩石外表形变的数据测量采集汇总，并传输至 计算机后处理系统（E)予以存储；通过计算机后处理系统（E)计算得到岩石地应力试验过 程中岩石的变形程度，绘制出岩石变形、时间、粘弹性间的相互关系曲线，并予以可视化显 示，计算出现场地应力。2. 根据权利要求1所述的粘弹性应变测现场地应力的测试装置，其特征是：所述的扫 描多级速度加载系统（A)包括外壳上盖（9)、多级速度适配器（6)、传动臂（5)，其中，外壳上 盖（9)通过侧面外壳（2)固定，多级速度适配器（6)和传动臂（5)固定在外壳上盖（9)上，多 级速度适配器（6)通过数据采集系统（D)中的控制传输线（7)与计算机后处理系统（E)相 连。3. 根据权利要求1所述的粘弹性应变测现场地应力的测试装置，其特征是：所述的激 光扫描系统（B)包括激光旋转支架（1)、圆筒（13)、圆环（14)，两个激光旋转支架（1)的下部 固定在圆环（14)和圆筒（13)上，通过圆环（14)和圆筒（13)与底座固定在一起，多个激光 测距器（11)沿竖直方向等间距排列，所述的激光旋转支架（1)的上方与传动臂（5)连接，用 于稳定激光扫描旋转支架，并使其按传动臂（5)控制旋转；激光测距器（11)与数据采集系 统（D)中的数据传输线（8)相连，将激光测距器的数据传输到计算机后处理系统（E)。4. 根据权利要求1所述的粘弹性应变测现场地应力的测试装置，其特征是：所述的岩 心夹持系统（C)包括底座（3 )、岩心夹持器（4 )和轴向应变测试装置（18 )，底座（3 )的上侧 设有凸起部（16)，通过纵向卡槽（10)和横向卡槽（15)与激光扫描旋转支架（1)相配合连 接，且岩心夹持器（4)固定在底座（3)上；轴向应变测试系统（18)位于试件顶端，主要用于 测试试件轴向应变的变化。5. 根据权利要求1所述的粘弹性应变测现场地应力的测试装置，其特征是：所述的声 波测试系统（17)包括声波探头和示波器装置，并与岩心加持系统相连，固定于试样的中间 位置。6. 根据权利要求4所述的粘弹性应变测现场地应力的测试装置，其特征是：所述的纵 向卡槽（10 )设置在凸起部（16 )的外侧的底座表面上，横向卡槽（15 )设置在凸起部（16 )的 上部，通过纵向卡槽（10)与圆筒（13)配合固定，通过横向卡槽与圆环（14)配合固定，从而 将激光扫描旋转支架（1)与底座（3)固定在一起。7. 根据权利要求3所述的粘弹性应变测现场地应力的测试装置，其特征是：所述的等 间距激光测距器（11)设有五个。8. -种采用权利要求1-7中任一项所述的粘弹性应变测现场地应力的测试装置的测 量方法，其特征是包括以下步骤： (1)将圆柱形标准试样放置于岩心夹持系统（C)内，安放、安装好实验仪器并对扫描多 级速度加载系统（A)、数据采集系统（D)和计算机后处理系统（E)的参数进行设置；其中岩 心夹持系统（C)上方套有的激光扫描系统（B)，实现岩石外表形变的数据测量；扫描多级速 度加载系统（A)结合激光扫描系统（B)，实现对岩石外表采集数据的周期性测定；数据采集 系统（D)依附于激光扫描系统（B)，实现岩石外表形变的数据测量采集汇总，并传输至计算 机后处理系统（E)予以存储；通过计算机后处理系统（E)计算得到岩石地应力试验过程中 岩石的变形程度，绘制出岩石变形、时间、粘弹性间的相互关系曲线，并予以可视化显示，计 算出现场地应力； (2)通过激光扫描系统（B)配合扫描多级速度加载系统（A)对岩心短时间形变测量，通 过最小二乘法数值拟合获得整个钻孔横截面轮廓的变形，并根据弹性力学公式计算出最大 和最小水平主应力。
【专利摘要】本发明涉及一种粘弹性应变测现场地应力的测试装置和测量方法，测试装置包括岩心夹持系统、激光扫描系统、扫描多级速度加载系统、数据采集系统和计算机后处理系统五部分组成。其中岩心夹持系统上方套用激光扫描系统，实现岩石外表形变的数据测量；扫描多级速度加载系统结合激光扫描系统，实现对岩石外表采集数据的周期性测定；数据采集系统依附于激光扫描系统，实现岩石外表形变的数据测量采集汇总，并传输至计算机后处理系统予以存储并处理。此种测量装置可测量现场应变地应力，操作简单，结果可靠，并可直观可视化显示结果。本发明还公开一种利用前述测量装置进行测量的方法。本发明的试验结果可为地应力的测量提供重要的试验技术支持。
【IPC分类】G01L1/06, G01N29/11
【公开号】CN105136347
【申请号】CN201510256914
【发明人】王京印, 张玉, 刘晓兰, 贾江鸿, 董广华
【申请人】中国石油大学(华东)
【公开日】2015年12月9日
【申请日】2015年5月19日