破碎巖石三軸滲流試驗(yàn)系統(tǒng)及方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種破碎巖石三軸滲流試驗(yàn)系統(tǒng)，包括電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)、滲透裝置、滲透液液壓系統(tǒng)、圍壓液壓系統(tǒng)、電子分析天平和計(jì)算機(jī)，電子分析天平上放置有量筒；滲透裝置包括底座、外缸筒、筒蓋、下壓頭、內(nèi)缸筒、套筒、下半凹面壓頭、上半凸面壓頭和活塞，活塞上設(shè)有滲透液出口，底座上設(shè)有滲透液入口，底座側(cè)部設(shè)有圍壓液入口；滲透液液壓系統(tǒng)包括滲透液箱、第一液壓泵、單向閥、滲透液壓力表和滲透液溢流閥，圍壓液壓系統(tǒng)包括圍壓液箱、第二液壓泵、圍壓液壓力表和圍壓液溢流閥；另外，本發(fā)明還提供了利用該系統(tǒng)進(jìn)行破碎巖石三軸滲流試驗(yàn)的方法。本發(fā)明能夠真實(shí)地反映破碎巖樣滲透過(guò)程中的變形情況，能夠準(zhǔn)確地測(cè)量巖樣初始高度，試驗(yàn)精度高。
【專(zhuān)利說(shuō)明】破碎巖石三軸滲流試驗(yàn)系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于巖石力學(xué)性質(zhì)試驗(yàn)【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其是涉及一種破碎巖石三軸滲流試驗(yàn)系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]為了研究煤巖體在三向受壓狀態(tài)下的滲流特性，國(guó)內(nèi)外已經(jīng)做了諸多的試驗(yàn)研究，總結(jié)起來(lái)，所做的試驗(yàn)研究基本上可分為兩種:一種是對(duì)標(biāo)準(zhǔn)圓柱體巖樣進(jìn)行圍壓可調(diào)的三軸滲流試驗(yàn)；另一種是對(duì)破碎巖樣進(jìn)行圍壓不可調(diào)的三軸滲流試驗(yàn)。然而，第一種試驗(yàn)盡管能對(duì)圍壓進(jìn)行調(diào)節(jié)，但是該裝置只能適用于標(biāo)準(zhǔn)圓柱體巖樣，不能對(duì)破碎巖樣進(jìn)行三軸滲流試驗(yàn)；第二種試驗(yàn)雖然能適用于破碎巖樣，但是不能對(duì)圍壓進(jìn)行調(diào)節(jié)。礦井深部堆積的巖體通常為破碎巖體，該巖體往往具有很高的圍壓，且圍壓各不相同，若不能調(diào)節(jié)圍壓，不能提供高強(qiáng)圍壓，試驗(yàn)所得到的破碎巖石滲流特性勢(shì)必與真實(shí)情況相差甚遠(yuǎn)，因此以上兩種試驗(yàn)不能很好的滿(mǎn)足破碎巖石三軸滲流試驗(yàn)。而針對(duì)此問(wèn)題，諸多學(xué)者也曾提出圍壓可調(diào)的破碎巖石三軸滲流試驗(yàn)系統(tǒng)的構(gòu)想，但是由于破碎巖樣圍壓難以控制、孔隙度和滲透截面積難以測(cè)定、裝料和密封難以實(shí)現(xiàn)等問(wèn)題不能很好解決，因此至今都沒(méi)有設(shè)計(jì)出很好的破碎巖石三軸滲流試驗(yàn)系統(tǒng)。
[0003]另外，在研究煤巖體的滲流特性時(shí)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者做了較多的試驗(yàn)，測(cè)量流量的方法總結(jié)起來(lái)可以分為兩種:一種是用量筒測(cè)量滲透液體積，秒表測(cè)量時(shí)間；另一種是直接在管路上安裝流量計(jì)。然而第一種方法的量筒讀液體體積和人工控制秒表存在很大誤差；第二種在滲透液流量較小時(shí)，流量計(jì)測(cè)流量的誤差很大，且二種方法均不能斷定滲流穩(wěn)定時(shí)段。巖石的滲流屬于小流量滲流，在巖石滲流試驗(yàn)中，流量是非常重要的參數(shù)，因此如何準(zhǔn)確測(cè)量此參數(shù)成為試驗(yàn)的關(guān)鍵。而且，現(xiàn)有技術(shù)中的破碎巖樣三軸滲流試驗(yàn)用滲透裝置還存在以下缺陷和不足:(1)只有一層徑向固定的缸筒，該缸筒限制了破碎巖樣在滲流過(guò)程中的徑向變形，不能真實(shí)地反映破碎巖樣滲透過(guò)程中的變形情況；(2)不能直接測(cè)量所裝巖樣的初始高度，需額外配備鋼尺等測(cè)量工具，給試驗(yàn)增加了測(cè)量誤差；(3)滿(mǎn)足不了圍壓可調(diào)的破碎巖石三軸滲流試驗(yàn)所需的滲透時(shí)破碎巖樣的滲透截面積可測(cè)量和破碎巖樣密封嚴(yán)實(shí)、防止圍壓液進(jìn)入等要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、設(shè)計(jì)合理、裝配使用方便、密封性能好、能夠真實(shí)地反映破碎巖樣滲透過(guò)程中的變形情況的破碎巖石三軸滲流試驗(yàn)系統(tǒng)。
[0005]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:一種破碎巖石三軸滲流試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于:包括電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)、滲透裝置、滲透液液壓系統(tǒng)、圍壓液壓系統(tǒng)、電子分析天平和計(jì)算機(jī)，所述滲透裝置對(duì)中放置在電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)的底座上，所述電子分析天平上放置有量筒，所述電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)和電子分析天平均與計(jì)算機(jī)相接；[0006]所述滲透裝置包括底座、固定連接在底座頂部的外缸筒和固定連接在外缸筒頂部的筒蓋，所述底座頂部中間位置處設(shè)置有凹槽，所述凹槽內(nèi)放置有下壓頭，所述外缸筒內(nèi)設(shè)置有位于下壓頭頂部的內(nèi)缸筒和位于內(nèi)缸筒頂部的套筒，所述下壓頭、內(nèi)缸筒和套筒通過(guò)電工膠帶纏繞為一個(gè)整體，所述套筒內(nèi)從下到上依次設(shè)置有下半凹面壓頭、上半凸面壓頭和活塞，所述下壓頭上端面與下半凹面壓頭下端面之間的空間為用于放置破碎巖樣的破碎巖樣容腔，所述下半凹面壓頭和上半凸面壓頭相配合且其中心均設(shè)置有滲透液傳輸通道，所述活塞上設(shè)置有刻度，所述活塞向上穿出到所述筒蓋外部，且所述筒蓋的中間位置處設(shè)置有供活塞穿過(guò)的通孔，所述活塞的上端面位于所述電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)的壓頭的正下方，所述活塞上沿軸線(xiàn)方向設(shè)置有滲透液流出通道，所述活塞上設(shè)置有與所述滲透液流出通道相連通的滲透液出口，所述底座的中部和下壓頭的中部設(shè)置有與破碎巖樣容腔相連通的滲透液流入通道，所述底座上設(shè)置有與滲透液流入通道相連通的滲透液入口，所述底座上設(shè)置有與外缸筒和內(nèi)缸筒之間的空間相連通的圍壓液流入通道，所述底座側(cè)部設(shè)置有與圍壓液流入通道相連通的圍壓液入口，所述外缸筒側(cè)面設(shè)有排氣口，所述排氣口上連接有排氣口塞；
[0007]所述滲透液液壓系統(tǒng)包括滲透液箱和一端與滲透液箱連接的滲透液流入管，所述滲透液流入管的另一端與滲透液入口連接，所述滲透液流入管上從連接滲透液箱到滲透液A 口的方向依次連接有第一液壓泵和單向閥，位于第一液壓泵和單向閥之間的一段滲透液流入管上連接有滲透液溢流管，所述滲透液溢流管上連接有滲透液壓力表和滲透液溢流閥，所述滲透液出口上連接有插入量筒內(nèi)的滲透液流出管；位于滲透液溢流管和單向閥之間的一段滲透液流入管上連接有滲透液流量計(jì)，位于單向閥和滲透液入口之間的一段滲透液流入管上連接有用于對(duì)流入滲透裝置內(nèi)的滲透液溫度進(jìn)行檢測(cè)的第一溫度計(jì)，滲透液流出管上連接有用于對(duì)流出滲透裝置內(nèi)的滲透液溫度進(jìn)行檢測(cè)的第二溫度計(jì)；
[0008]所述圍壓液壓系統(tǒng)包括圍壓液箱和一端與圍壓液箱連接的圍壓液流入管，所述圍壓液流入管的另一端與圍壓液入口連接，所述圍壓液流入管上連接有第二液壓泵，位于第二液壓泵和圍壓液入口之間的一段圍壓液流入管上連接有圍壓液溢流管，所述圍壓液溢流管上連接有圍壓液壓力表和圍壓液溢流閥，位于圍壓液溢流管和圍壓液入口之間的一段圍壓液流入管上連接有圍壓液回流管，所述圍壓液回流管上連接有圍壓液回流閥。
[0009]上述的破碎巖石三軸滲流試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于:所述底座與下壓頭之間、底座與外缸筒之間、外缸筒與筒蓋之間、下半凹面壓頭和上半凸面壓頭之間、套筒與活塞之間以及筒蓋與活塞之間均設(shè)置有密封圈。
[0010]上述的破碎巖石三軸滲流試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于:所述外缸筒通過(guò)第一螺栓固定連接在底座頂部，所述筒蓋通過(guò)第二螺栓固定連接在外缸筒頂部。
[0011]上述的破碎巖石三軸滲流試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于:所述下壓頭外輪廓的形狀、內(nèi)缸筒外輪廓的形狀和套筒外輪廓的形狀均為圓柱狀，所述內(nèi)缸筒的內(nèi)徑和套筒的內(nèi)徑相等，且所述下壓頭的外徑、內(nèi)缸筒的外徑和套筒的外徑均相等。
[0012]上述的破碎巖石三軸滲流試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于:所述內(nèi)缸筒由多個(gè)從下到上依次疊放在一起的圓環(huán)構(gòu)件組合而成，所述圓環(huán)構(gòu)件由四個(gè)四分之一圓環(huán)卡合連接而成。
[0013]上述的破碎巖石三軸滲流試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于:所述四分之一圓環(huán)的一端設(shè)置有凸起，所述凸起上設(shè)置有中間銷(xiāo)釘孔；所述四分之一圓環(huán)的另一端設(shè)置有與凸起相配合的凹槽，位于凹槽上方和下方的四分之一圓環(huán)上分別設(shè)置有與中間銷(xiāo)釘孔相配合的上銷(xiāo)釘孔和下銷(xiāo)釘孔。
[0014]本發(fā)明還提供了一種能夠測(cè)量孔隙度、能夠測(cè)試在不同的圍壓調(diào)節(jié)下煤礦深部破碎堆積巖體的滲流特性、試驗(yàn)精度高的破碎巖石三軸滲流試驗(yàn)方法，其特征在于該方法包括以下步驟:
[0015]步驟一、組裝破碎巖石三軸滲流試驗(yàn)系統(tǒng)，其具體過(guò)程為:
[0016]步驟101、將多個(gè)圓環(huán)構(gòu)件從下到上依次疊放在一起，并將四個(gè)銷(xiāo)釘分別穿入上下對(duì)齊的四組上銷(xiāo)釘孔、中間銷(xiāo)釘孔和下銷(xiāo)釘孔中，組合成內(nèi)缸筒；
[0017]步驟102、將內(nèi)缸筒放置在下壓頭上，并用電工膠帶從下到上將下壓頭與內(nèi)缸筒纏
繞在一起；
[0018]步驟103、去除四個(gè)銷(xiāo)釘，在內(nèi)缸筒的頂部放置套筒，并用電工膠帶繼續(xù)從下到上將內(nèi)缸筒與套筒纏繞在一起；
[0019]步驟104、在內(nèi)缸筒和套筒內(nèi)放入起始高度為hQQ的破碎巖樣，其中，h00<H, H為內(nèi)缸筒的高度；
[0020]步驟105、在破碎巖樣的頂部放置下半凹面壓頭，再在下半凹面壓頭頂部放置上半凸面壓頭；
[0021]步驟106、將步驟101?步驟105組裝完成的整體放置在設(shè)置在底座頂部中間位置處的凹槽內(nèi)；
[0022]步驟107、將外缸筒放置在底座頂部并將外缸筒固定連接在底座頂部；
[0023]步驟108、將活塞穿過(guò)設(shè)置在筒蓋中間位置處的通孔中，并將筒蓋放置在外缸筒頂部，且將筒蓋固定連接在外缸筒頂部，同時(shí)保證活塞插入到套筒內(nèi)；
[0024]步驟109、將滲透液流入管連接到滲透液入口上，并將滲透液流出管連接到滲透液出口上；
[0025]步驟1010、將圍壓液流入管連接到圍壓液入口上；
[0026]步驟1011、將滲透液流出管插入量筒內(nèi)，并將量筒放置在電子分析天平上；
[0027]步驟1012、將電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)和電子分析天平均與計(jì)算機(jī)連接,并將步驟101?步驟108組裝完成的滲透裝置對(duì)中放置在電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)的底座上，且使活塞的上端面位于所述電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)的壓頭的正下方；
[0028]步驟二、測(cè)量破碎巖樣的初始高度Iitl:在計(jì)算機(jī)上，打開(kāi)預(yù)先安裝好的電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)軟件和電子分析天平軟件，操作電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)軟件啟動(dòng)電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)，并設(shè)定電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)的壓頭下壓活塞的速度參數(shù)，電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)的壓頭根據(jù)設(shè)定的速度參數(shù)下壓活塞，當(dāng)顯示在電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)軟件中的壓頭壓力參數(shù)開(kāi)始增大時(shí)，判斷為活塞、上半凸面壓頭、下半凹面壓頭和破碎巖樣四者已充分接觸，操作電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)軟件使電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)的壓頭停止下壓；此時(shí)，查看活塞上的刻度，得到活塞露出筒蓋外部的高度h3，并根據(jù)公式hfhi+hfhJb-hfh-he計(jì)算出破碎巖樣的初始高度tv其中，Ii1為設(shè)置在底座頂部中間位置處的凹槽的深度，h2為外缸筒的高度，h4為活塞的高度，h5為充分接觸在一起后的上半凸面壓頭和下半凹面壓頭的總高度，h6為下壓頭的高度，h7為筒蓋的高度；
[0029]步驟三、給破碎巖樣加載壓力為B1MPa的圍壓:取下連接在排氣口上的排氣口塞，打開(kāi)排氣口，打開(kāi)圍壓液溢流閥的進(jìn)液開(kāi)關(guān)，開(kāi)啟圍壓液壓系統(tǒng)，圍壓液箱內(nèi)的圍壓液經(jīng)過(guò)第二液壓泵加壓后經(jīng)由圍壓液流入管和圍壓液入口流入外缸筒與內(nèi)缸筒之間的空間內(nèi)；當(dāng)排氣口有圍壓液流出時(shí)，將排氣口塞連接在排氣口上，關(guān)閉排氣口 ；調(diào)節(jié)圍壓液溢流閥，使圍壓液壓力表顯示B1MPa,此時(shí)即將圍壓液壓力調(diào)節(jié)到了 B1MPa,圍壓液將壓力作用傳遞給纏繞有電工膠帶的內(nèi)缸筒，內(nèi)缸筒再將壓力作用傳遞給其內(nèi)部的破碎巖樣；其中，a:的取值為大于O的有理數(shù)；
[0030]步驟四、給破碎巖樣中通入壓力為ID1MPa的滲透液并記錄從滲透液出口中流出的滲透液的重量:打開(kāi)滲透液溢流閥的進(jìn)液開(kāi)關(guān)，開(kāi)啟滲透液液壓系統(tǒng)，調(diào)節(jié)滲透液溢流閥，使?jié)B透液壓力表顯示hMPa，此時(shí)即將滲透液壓力調(diào)節(jié)到了 hMPa，滲透液箱內(nèi)的滲透液經(jīng)過(guò)第一液壓泵加壓后經(jīng)由滲透液流入管和滲透液入口流入滲透液流入通道中，從破碎巖樣底部開(kāi)始向上滲透，當(dāng)滲透液滲透到滲透液出口處時(shí)，從滲透液出口中流出并經(jīng)滲透液流出管流入量筒中，電子分析天平每隔時(shí)間A t記錄一次滲透液的重量G，并將記錄到的滲透液的重量G傳輸給計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)上的電子分析天平軟件上顯示出滲透液的重量G隨時(shí)間t變化的曲線(xiàn)；其中，h的取值為大于0的有理數(shù)；
[0031 ] 步驟五、記錄破碎巖樣滲流流量、流入滲透裝置內(nèi)的滲透液溫度和流出滲透裝置內(nèi)的滲透液溫度:查看顯示在電子分析天平軟件上的滲透液的重量G隨時(shí)間t變化的曲線(xiàn)，當(dāng)滲透液的重量G隨時(shí)間t變化的曲線(xiàn)趨近于一條直線(xiàn)時(shí)，說(shuō)明破碎巖樣滲流已穩(wěn)定，此時(shí)，查看滲透液流量計(jì)的示數(shù)，當(dāng)滲透液流量計(jì)上沒(méi)有流量示數(shù)時(shí)，記錄下此時(shí)的時(shí)刻t1;用秒表記錄量筒中滲透液體積增加的時(shí)間段t2，對(duì)量筒讀數(shù)得到時(shí)刻量筒中滲透液體積
和t1+t2時(shí)刻量筒中滲透液體積并根據(jù)公式
【權(quán)利要求】
1.一種破碎巖石三軸滲流試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于:包括電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)(19)、滲透裝置(20)、滲透液液壓系統(tǒng)、圍壓液壓系統(tǒng)、電子分析天平(21)和計(jì)算機(jī)(22)，所述滲透裝置(20)對(duì)中放置在電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)(19)的底座上，所述電子分析天平(21)上放置有量筒(23)，所述電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)(19)和電子分析天平(21)均與計(jì)算機(jī)(22)相接； 所述滲透裝置(20)包括底座(1)、固定連接在底座(1)頂部的外缸筒(4)和固定連接在外缸筒(4)頂部的筒蓋(7)，所述底座(1)頂部中間位置處設(shè)置有凹槽，所述凹槽內(nèi)放置有下壓頭(15)，所述外缸筒(4)內(nèi)設(shè)置有位于下壓頭(15)頂部的內(nèi)缸筒(14)和位于內(nèi)缸筒(14)頂部的套筒(5)，所述下壓頭(15)、內(nèi)缸筒(14)和套筒(5)通過(guò)電工膠帶纏繞為一個(gè)整體，所述套筒(5)內(nèi)從下到上依次設(shè)置有下半凹面壓頭(12)、上半凸面壓頭(11)和活塞(8)，所述下壓頭(15)上端面與下半凹面壓頭(12)下端面之間的空間為用于放置破碎巖樣的破碎巖樣容腔(13)，所述下半凹面壓頭(12)和上半凸面壓頭(11)相配合且其中心均設(shè)置有滲透液傳輸通道(45 )，所述活塞(8 )上設(shè)置有刻度，所述活塞(8 )向上穿出到所述筒蓋(7)外部，且所述筒蓋(7)的中間位置處設(shè)置有供活塞(8)穿過(guò)的通孔，所述活塞(8)的上端面位于所述電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)(19)的壓頭的正下方，所述活塞(8)上沿軸線(xiàn)方向設(shè)置有滲透液流出通道(18)，所述活塞(8)上設(shè)置有與所述滲透液流出通道(18)相連通的滲透液出口(9)，所述底座(1)的中部和下壓頭(15)的中部設(shè)置有與破碎巖樣容腔(13)相連通的滲透液流入通道(3 )，所述底座(1)上設(shè)置有與滲透液流入通道(3 )相連通的滲透液入口( 2 )，所述底座(1)上設(shè)置有與外缸筒(4)和內(nèi)缸筒(14)之間的空間相連通的圍壓液流入通道 (46)，所述底座(1)側(cè)部設(shè)置有與圍壓液流入通道(46)相連通的圍壓液入口(17)，所述外缸筒(4 )側(cè)面設(shè)有排氣口( 6 )，所述排氣口( 6 )上連接有排氣口塞(44 ); 所述滲透液液壓系統(tǒng)包括滲透液箱(24)和一端與滲透液箱(24)連接的滲透液流入管(25),所述滲透液流入管(25)的另一端與滲透液入口(2)連接，所述滲透液流入管(25)上從連接滲透液箱(24)到滲透液入口(2)的方向依次連接有第一液壓泵(26)和單向閥(27)，位于第一液壓泵(26 )和單向閥(27 )之間的一段滲透液流入管(25 )上連接有滲透液溢流管(28),所述滲透液溢流管(28)上連接有滲透液壓力表(29)和滲透液溢流閥(30)，所述滲透液出口(9)上連接有插入量筒(23)內(nèi)的滲透液流出管(31);位于滲透液溢流管(28)和單向閥(27)之間的一段滲透液流入管(25)上連接有滲透液流量計(jì)(32)，位于單向閥(27)和滲透液入口( 2)之間的一段滲透液流入管(25)上連接有用于對(duì)流入滲透裝置(20)內(nèi)的滲透液溫度進(jìn)行檢測(cè)的第一溫度計(jì)(33)，滲透液流出管(31)上連接有用于對(duì)流出滲透裝置(20)內(nèi)的滲透液溫度進(jìn)行檢測(cè)的第二溫度計(jì)(34)； 所述圍壓液壓系統(tǒng)包括圍壓液箱(35)和一端與圍壓液箱(35)連接的圍壓液流入管(36)，所述圍壓液流入管(36)的另一端與圍壓液入口(17)連接，所述圍壓液流入管(36)上連接有第二液壓泵(37)，位于第二液壓泵(37)和圍壓液入口(17)之間的一段圍壓液流入管(36)上連接有圍壓液溢流管(38)，所述圍壓液溢流管(38)上連接有圍壓液壓力表(39)和圍壓液溢流閥(40)，位于圍壓液溢流管(38)和圍壓液入口(17)之間的一段圍壓液流入管(36)上連接有圍壓液回流管(41)，所述圍壓液回流管(41)上連接有圍壓液回流閥(42)。
2.按照權(quán)利要求1所述的破碎巖石三軸滲流試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于:所述底座(1)與下壓頭(15)之間、底座(1)與外缸筒(4)之間、外缸筒(4)與筒蓋(7)之間、下半凹面壓頭(12)和上半凸面壓頭(11)之間、套筒(5)與活塞(8)之間以及筒蓋(7)與活塞(8)之間均設(shè)置有密封圈(43)。
3.按照權(quán)利要求1所述的破碎巖石三軸滲流試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于:所述外缸筒(4)通過(guò)第一螺栓(16 )固定連接在底座(1)頂部，所述筒蓋(7 )通過(guò)第二螺栓(10 )固定連接在外缸筒(4)頂部。
4.按照權(quán)利要求1所述的破碎巖石三軸滲流試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于:所述下壓頭(15)外輪廓的形狀、內(nèi)缸筒(14)外輪廓的形狀和套筒(5)外輪廓的形狀均為圓柱狀,所述內(nèi)缸筒(14)的內(nèi)徑和套筒(5)的內(nèi)徑相等，且所述下壓頭(15)的外徑、內(nèi)缸筒(14)的外徑和套筒(5)的外徑均相等。
5.按照權(quán)利要求4所述的破碎巖石三軸滲流試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于:所述內(nèi)缸筒(14)由多個(gè)從下到上依次疊放在一起的圓環(huán)構(gòu)件組合而成，所述圓環(huán)構(gòu)件由四個(gè)四分之一圓環(huán)(14-1)卡合連接而成。
6.按照權(quán)利要求5所述的破碎巖石三軸滲流試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于:所述四分之一圓環(huán)(14-1)的一端設(shè)置有凸起(14-2)，所述凸起(14-2)上設(shè)置有中間銷(xiāo)釘孔(14-4);所述四分之一圓環(huán)(14-1)的另一端設(shè)置有與凸起(14-2)相配合的凹槽(14-3)，位于凹槽(14-3)上方和下方的四分之一圓環(huán)(14-1)上分別設(shè)置有與中間銷(xiāo)釘孔(14-4)相配合的上銷(xiāo)釘孔(14-5)和下銷(xiāo)釘孔(14-6)。
7.一種利用如權(quán)利要求1所述系統(tǒng)進(jìn)行破碎巖石三軸滲流試驗(yàn)的方法，其特征在于該方法包括以下步驟: 步驟一、組裝破碎巖石三軸滲流試驗(yàn)系統(tǒng)，其具體過(guò)程為: 步驟101、將多個(gè)圓環(huán)構(gòu)件從下到上依次疊放在一起，并將四個(gè)銷(xiāo)釘分別穿入上下對(duì)齊的四組上銷(xiāo)釘孔(14-5)、中間銷(xiāo)釘孔(14-4)和下銷(xiāo)釘孔(14-6)中，組合成內(nèi)缸筒(14)； 步驟102、將內(nèi)缸筒(14)放置在下壓頭(15)上，并用電工膠帶從下到上將下壓頭(15)與內(nèi)缸筒(14)纏繞在一起； 步驟103、去除四個(gè)銷(xiāo)釘，在內(nèi)缸筒(14)的頂部放置套筒(5)，并用電工膠帶繼續(xù)從下到上將內(nèi)缸筒(14)與套筒(5)纏繞在一起； 步驟104、在內(nèi)缸筒(14)和套筒(5)內(nèi)放入起始高度為Iitltl的破碎巖樣，其中，h00<H, H為內(nèi)缸筒(14)的高度； 步驟105、在破碎巖樣的頂部放置下半凹面壓頭(12)，再在下半凹面壓頭(12)頂部放置上半凸面壓頭(11); 步驟106、將步驟101~步驟105組裝完成的整體放置在設(shè)置在底座(1)頂部中間位置處的凹槽內(nèi)； 步驟107、將外缸筒(4)放置在底座(1)頂部并將外缸筒(4)固定連接在底座(1)頂部； 步驟108、將活塞(8)穿過(guò)設(shè)置在筒蓋(7)中間位置處的通孔中，并將筒蓋(7)放置在外缸筒(4)頂部，且將筒蓋(7)固定連接在外缸筒(4)頂部，同時(shí)保證活塞(8)插入到套筒(5)內(nèi)； 步驟109、將滲透液流入管(25)連接到滲透液入口(2)上，并將滲透液流出管(31)連接到滲透液出口(9)上； 步驟1010、將圍壓液流入管(36)連接到圍壓液入口(17)上； 步驟1011、將滲透液流出管(31)插入量筒(23)內(nèi)，并將量筒(23)放置在電子分析天平(21)上； 步驟1012、將電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)(19)和電子分析天平(21)均與計(jì)算機(jī)(22)連接，并將步驟101~步驟108組裝完成的滲透裝置(20)對(duì)中放置在電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)(19)的底座上，且使活塞(8)的上端面位于所述電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)(19)的壓頭的正下方； 步驟二、測(cè)量破碎巖樣的初始高度在計(jì)算機(jī)(22)上，打開(kāi)預(yù)先安裝好的電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)軟件和電子分析天平軟件，操作電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)軟件啟動(dòng)電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)(19)，并設(shè)定電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)(19)的壓頭下壓活塞(8)的速度參數(shù)，電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)(19)的壓頭根據(jù)設(shè)定的速度參數(shù)下壓活塞(8)，當(dāng)顯示在電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)軟件中的壓頭壓力參數(shù)開(kāi)始增大時(shí)，判斷為活塞(8)、上半凸面壓頭(11)、下半凹面壓頭(12)和破碎巖樣四者已充分接觸，操作電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)軟件使電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)(19)的壓頭停止下壓；此時(shí)，查看活塞(8)上的刻度，得到活塞(8)露出筒蓋(7)外部的高度h3，并根據(jù)公式hfhi+hjhjb-hfh-he計(jì)算出破碎巖樣的初始高度&，其中，Ii1為設(shè)置在底座(1)頂部中間位置處的凹槽的深度，h2為外缸筒(4)的高度，h4為活塞(8)的高度，匕為充分接觸在一起后的上半凸面壓頭(11)和下半凹面壓頭(12)的總高度，匕為下壓頭(15)的高度，h7為筒蓋(7)的高度； 步驟三、給破碎巖樣加載壓力為B1MPa的圍壓:取下連接在排氣口(6)上的排氣口塞(44)，打開(kāi)排氣口(6)，打開(kāi)圍壓液溢流閥(40)的進(jìn)液開(kāi)關(guān)，開(kāi)啟圍壓液壓系統(tǒng)，圍壓液箱(35)內(nèi)的圍壓液經(jīng)過(guò)第二液壓泵(37)加壓后經(jīng)由圍壓液流入管(36)和圍壓液入口(17)流入外缸筒(4)與內(nèi) 缸筒(14)之間的空間內(nèi)；當(dāng)排氣口(6)有圍壓液流出時(shí)，將排氣口塞(44)連接在排氣口(6)上，關(guān)閉排氣口(6);調(diào)節(jié)圍壓液溢流閥(40)，使圍壓液壓力表(39)顯示aiMPa，此時(shí)即將圍壓液壓力調(diào)節(jié)到了 aiMPa，圍壓液將壓力作用傳遞給纏繞有電工膠帶的內(nèi)缸筒(14),內(nèi)缸筒(14)再將壓力作用傳遞給其內(nèi)部的破碎巖樣；其中,a:的取值為大于0的有理數(shù)； 步驟四、給破碎巖樣中通入壓力為I3lMPa的滲透液并記錄從滲透液出口(9)中流出的滲透液的重量:打開(kāi)滲透液溢流閥(30)的進(jìn)液開(kāi)關(guān)，開(kāi)啟滲透液液壓系統(tǒng)，調(diào)節(jié)滲透液溢流閥(30)，使?jié)B透液壓力表(29)顯示hMPa，此時(shí)即將滲透液壓力調(diào)節(jié)到了 hMPa，滲透液箱(24 )內(nèi)的滲透液經(jīng)過(guò)第一液壓泵(26 )加壓后經(jīng)由滲透液流入管(25 )和滲透液入口( 2 )流入滲透液流入通道(3)中，從破碎巖樣底部開(kāi)始向上滲透，當(dāng)滲透液滲透到滲透液出口(9)處時(shí)，從滲透液出口(9)中流出并經(jīng)滲透液流出管(31)流入量筒(23)中，電子分析天平(21)每隔時(shí)間At記錄一次滲透液的重量G，并將記錄到的滲透液的重量G傳輸給計(jì)算機(jī)(22)，計(jì)算機(jī)(22)上的電子分析天平軟件上顯示出滲透液的重量G隨時(shí)間t變化的曲線(xiàn)；其中，h的取值為大于0的有理數(shù)； 步驟五、記錄破碎巖樣滲流流量、流入滲透裝置(20)內(nèi)的滲透液溫度和流出滲透裝置(20)內(nèi)的滲透液溫度:查看顯示在電子分析天平軟件上的滲透液的重量G隨時(shí)間t變化的曲線(xiàn)，當(dāng)滲透液的重量G隨時(shí)間t變化的曲線(xiàn)趨近于一條直線(xiàn)時(shí)，說(shuō)明破碎巖樣滲流已穩(wěn)定，此時(shí)，查看滲透液流量計(jì)(32)的示數(shù)，當(dāng)滲透液流量計(jì)(32)上沒(méi)有流量示數(shù)時(shí)，記錄下此時(shí)的時(shí)刻h，用秒表記錄量筒(23)中滲透液體積增加的時(shí)間段t2，對(duì)量筒(23)讀數(shù)得到時(shí)刻量筒(23)中滲透液體積巧和h+t2時(shí)刻量筒(23)中滲透液體積，并根據(jù)公式
8.按照權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于:步驟105中在下半凹面壓頭(12)頂部放置上半凸面壓頭(11)之前，先在下半凹面壓頭(12)內(nèi)放入密封圈(43);步驟106中將步驟101~步驟105組裝完成的整體放置在設(shè)置在底座(1)頂部中間位置處的凹槽內(nèi)之前，先在套筒(5)內(nèi)放入密封圈(43)，并在設(shè)置在底座(1)頂部中間位置處的凹槽內(nèi)放入密封圈(43);步驟107中將外缸筒(4)放置在底座(1)頂部之前，先在底座(1)頂部放入密封圈(43);步驟108中將活塞(8)穿過(guò)設(shè)置在筒蓋(7)中間位置處的通孔中之前，先在設(shè)置在筒蓋(7)中間位置處的通孔中放入密封圈(43);步驟108中將筒蓋(7)放置在外缸筒(4)頂部之前，先在外缸筒(4)頂部放入密封圈(43)。
9.按照權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于:步驟107中將外缸筒(4)固定連接在底座(1)頂部是采用第一螺栓(16);步驟108中將筒蓋(7)固定連接在外缸筒(4)頂部是采用第二螺栓(10)。
10.按照權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于:步驟二中設(shè)定的電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)(19)的壓頭下壓活塞(8 )的速度參數(shù)和步驟八中設(shè)定的電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)(19 )的壓頭下壓活塞(8 )的速度參數(shù)均為0.5mm/min~lmm/min。
【文檔編號(hào)】G01N5/00GK103760088SQ201410032061
【公開(kāi)日】2014年4月30日 申請(qǐng)日期:2014年1月23日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月23日
【發(fā)明者】張?zhí)燔? 任金虎, 陳占清, 于勝紅, 趙佩佩, 宋爽, 李偉, 崔巍, 張磊, 成小雨 申請(qǐng)人:西安科技大學(xué)