1.一种液氮冷冻及气化膨胀致裂实验测试系统,包括岩样夹持单元、数据采集单元和液氮加载单元,所述液氮加载单元包括自增压式液氮罐(1)、液氮注入管路(12)和导管(13),所述自增压式液氮罐(1)上连接有出液阀(29),出液阀(29)通过液氮注入管路(12)与导管(13)的进液端连接,其特征在于,所述液氮加载单元还包括液氮排出管路(14);
所述岩样夹持单元包括顶板(5)、底座(8)、岩心束缚套(6)和液压缸(7);所述顶板(5)和底座(8)上下相对地设置,并通过周向均匀分布的多根连接杆(15)固定连接,在顶板(5)、底座(8)和多根连接杆(15)之间形成圆柱形的夹持空间;所述岩心束缚套(6)、液压缸(7)同轴心地设置在夹持空间的上部、下部,且液压缸(7)的缸筒座支设在底座(8)的上部,岩心束缚套(6)的上下两端分别与顶板(5)的下端面、液压缸(7)的活塞杆(17)的端部抵接配合;顶板(5)在对应夹持空间的轴心处开设有贯穿厚度方向的轴向中心孔(20),并在径向上开设有与轴向中心孔(20)相连通的径向孔道A(22)和径向孔道B(30);液压缸(7)的无杆腔连接有动力源;
所述数据采集单元包括压力传感器(9)、温度传感器(10)和智能终端(11);压力传感器(9)连接在液氮排出管路(14)上,温度传感器(10)连接在径向孔道B(30)中,智能终端(11)分别与压力传感器(9)和温度传感器(10)连接;
所述导管(13)的出液端穿过轴向中心孔(20)伸入到夹持空间中,导管(13)与轴向中心孔(20)上端之间的间隙通过密封件A(21)密封;液氮排出管路(14)的进液端与径向孔道A(22)的端部连接;
所述导管(13)通过轴向中心孔(20)插入岩样中心孔(19)的内部,并使导管(13)的出液端靠近岩样中心孔(19)底部。
2.根据权利要求1所述的一种液氮冷冻及气化膨胀致裂实验测试系统,其特征在于,所述动力源为手压泵(16),所述手压泵(16)的出液端通过液压油液供应管路与液压缸(7)的无杆腔连通,所述液压油液供应管路上连接有压力表A(18)。
3.根据权利要求1或2所述的一种液氮冷冻及气化膨胀致裂实验测试系统,其特征在于,所述自增压式液氮罐(1)上连接有压力表B(2)和安全阀(3)。
4.根据权利要求3所述的一种液氮冷冻及气化膨胀致裂实验测试系统,其特征在于,所述液氮加载单元还包括耐低温球阀A(25)和耐低温球阀B(27),耐低温球阀A(25)和耐低温球阀B(27)分别设置在液氮排出管路(14)和液氮注入管路(12)上。
5.根据权利要求4所述的一种液氮冷冻及气化膨胀致裂实验测试系统,其特征在于,所述岩心束缚套(6)由两个半圆形套筒围合而成,两个半圆形套筒之间通过螺栓(24)固定连接。
6.根据权利要求5所述的一种液氮冷冻及气化膨胀致裂实验测试系统,其特征在于,所述密封件A(21)为内卡套接头。
7.根据权利要求6所述的一种液氮冷冻及气化膨胀致裂实验测试系统,其特征在于,所述压力表A(18)和压力表B(2)均与智能终端(11)连接。
8.根据权利要求7所述的一种液氮冷冻及气化膨胀致裂实验测试系统,其特征在于,所述岩心束缚套(6)的内径为100mm,其高度为200mm。
9.根据权利要求8所述的一种液氮冷冻及气化膨胀致裂实验测试系统,其特征在于,所述径向孔道A(22)和径向孔道B(30)均位于顶板(5)厚度方向的中心。
10.一种液氮冷冻及气化膨胀致裂实验测试方法,其特征在于,包括收下步骤:S1:制作圆柱形的岩样(4),并在岩样(4)一端的轴心处钻出岩样中心孔(19);
S2: 在顶板(5)的中心开设轴向中心孔(20)、径向通道A(22)和径向通道B(30);顶板(5)和底座(8)以上下相对的方式布置,并通过周向均匀分布的多根连接杆(15)固定连接形成夹持空间;径向孔道A(22)和径向孔道B(30)均与轴向中心孔(20)相连通;
S3:将液压缸(7)设置在底座(8)上,再将岩样(4)以岩样中心孔(19)朝上的方式放置在活塞杆(17)的上端,并保证岩样中心孔(19)对准轴向中心孔(20);
S4:将导管(13)通过轴向中心孔(20)插入岩样中心孔(19)的内部,并使导管(13)的出液端靠近岩样中心孔(19)底部,通过密封件A(21)将导管(13)与轴向中心孔(20)上端之间的间隙密封;
S5: 将两个半圆形套筒围合并包裹在岩样(4)的外侧,并通过螺栓(24)固定连接形成岩心束缚套(6);
S6:利用手压泵(16)向液压缸(7)的无杆腔中压入乳化液,推动活塞杆(17)向上移动,直至岩样(4)的上端与顶板(5)的下端面紧密接触;
S7:关闭自增压式液氮罐(1)上的排空阀(28),打开出液阀(29),并打开液氮排出管路(14)上的耐低温球阀A(25)和液氮注入管路(12)上的耐低温球阀B(27);液氮在自增压式液氮罐(1)内压力的作用下依次通过液氮注入管路(12)和导管(13)的通路进入岩样中心孔(19)内,然后再经导管(13)与岩样中心孔(19)壁面之间的环形间隙、径向孔道A(22)和液氮排出管路(14)的通路排出;智能终端(11)分别通过压力传感器(9)、温度传感器(10)实时采集并记录实验过程中排出液的压力、温度;
S8:实验结束后,关闭自增压式液氮罐(1)上的出液阀(29),并打开排空阀(28),同时,关闭液氮排出管路(14)和液氮注入管路(12)上的耐低温球阀A(25)和出液阀(29);当液氮停止注入后,岩样中心孔(19)和液氮注入管路(12)内残余的液氮会遇热膨胀,利用液氮气化膨胀产生的压力致裂岩石;在此过程中,智能终端(11)分别通过压力传感器(9)、温度传感器(10)继续实时采集并记录液氮气化膨胀致裂过程中的压力、温度。