集成多模态层析成像的液电效应致裂实验装置及使用方法

1.一种集成多模态层析成像的液电效应致裂实验装置，包括反应釜（111）、反应釜底座（121）和计算机系统（123），反应釜（111）的底部安装在反应釜底座（121）上，其特征是：还包括液体介质容器（101）、电子加热器（102）、液体介质加热罐（124）、液体加压泵（103）、轴向液压加压泵（106）、加压臂（107）、电极杆（108）、试块底座（114）、试块夹具（115）、柔性传感护罩（116）、聚能罩（118）、放电电极（119），所述液体介质容器（101）的顶部通过管线连接液体介质加热罐（124），在液体介质加热罐（124）内安装电子加热器（102），液体介质加热罐（124）的出口通过管线和液体加压泵（103）连接到反应釜（111）的侧壁，反应釜（111）的底部通过回流管线连接到液体介质容器（101），用于向反应釜（111）内注入导电液体介质，并提供围压；所述的反应釜（111）的内腔安装试块底座（114）、试块夹具（115）和柔性传感护罩（116），试块底座（114）的上部通过试块夹具（115）固定柔性传感护罩（116），在柔性传感护罩（116）内装有岩石试块（201），在反应釜（111）的顶部盖体上安装轴向液压加压泵（106），轴向液压加压泵（106）的输出端连接加压臂（107），加压臂（107）的底部与柔性传感护罩（116）的顶部接触，在盖体中部安装电极杆（108），电极杆（108）的下端连接放电电极（119），且放电电极（119）位于聚能罩（118）内部。 2.根据权利要求1所述的集成多模态层析成像的液电效应致裂实验装置，其特征是：所述的柔性传感护罩（116）包括柔性护罩主体（202）、UT换能器（205）、 ERT电极（206）、信号电缆（207），在柔性护罩主体（202）的内壁上分布有多个UT换能器（205）和多个ERT电极（206），形成螺旋线分布的复合传感器阵列，多个UT换能器（205）和多个ERT电极（206）分别通过多个信号电缆（207）串联形成集束信号电缆（120）。 3.根据权利要求2所述的集成多模态层析成像的液电效应致裂实验装置，其特征是：所述的柔性护罩主体（202）的展开面为长方形结构，其中，一端设有毛面扣合结构（203），另一端设有勾面扣合结构（204），所述柔性护罩主体（202）将岩石试块（201）缠绕包裹后通过毛面扣合结构（203）和勾面扣合结构（204）活动连接。 4.根据权利要求3所述的集成多模态层析成像的液电效应致裂实验装置，其特征是：所述的聚能罩（118）采用半球形、抛物面形、圆台形或喇叭口结构的刚性绝缘罩体（301），在聚能罩（118）的上端设有内螺纹（302），通过内螺纹（302）与电极杆（108）的下端螺纹连接，电极杆（108）下端的放电电极（119）位于聚能罩（118）的刚性绝缘罩体（301）内。 5.根据权利要求4所述的集成多模态层析成像的液电效应致裂实验装置，其特征是：所述的集束信号电缆（120）穿过反应釜（111）内部的液体介质，再通过位于反应釜（111）侧壁上的数字传输模块（112）汇集输送到计算机系统（123）。 6.根据权利要求5所述的集成多模态层析成像的液电效应致裂实验装置，其特征是：所述的反应釜（111）的侧壁上安装数字温度传感器（113），测温头位于反应釜（111）的内腔，数字温度传感器（113）的数据通过数据线连接到计算机系统（123）。 7.根据权利要求6所述的集成多模态层析成像的液电效应致裂实验装置，其特征是：所述的液体加压泵（103）与反应釜（111）的侧壁的进液口之间的管线上安装数字控制阀（104），且在反应釜（111）的侧壁的进液口处安装数字压力传感器（105），液体加压泵（103）和数字压力传感器（105）的数据分别通过数据线汇集输送到计算机系统（123）。 8.根据权利要求7所述的集成多模态层析成像的液电效应致裂实验装置，其特征是：所述反应釜（111）的底部设有出液口，且出液口位于试块底座（114）的外侧，在出液口上安装电子绝缘胶塞（122），出液口通过回流管线穿过反应釜底座（121）连接到液体介质容器（101），且在回流管线上安装回流数字控制阀（125）和回流液体加压泵（126），所述回流液体加压泵（126）的控制端通过信号线连接到计算机系统（123）。 9.一种如权利要求8所述的集成多模态层析成像的液电效应致裂实验装置的使用方法，其特征是：包括以下过程：一、组装装置：将柔性护罩主体（202）包裹在岩石试块（201）外周，通过毛面扣合结构（203）和勾面扣合结构（204）进行错位粘合，实现对岩石试块（201）表面的周向预紧与紧密贴合，然后将包裹有岩石试块（201）的柔性传感护罩（116）放到反应釜（111）内的试块夹具（115）固定，再将安装有加压臂（107）和电极杆（108）的盖体安装在反应釜（111）的上部，在盖体上安装轴向液压加压泵（106），使加压臂（107）的底部与柔性传感护罩（116）的顶部接触，电极杆（108）的下端的放电电极（119）和聚能罩（118）安放在柔性传感护罩（116）内的岩石试块（201）的中部；其中，柔性护罩主体（202）采用耐油耐高温橡胶材料，柔性护罩主体（202）的内壁预埋有螺旋线分布的复合传感器阵列；另外，在电极杆（108）的末端连接放电电极（119），且放电电极（119）位于聚能罩（118）内部，且电极杆（108）与聚能罩（118）通过螺纹（302）进行连接，以便于更换不同的聚能罩（118），所述聚能罩（118）采用PEEK或陶瓷制成，呈半球形、抛物面形、圆台形或喇叭口结构；二、基准扫描：开启液体加压泵（103），通过液体介质容器（101）向反应釜（111）内注入导电液体介质，并通过电子加热器（102）加热，从而将注入到反应釜（111）内的导电液体介质加温加压至预设工况，提供对岩石试块（201）的围压；通过控制轴向液压加压泵（106）使加压臂（107）对柔性传感护罩（116）的顶部施加轴向压力；然后进行基准扫描，执行一次UT换能器（205）和 ERT电极（206）的联合扫描，建立岩石试块（201）的初始三维模型；三、放电与实时成像：通过计算机系统（123）控制放电电极（119）启动，放电电极（119）位于聚能罩（118）内，放电电极（119）触发高压脉冲放电，将液电效应产生的全向冲击波束缚并汇聚，喷射高速水射流，将岩石试块（201）沿预设方向致裂；若计算机系统（123）显示裂缝尚未起裂，则提升下一脉冲的电压幅值再次控制放电电极（119）放电；直至检测到主裂缝已贯通至边界，停止放电；同时，在岩石试块（201）起裂后，执行UT换能器（205）和 ERT电极（206）组成的复合传感器阵列的联合扫描，获得岩石试块（201）的三维模型，由于复合传感器阵列由交替排列的UT换能器（205）和 ERT电极（206）组成，螺旋上升的排布方式能够在岩石试块（201）的垂直方向上提供射线交叉角度，提高了三维层析成像的纵向分辨率。