一種高地應(yīng)力與高滲透壓下巖石破壞模式測(cè)試系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種高地應(yīng)力與高滲透壓下巖石破壞模式測(cè)試系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括高地應(yīng)力與高滲透壓條件下的巖石破壞模式試驗(yàn)測(cè)試裝置與測(cè)試技術(shù)，測(cè)試裝置包括實(shí)驗(yàn)試樣安裝系統(tǒng)、高地應(yīng)力施加系統(tǒng)、高滲透壓施加系統(tǒng)、實(shí)驗(yàn)控制系統(tǒng)、測(cè)量與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等主要設(shè)備的有機(jī)組合，可測(cè)試高地應(yīng)力與高滲透壓條件下的巖石破壞方式以及巖石破壞演變規(guī)律。
【專利說明】一種高地應(yīng)力與高滲透壓下巖石破壞模式測(cè)試系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于巖石破壞實(shí)驗(yàn)設(shè)備領(lǐng)域，尤其涉及一種高地應(yīng)力與高滲透壓下巖石破壞模式測(cè)試系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002]巖石破壞模式是指巖石在一定條件下的破壞方式以及巖石破壞演變規(guī)律，常規(guī)設(shè)備不能滿足高地應(yīng)力與高滲透壓條件下的巖石破壞測(cè)試要求。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明實(shí)施例的目的在于提供一種高地應(yīng)力與高滲透壓下巖石破壞模式測(cè)試系統(tǒng)，旨在解決常規(guī)設(shè)備不能滿足高地應(yīng)力與高滲透壓條件下的巖石破壞測(cè)試要求的問題。
[0004]本發(fā)明實(shí)施例是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種高地應(yīng)力與高滲透壓下巖石破壞模式測(cè)試系統(tǒng)包括高地應(yīng)力與高滲透壓條件下的液壓控制系統(tǒng)、壓力室體及承力框架系統(tǒng)、體變測(cè)試系統(tǒng)、油水轉(zhuǎn)換系統(tǒng)及動(dòng)力系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。
[0005]進(jìn)一步，壓力室體及承力框架系統(tǒng)由承力框架、壓力缸、圍壓室體構(gòu)成，壓力缸上部有滲透出水管、圍壓室體注水時(shí)的排氣孔，判斷圍壓室體圍壓水注滿與否標(biāo)志，壓力缸下部有圍壓注水與排水管道、滲透進(jìn)水管道，試樣安裝系統(tǒng)包括鋼制頂頭，上部有兩條凹槽，用于放置密封圈，頂頭中部有過水通道，用于滲透水流出，頂頭下部有凹槽，用于放置密封圈，防止?jié)B透水沿巖樣周圍流出，巖樣兩端依次放土工布、透水鋼板；透水鋼板上面均勻設(shè)置微細(xì)透水孔，滲透水壓均勻分布到巖樣端面；巖樣外面由熱縮管包裹，傳力柱系統(tǒng)，上端有凹槽放置密封圈，傳力柱系統(tǒng)頂部有環(huán)狀水槽，傳力柱系統(tǒng)下面是移動(dòng)小車，可載壓力室體移動(dòng)，通過千斤頂將壓力室體和小車一起頂?shù)竭m當(dāng)位置。
[0006]進(jìn)一步，在壓力室體上部與承力框架柱之間，安裝有軸壓傳感器，將巖樣所受軸向載荷準(zhǔn)確反應(yīng)出來，在壓力室體和承力框架柱之間，裝有軸向位移光柵，在進(jìn)行加卸載時(shí)，實(shí)現(xiàn)位移控制或?yàn)槠茐脑囼?yàn)提供軸向位移。
[0007]進(jìn)一步，體變測(cè)試系統(tǒng)由體變數(shù)顯表、體變測(cè)量儀及體變測(cè)試器構(gòu)成；體變測(cè)試器包括磁致線性位移伸縮傳感器、帶有滲透進(jìn)水閥門和出水閥門的圓柱體桶；傳感器包括電子倉、鋼制測(cè)桿、非連接磁性環(huán)，測(cè)桿含波導(dǎo)絲。
[0008]進(jìn)一步，油水轉(zhuǎn)換系統(tǒng)及動(dòng)力系統(tǒng)包括三個(gè)密封鋼制罐體和液壓油缸、電動(dòng)機(jī)及高壓柱塞泵，三個(gè)密封的鋼制罐體分別為滲透水儲(chǔ)能器、圍壓水儲(chǔ)能器、儲(chǔ)能器；滲透水儲(chǔ)能器包括100L儲(chǔ)水膠囊、滲透水進(jìn)出口和液壓油進(jìn)出口 ；圍壓水儲(chǔ)能器包括25L儲(chǔ)水膠囊、圍壓水進(jìn)出口和液壓油進(jìn)出口 ；儲(chǔ)能器包括預(yù)裝5MPa氮?dú)饷芊饽z囊和密封膠囊注氣閥門，每個(gè)儲(chǔ)能器中膠囊與罐體之間都充滿液壓油。
[0009]進(jìn)一步，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)包括工控機(jī)、顯示器、鍵盤以及鼠標(biāo)；進(jìn)行試驗(yàn)控制與數(shù)據(jù)采集，由軸向位移光柵、軸向壓力傳感器及體變測(cè)量儀采集數(shù)據(jù)，由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行儲(chǔ)存與處理，能對(duì)圍壓、滲透壓、軸向荷載、軸向壓力、體變多種數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示及保存；對(duì)圍壓通過等速加載、卸載與保持進(jìn)行控制，軸向上選擇應(yīng)力或位移控制，分別為等速加載、卸載與保持，滲透壓進(jìn)行保持。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)控制靈活，根據(jù)不同試驗(yàn)?zāi)康倪M(jìn)行程序設(shè)置。
[0010]進(jìn)一步，該高地應(yīng)力與高滲透壓下巖石破壞模式測(cè)試系統(tǒng)的測(cè)試方法如下:
[0011]先查密封圈是否破損，清除傳力柱卡槽雜物，擦干后套上密封圈；透水鋼板與試樣兩端面接觸，間墊土工布，用熱縮套管使圍壓液體與試樣分離，將移動(dòng)小車定位，打開控制柜旁提升系統(tǒng)兩個(gè)閥門，打開控制柜軸壓手動(dòng)加壓閥并按下控制柜軸壓油缸頂出按鈕，壓力室體緩慢下降，當(dāng)與底座即將接觸時(shí)，將閥門調(diào)小，降低下降速度，當(dāng)壓力室體下降，底部外側(cè)油印完全被螺帽遮蓋時(shí)，室體底部對(duì)接成功；
[0012]頂起壓力缸方法:先關(guān)閉控制柜旁兩個(gè)閥門，并使另兩個(gè)閥門打開，然后按下控制柜軸壓油缸頂出按鈕，打開軸壓手動(dòng)加壓閥門，當(dāng)傳力柱與頂部壓力傳感器即將接觸時(shí)，調(diào)小加壓旋轉(zhuǎn)閥門，使移動(dòng)小車緩慢上升，當(dāng)軸向荷重?cái)?shù)據(jù)采集表顯示10-20KN時(shí)，關(guān)閉軸壓油缸頂出按鈕，關(guān)閉軸壓手動(dòng)加壓閥門，將軸向位移清零；
[0013]圍壓儲(chǔ)能器膠囊注水方法:先關(guān)閉圍壓放水閥門，打開壓力缸上部排氣孔，確認(rèn)控制柜圍壓輸出按鈕呈關(guān)閉狀態(tài)，然后打開壓力室注水龍頭，打開自來水閥門，通過圍壓注水管道進(jìn)行圍壓室體注水至排水孔出水，壓力室注滿，關(guān)閉排水孔；打開控制柜圍壓手動(dòng)卸壓閥，將罐體里油壓卸掉，通過自來水壓將水注進(jìn)圍壓儲(chǔ)能器膠囊；然后，打開油水轉(zhuǎn)換系統(tǒng)圍壓輸出閥門，等半個(gè)小時(shí)；
[0014]滲透儲(chǔ)能器膠囊注水方法:在圍壓儲(chǔ)能器膠囊注水同時(shí)，進(jìn)行滲透儲(chǔ)能器膠囊注水，打開滲透油水轉(zhuǎn)換注水閥門，用自來水壓注水I個(gè)小時(shí)，然后注水閥門關(guān)閉；
[0015]加載前準(zhǔn)備:關(guān)閉壓力室注水閥門及控制柜圍壓手動(dòng)加壓閥門，將排水孔打開，使圍壓降為0，然后，將控制柜轉(zhuǎn)換開關(guān)置于3處，用計(jì)算機(jī)控制加壓方式，打開控制柜圍壓輸出和軸壓油缸頂出按鈕。
[0016]進(jìn)一步，該高地應(yīng)力與高滲透壓下巖石破壞模式測(cè)試系統(tǒng)的試驗(yàn)控制與測(cè)試方法:打開計(jì)算機(jī)控制程序，未運(yùn)行加載程序，打開控制臺(tái)緊急停車按鈕，將電動(dòng)機(jī)通電，將位移傳感器清零，然后，設(shè)置程序加載命令，將圍壓設(shè)置成等速加載，進(jìn)行加載設(shè)置，軸向控制設(shè)置成位移保持0mm，滲透壓設(shè)置手動(dòng)，圍壓加載到預(yù)定值，將圍壓設(shè)置成保持狀態(tài)，圍壓通過計(jì)算機(jī)控制；然后，打開滲透油水轉(zhuǎn)換出水閥門，通過滲透出水管道，通過伺服控制系統(tǒng)滲透壓加載，若巖樣滲出水，則滲透水通過管道，打開體變測(cè)量儀進(jìn)水閥門，進(jìn)行測(cè)量，滲透出水穩(wěn)定時(shí)，進(jìn)行軸向壓力加載至試樣破壞全過程完成為止。
[0017]本發(fā)明提供高地應(yīng)力與高滲透壓下巖石破壞模式測(cè)試系統(tǒng)，可以進(jìn)行高達(dá)30MPa地應(yīng)力和滲透壓條件下的實(shí)驗(yàn)測(cè)試，可控制與測(cè)試高地應(yīng)力與高滲透壓條件下的巖石破壞試驗(yàn)全過程，進(jìn)行自動(dòng)數(shù)據(jù)采集，經(jīng)過數(shù)據(jù)處理可得高地應(yīng)力與高滲透壓條件下的破壞全過程曲線、破壞模式及破壞裂縫擴(kuò)展規(guī)律。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1是本發(fā)明實(shí)施例提供的高地應(yīng)力與高滲透壓下巖石破壞模式測(cè)試系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖2是本發(fā)明實(shí)施例提供的高地應(yīng)力與高滲透壓條件下的試樣安裝系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；
[0020]圖中:1、承力框架；2、軸壓傳感器；3、壓力缸；4、圍壓室體；5、圍壓放水閥門；6、傳力柱系統(tǒng)；7、軸向位移光柵；8、圍壓注水與排水管道；9、千斤頂；10、體變數(shù)顯表；11、電子倉；12、體變測(cè)試儀；13、體變測(cè)試器；14、非接觸磁環(huán)；15、滲透進(jìn)水閥門；16、滲透排水閥門；17、滲透水儲(chǔ)能器儲(chǔ)水膠囊；18、滲透出水閥門；19、滲透油水轉(zhuǎn)換注水閥門；20、圍壓輸出閥門；21、滲透水儲(chǔ)能器；22、圍壓手動(dòng)卸壓閥；23、密封圈；24、自來水閥門；25、壓力室體及承力框架系統(tǒng)；26、圍壓水儲(chǔ)能器；27、密封膠囊注氣閥門；28、體變測(cè)試系統(tǒng)；29、儲(chǔ)能器；30、預(yù)充氮?dú)獾拿芊饽z囊；31、液壓油缸；32、電動(dòng)機(jī)及高壓柱塞泵；33、單向閥；34、圍壓水儲(chǔ)能器儲(chǔ)水膠囊；35、鋼制測(cè)桿；36、油水轉(zhuǎn)換系統(tǒng)及動(dòng)力系統(tǒng)；37、排氣孔；38、回油管道；39、圍壓注水管道；40、滲透出水管；41、滲透進(jìn)水管道；42、滲透水儲(chǔ)能器液壓油進(jìn)出口 ；43、圍壓水儲(chǔ)能器液壓油進(jìn)出口 ；44、圍壓水進(jìn)出口 ；45、滲透水進(jìn)出口 ；46、鋼制頂頭；47、頂頭過水通道；48、透水鋼板；49、土工布；50、巖樣；51、熱縮管；
[0021]圖3是本發(fā)明實(shí)施例提供的巖石破壞全過程曲線示意圖；
[0022]圖4是本發(fā)明實(shí)施例提供的破壞模式及破壞裂縫擴(kuò)展示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0023]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0024]下面結(jié)合附圖及具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的應(yīng)用原理作進(jìn)一步描述。
[0025]如圖1和圖2所示，本發(fā)明實(shí)施例的高地應(yīng)力與高滲透壓下巖石破壞模式測(cè)試系統(tǒng)主要由承力框架1、軸壓傳感器2、壓力缸3、圍壓室體4、圍壓放水閥門5、傳力柱系統(tǒng)6、軸向位移光柵7、圍壓注水與排水管道8、千斤頂9、體變數(shù)顯表10、電子倉11、體變測(cè)試儀12、體變測(cè)試器13、非接觸磁環(huán)14、滲透進(jìn)水閥門15、滲透排水閥門16、滲透水儲(chǔ)能器儲(chǔ)水膠囊17、滲透出水閥門18、滲透油水轉(zhuǎn)換注水閥門19、圍壓輸出閥門20、滲透水儲(chǔ)能器21、圍壓手動(dòng)卸壓閥22、密封圈23、自來水閥門24、壓力室體及承力框架系統(tǒng)25、圍壓水儲(chǔ)能器26、密封膠囊注氣閥門27、體變測(cè)試系統(tǒng)28、儲(chǔ)能器29、預(yù)充氮?dú)獾拿芊饽z囊30、液壓油缸31、電動(dòng)機(jī)及高壓柱塞泵32、單向閥33、圍壓水儲(chǔ)能器儲(chǔ)水膠囊34、鋼制測(cè)桿35、油水轉(zhuǎn)換系統(tǒng)及動(dòng)力系統(tǒng)36、排氣孔37、回油管道38、圍壓注水管道39、滲透出水管40、滲透進(jìn)水管道41、滲透水儲(chǔ)能器液壓油進(jìn)出口 42、圍壓水儲(chǔ)能器液壓油進(jìn)出口 43、圍壓水進(jìn)出口 44、滲透水進(jìn)出口 45、鋼制頂頭46、頂頭過水通道47、透水鋼板48、土工布49、巖樣50、熱縮管51 ；
[0026]位于承力框架上部裝置是液壓提升系統(tǒng)，中部裝置是壓力室體，下部裝置是液壓千斤頂；液壓提升系統(tǒng)負(fù)責(zé)試件安裝時(shí)提升壓力室體；壓力室體包括壓力室的腔體，有滲透出口的壓力室頂部的上部傳力柱，有滲透進(jìn)口和圍壓水進(jìn)出口的壓力底座，以及含有滲透通道的下部傳力柱；作為試件的加壓場(chǎng)所包括:由壓力室腔體施加的圍壓，由液壓千斤頂通過傳力柱系統(tǒng)所提供的軸壓，以及由傳力柱中滲透通道提供的滲透壓；液壓千斤頂提供軸向壓力，通過置于上部的移動(dòng)小車，將軸壓傳遞給固定在上面壓力室體；移動(dòng)小車負(fù)責(zé)運(yùn)送壓力室體以方便壓力室體提升及試件安裝；液壓千斤頂，圍壓水進(jìn)口、滲透進(jìn)口與油水轉(zhuǎn)換及動(dòng)力系統(tǒng)相連接；
[0027]滲透壓出口與體變測(cè)試系統(tǒng)相連接；體變測(cè)試系統(tǒng)、軸向壓力傳感器、液壓控制系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)相連接；
[0028]在油水轉(zhuǎn)換系統(tǒng)與動(dòng)力系統(tǒng)中，有油箱，與油箱相連接的油泵，油泵與儲(chǔ)能器通過單向閥連接，儲(chǔ)能器通過液壓控制系統(tǒng)向液壓千斤頂供液壓油，圍壓水儲(chǔ)能器、滲透儲(chǔ)能器通過液壓控制系統(tǒng)與儲(chǔ)能器相連接，同時(shí)圍壓水儲(chǔ)能器、滲透儲(chǔ)能器也分別與壓力室體圍壓進(jìn)水口和滲透壓進(jìn)水口相連接。
[0029]在液壓控制系統(tǒng)中，有第一、第二、第三靜態(tài)伺服閥門和與其相連接的相應(yīng)的第一、第二、第三電磁換向閥。第一靜態(tài)伺服閥門和電磁換向閥門控制的液壓千斤頂，即控制軸向壓力，第二靜態(tài)伺服閥門和電磁換向閥門控制圍壓，第三靜態(tài)伺服閥門和電磁換向閥門控制滲透壓。
[0030]在體變測(cè)試系統(tǒng)中，有與體變測(cè)量儀相連接的體變測(cè)試傳感器。體變測(cè)試傳感器與滲透出水口連接。
[0031]計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)通過電纜線將體變測(cè)量儀、軸向壓力傳感器、軸向位移傳感器的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集并保存，通過與液壓控制系統(tǒng)的連接來達(dá)到對(duì)圍壓、軸壓加載、卸載的控制。
[0032]如圖1所示，所發(fā)明的一種高地應(yīng)力與高滲透壓下巖石破壞模式測(cè)試系統(tǒng)主要包括高地應(yīng)力與高滲透壓條件下的液壓控制系統(tǒng)、壓力室體及承力框架系統(tǒng)、體變測(cè)試系統(tǒng)、油水轉(zhuǎn)換系統(tǒng)及動(dòng)力系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)等測(cè)試控制系統(tǒng)和高地應(yīng)力與高滲透壓條件下的測(cè)試技術(shù)方法，各子系統(tǒng)有機(jī)組合，其結(jié)構(gòu)與組成如下:
[0033]壓力室體及承力框架系統(tǒng)由承力框架1、壓力缸3、圍壓室體4構(gòu)成，壓力缸上部有滲透出水管40、圍壓室體注水時(shí)的排氣孔37，排氣孔可作判斷圍壓室體圍壓水注滿與否標(biāo)志。壓力缸下部有圍壓注水與排水管道8、滲透進(jìn)水管道41，試樣安裝系統(tǒng)(見圖2)包括鋼制頂頭47:上部有兩條凹槽，用于放置密封圈23，避免滲透試驗(yàn)圍壓水流出，頂頭中部有過水通道46，用于滲透水流出，頂頭下部有凹槽，用于放置密封圈23，防止?jié)B透水沿巖樣周圍流出，巖樣兩端依次放土工布49、透水鋼板48。透水鋼板上面均勻設(shè)置細(xì)小透水孔，滲透水壓均勻分布到巖樣端面。圖2中50代表巖樣，巖樣外面由熱縮管51包裹，將巖樣與圍壓水隔開，同時(shí)與上下兩密封圈作用，起密封效果。傳力柱系統(tǒng)6，上端有凹槽放置密封圈23，滲透試驗(yàn)時(shí)避免圍壓水進(jìn)入滲透水，傳力柱頂部有環(huán)狀水槽，保證滲透在整個(gè)巖樣端面。傳力柱系統(tǒng)下面是移動(dòng)小車，可載壓力室體移動(dòng)，在進(jìn)行試驗(yàn)裝樣時(shí)，將小車推出，通過提升系統(tǒng)將壓力缸提起安裝試樣，然后通過小車將壓力室體推進(jìn)到承力框內(nèi)，準(zhǔn)備試驗(yàn)。通過千斤頂9將壓力室體和小車一起頂?shù)竭m當(dāng)位置。同時(shí)，千斤頂通過傳力柱系統(tǒng)對(duì)巖樣施加軸壓。
[0034]在壓力室體上部與承力框架柱之間，安裝有軸壓傳感器2，將巖樣所受軸向載荷準(zhǔn)確反應(yīng)出來。在壓力室體和承力框架左柱之間，裝有軸向位移光柵7，在進(jìn)行加卸載時(shí)，可實(shí)現(xiàn)位移控制，也為破壞試驗(yàn)提供軸向位移。
[0035]體變測(cè)試系統(tǒng)由體變數(shù)顯表10、體變測(cè)量儀12及體變測(cè)試器13構(gòu)成。體變測(cè)試器包括磁致線性位移伸縮傳感器11、帶有滲透進(jìn)水閥門15和出水閥門16的圓柱體桶。傳感器包括電子倉11、鋼制測(cè)桿35、非連接磁性環(huán)14，測(cè)桿含波導(dǎo)絲。其精度高，可重復(fù)，無需重新歸零設(shè)置。傳感器工作時(shí)電子倉內(nèi)電子電路產(chǎn)生起始脈沖，沿磁致伸縮線(波導(dǎo)絲)以恒速傳輸，同時(shí)產(chǎn)生沿波導(dǎo)絲隨脈沖前進(jìn)的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，當(dāng)該磁場(chǎng)與磁環(huán)中永久磁場(chǎng)相遇時(shí)，兩磁場(chǎng)疊加發(fā)生磁致伸縮效應(yīng)，使波導(dǎo)絲扭動(dòng)，被安裝在電子倉內(nèi)信號(hào)處理機(jī)構(gòu)感知并轉(zhuǎn)換成相應(yīng)終止脈沖，通過計(jì)算起始脈沖與相應(yīng)終止脈沖之間時(shí)間差，精確測(cè)出該位置。本系統(tǒng)可設(shè)置不同量程圓柱體桶，例如10ml、250ml、1000ml、2000ml、20000ml。試驗(yàn)前預(yù)先將圓柱體橫截面面積輸入計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，試驗(yàn)時(shí)滲透出水通過閥門15進(jìn)入圓柱體桶，位移發(fā)生變化，變化量即滲透水上升高度，乘以預(yù)先輸入計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的面積，得滲透出液體體積。
[0036]油水轉(zhuǎn)換系統(tǒng)及動(dòng)力系統(tǒng)包括三個(gè)密封鋼制罐體和液壓油缸31、電動(dòng)機(jī)及高壓柱塞泵32，其中三個(gè)密封的鋼制罐體分別為滲透水儲(chǔ)能器21、圍壓水儲(chǔ)能器26、儲(chǔ)能器29。滲透水儲(chǔ)能器包括100L儲(chǔ)水膠囊17、滲透水進(jìn)出口 45和液壓油進(jìn)出口 42。圍壓水儲(chǔ)能器包括25L儲(chǔ)水膠囊34、圍壓水進(jìn)出口 44和液壓油進(jìn)出口 43。儲(chǔ)能器包括預(yù)裝5MPa氮?dú)饷芊饽z囊30和密封膠囊注氣閥門27，每個(gè)儲(chǔ)能器中膠囊與罐體之間都充滿液壓油。試驗(yàn)開始時(shí)將油源壓力表上兩根指針設(shè)置成一個(gè)區(qū)間，包括相對(duì)低壓指針和高壓指針。當(dāng)前壓力指針低于相對(duì)低壓指針即壓力低于所設(shè)置最低壓力時(shí)，則電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)高壓柱塞泵加壓，直到達(dá)到所設(shè)定最大壓力即相對(duì)高壓指針處，電動(dòng)機(jī)停止。所施加油壓通過單向閥33保證液壓油不會(huì)回流，為保險(xiǎn)起見，串聯(lián)了兩個(gè)單向閥。液壓油壓進(jìn)儲(chǔ)能器中，儲(chǔ)能器中有預(yù)先裝5MPa氮?dú)饽z囊，加壓時(shí)膠囊被壓縮，試驗(yàn)供壓時(shí)總油壓會(huì)降低，膠囊使壓力緩慢下降，避免電機(jī)啟動(dòng)過于頻繁。儲(chǔ)能器中水壓通過油壓和氣壓共同控制。當(dāng)壓力低于預(yù)定值時(shí)，控制系統(tǒng)發(fā)出指令，使儲(chǔ)能器供油壓；當(dāng)壓力高于預(yù)定值時(shí)，油液經(jīng)過回油管道38進(jìn)入液壓油缸。
[0037]計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)主要包括工控機(jī)、顯示器、鍵盤以及鼠標(biāo)等。按程序進(jìn)行試驗(yàn)控制與數(shù)據(jù)采集。由軸向位移光柵、軸向壓力傳感器及體變測(cè)量儀采集數(shù)據(jù)，由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行儲(chǔ)存與處理，能對(duì)圍壓、滲透壓、軸向荷載、軸向壓力、體變等多種數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示及保存。對(duì)圍壓通過等速加載、卸載與保持進(jìn)行控制，軸向上可選擇應(yīng)力或位移控制，分別為等速加載、卸載與保持，滲透壓進(jìn)行保持。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)控制靈活，可據(jù)不同試驗(yàn)?zāi)康倪M(jìn)行程序設(shè)置。
[0038]本測(cè)試系統(tǒng)主要的測(cè)試技術(shù)與方法如下:
[0039]試樣安裝技術(shù)與方法:先查密封圈是否破損，清除傳力柱卡槽雜物，擦干后套上密封圈；透水鋼板與試樣兩端面接觸，其間墊土工布，防止試樣破壞后碎肩物質(zhì)進(jìn)管路，用熱縮套管使圍壓液體與試樣分離。將移動(dòng)小車定位，打開控制柜旁提升系統(tǒng)兩個(gè)閥門，打開控制柜軸壓手動(dòng)加壓閥并按下控制柜軸壓油缸頂出按鈕，壓力室體緩慢下降，當(dāng)與底座即將接觸時(shí)，將閥門調(diào)小降低下降速度。當(dāng)壓力室體下降使底部外側(cè)油印完全被螺帽遮蓋時(shí)，室體底部對(duì)接成功。
[0040]頂起壓力缸技術(shù)與方法:先關(guān)閉控制柜旁兩個(gè)閥門，并使另兩個(gè)閥門打開，然后按下控制柜軸壓油缸頂出按鈕，打開軸壓手動(dòng)加壓閥門。當(dāng)傳力柱與頂部壓力傳感器即將接觸時(shí)，調(diào)小加壓旋轉(zhuǎn)閥門，使移動(dòng)小車緩慢上升，至軸向荷重?cái)?shù)據(jù)采集表顯示10-20KN時(shí)，關(guān)閉軸壓油缸頂出按鈕，關(guān)閉軸壓手動(dòng)加壓閥門，將軸向位移清零。
[0041]圍壓儲(chǔ)能器膠囊注水技術(shù)與方法:先關(guān)閉圍壓放水閥門5，打開壓力缸上部排氣孔37，確認(rèn)控制柜圍壓輸出按鈕呈關(guān)閉狀態(tài)，然后打開壓力室注水龍頭，打開自來水閥門24，通過圍壓注水管道39進(jìn)行圍壓室體注水至排水孔出水，表明壓力室已注滿，關(guān)閉排水孔。打開控制柜圍壓手動(dòng)卸壓閥22，將罐體里油壓卸掉，便于通過自來水壓將水注進(jìn)圍壓儲(chǔ)能器膠囊。然后，打開油水轉(zhuǎn)換系統(tǒng)圍壓輸出閥門20，等約半個(gè)小時(shí)。
[0042]滲透儲(chǔ)能器膠囊注水技術(shù)與方法:在圍壓儲(chǔ)能器膠囊注水同時(shí)，進(jìn)行滲透儲(chǔ)能器膠囊注水。打開滲透油水轉(zhuǎn)換注水閥門19，用自來水壓注水約I個(gè)小時(shí)，然后注水閥門關(guān)閉。
[0043]加載前準(zhǔn)備技術(shù)與方法:關(guān)閉壓力室注水閥門及控制柜圍壓手動(dòng)加壓閥門。將排水孔打開，使圍壓降為O。然后，將控制柜轉(zhuǎn)換開關(guān)置于3處，用計(jì)算機(jī)控制加壓方式，打開控制柜圍壓輸出和軸壓油缸頂出按鈕。
[0044]高地應(yīng)力與高滲透壓條件下的試驗(yàn)控制與測(cè)試技術(shù)及方法:打開計(jì)算機(jī)控制程序，未運(yùn)行加載程序。打開控制臺(tái)緊急停車按鈕，將電動(dòng)機(jī)通電，將位移傳感器清零。然后，設(shè)置程序加載命令，將圍壓設(shè)置成等速加載，根據(jù)試驗(yàn)方案需要進(jìn)行加載設(shè)置，軸向控制設(shè)置成位移保持0mm，滲透壓設(shè)置手動(dòng)，圍壓加載到預(yù)定值時(shí)將圍壓設(shè)置成保持狀態(tài)，圍壓通過計(jì)算機(jī)控制。然后，打開滲透油水轉(zhuǎn)換出水閥門18，通過滲透出水管道41，通過伺服控制系統(tǒng)對(duì)滲透壓進(jìn)行加載。若巖樣滲出水，則滲透水通過管道40，打開體變測(cè)量儀進(jìn)水閥門15，進(jìn)行測(cè)量，等滲透出水穩(wěn)定時(shí)，進(jìn)行軸向壓力加載至試樣破壞全過程完成為止。
[0045]本發(fā)明可以進(jìn)行高達(dá)30MPa地應(yīng)力和滲透壓條件下的實(shí)驗(yàn)測(cè)試，可控制與測(cè)試高地應(yīng)力與高滲透壓條件下的巖石破壞試驗(yàn)全過程，進(jìn)行自動(dòng)數(shù)據(jù)采集，經(jīng)過數(shù)據(jù)處理可得高地應(yīng)力與高滲透壓條件下的破壞全過程曲線、破壞模式及破壞裂縫擴(kuò)展規(guī)律，例如，可分別得到如圖3-圖4所示的結(jié)果。
[0046]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種高地應(yīng)力與高滲透壓下巖石破壞模式測(cè)試系統(tǒng)，其特征在于，該高地應(yīng)力與高滲透壓下巖石破壞模式測(cè)試系統(tǒng)包括高地應(yīng)力與高滲透壓條件下的液壓控制系統(tǒng)、壓力室體及承力框架系統(tǒng)、體變測(cè)試系統(tǒng)、油水轉(zhuǎn)換系統(tǒng)及動(dòng)力系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)； 位于承力框架上部裝置是液壓控制系統(tǒng)，中部裝置是壓力室體，下部裝置是液壓千斤頂；液壓提升系統(tǒng)負(fù)責(zé)試件安裝時(shí)提升壓力室體；壓力室體包括壓力室的腔體，有滲透出口的壓力室頂部的上部傳力柱，有滲透進(jìn)口和圍壓水進(jìn)出口的壓力底座，以及含有滲透通道的下部傳力柱；作為試件的加壓場(chǎng)所包括:由壓力室腔體施加的圍壓，由液壓千斤頂通過傳力柱系統(tǒng)所提供的軸壓，以及由傳力柱中滲透通道提供的滲透壓；液壓千斤頂提供軸向壓力，通過置于上部的移動(dòng)小車，將軸壓傳遞給固定在上面壓力室體；移動(dòng)小車負(fù)責(zé)運(yùn)送壓力室體以方便壓力室體提升及試件安裝；液壓千斤頂，圍壓水進(jìn)口、滲透進(jìn)口與油水轉(zhuǎn)換及動(dòng)力系統(tǒng)相連接； 滲透壓出口與體變測(cè)試系統(tǒng)相連接；體變測(cè)試系統(tǒng)、軸向壓力傳感器、液壓控制系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)相連接； 在油水轉(zhuǎn)換系統(tǒng)與動(dòng)力系統(tǒng)中，有油箱，與油箱相連接的油泵，油泵與儲(chǔ)能器通過單向閥連接，儲(chǔ)能器通過液壓控制系統(tǒng)向液壓千斤頂供液壓油，圍壓水儲(chǔ)能器、滲透儲(chǔ)能器通過液壓控制系統(tǒng)與儲(chǔ)能器相連接，同時(shí)圍壓水儲(chǔ)能器、滲透儲(chǔ)能器也分別與壓力室體圍壓進(jìn)水口和滲透壓進(jìn)水口相連接。
2.如權(quán)利要求1所述的高地應(yīng)力與高滲透壓下巖石破壞模式測(cè)試系統(tǒng)，其特征在于，壓力室體及承力框架系統(tǒng)由承力框架、壓力缸、圍壓室體構(gòu)成，壓力缸上部有滲透出水管、圍壓室體注水時(shí)的排氣孔，排氣孔判斷圍壓室體圍壓水注滿與否標(biāo)志，壓力缸下部有圍壓注水與排水管道、滲透進(jìn)水管道，試樣安裝系統(tǒng)包括鋼制頂頭，上部有兩條凹槽，用于放置密封圈，頂頭中部有過水通道，用于滲透水流出，頂頭下部有凹槽，用于放置密封圈，防止?jié)B透水沿巖樣周圍流出，巖樣兩端依次放土工布、透水鋼板；透水鋼板上面均勻設(shè)置細(xì)小透水孔，滲透水壓均勻分布到巖樣端面；巖樣外面由熱縮管包裹，傳力柱系統(tǒng)，上端有凹槽放置密封圈，傳力柱系統(tǒng)頂部有環(huán)狀水槽，傳力柱系統(tǒng)下面是移動(dòng)小車，可載壓力室體移動(dòng)，通過千斤頂將壓力室體和小車一起頂?shù)竭m當(dāng)位置。
3.如權(quán)利要求2所述的高地應(yīng)力與高滲透壓下巖石破壞模式測(cè)試系統(tǒng)，其特征在于，在壓力室體上部與承力框架柱之間，安裝有軸壓傳感器，將巖樣所受軸向載荷準(zhǔn)確反應(yīng)出來，在壓力室體和承力框架左柱之間，裝有軸向位移光柵，在進(jìn)行加卸載時(shí)，實(shí)現(xiàn)位移控制或?yàn)槠茐脑囼?yàn)提供軸向位移。
4.如權(quán)利要求1所述的高地應(yīng)力與高滲透壓下巖石破壞模式測(cè)試系統(tǒng)，其特征在于，體變測(cè)試系統(tǒng)由體變數(shù)顯表、體變測(cè)量儀及體變測(cè)試器構(gòu)成；體變測(cè)試器包括磁致線性位移伸縮傳感器、帶有滲透進(jìn)水閥門和出水閥門的圓柱體桶；傳感器包括電子倉、鋼制測(cè)桿、非連接磁性環(huán)，測(cè)桿含波導(dǎo)絲。
5.如權(quán)利要求1所述的高地應(yīng)力與高滲透壓下巖石破壞模式測(cè)試系統(tǒng)，其特征在于，油水轉(zhuǎn)換系統(tǒng)及動(dòng)力系統(tǒng)包括三個(gè)密封鋼制罐體和液壓油缸、電動(dòng)機(jī)及高壓柱塞泵，三個(gè)密封的鋼制罐體分別為滲透水儲(chǔ)能器、圍壓水儲(chǔ)能器、儲(chǔ)能器；滲透水儲(chǔ)能器包括10L儲(chǔ)水膠囊、滲透水進(jìn)出口和液壓油進(jìn)出口 ；圍壓水儲(chǔ)能器包括25L儲(chǔ)水膠囊、圍壓水進(jìn)出口和液壓油進(jìn)出口 ；儲(chǔ)能器包括預(yù)裝5MPa氮?dú)饷芊饽z囊和密封膠囊注氣閥門，每個(gè)儲(chǔ)能器中膠囊與罐體之間都充滿液壓油。
6.如權(quán)利要求1所述的高地應(yīng)力與高滲透壓下巖石破壞模式測(cè)試系統(tǒng)，其特征在于，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)包括工控機(jī)、顯示器、鍵盤以及鼠標(biāo)；進(jìn)行試驗(yàn)控制與數(shù)據(jù)采集，由軸向位移光柵、軸向壓力傳感器及體變測(cè)量儀采集數(shù)據(jù)，由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行儲(chǔ)存與處理，能對(duì)圍壓、滲透壓、軸向荷載、軸向壓力、體變多種數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示及保存；對(duì)圍壓通過等速加載、卸載與保持進(jìn)行控制，軸向上選擇應(yīng)力或位移控制，分別為等速加載、卸載與保持，滲透壓進(jìn)行保持，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)控制靈活，根據(jù)不同試驗(yàn)?zāi)康倪M(jìn)行程序設(shè)置。
7.如權(quán)利要求1所述的高地應(yīng)力與高滲透壓下巖石破壞模式測(cè)試系統(tǒng)，其特征在于，該高地應(yīng)力與高滲透壓下巖石破壞模式測(cè)試系統(tǒng)的測(cè)試方法如下: 先查密封圈是否破損，清除傳力柱卡槽雜物，擦干后套上密封圈；透水鋼板與試樣兩端面接觸，間墊土工布，用熱縮套管使圍壓液體與試樣分離，將移動(dòng)小車定位，打開控制柜旁提升系統(tǒng)兩個(gè)閥門，打開控制柜軸壓手動(dòng)加壓閥并按下控制柜軸壓油缸頂出按鈕，壓力室體緩慢下降，當(dāng)與底座即將接觸時(shí)，將閥門調(diào)小降低下降速度，當(dāng)壓力室體下降使底部外側(cè)油印完全被螺帽遮蓋時(shí)，室體底部對(duì)接成功； 頂起壓力缸方法:先關(guān)閉控制柜旁兩個(gè)閥門，并使另兩個(gè)閥門打開，然后按下控制柜軸壓油缸頂出按鈕，打開軸壓手動(dòng)加壓閥門，當(dāng)傳力柱與頂部壓力傳感器即將接觸時(shí)，調(diào)小加壓旋轉(zhuǎn)閥門，使移動(dòng)小車緩慢上升，至軸向荷重?cái)?shù)據(jù)采集表顯示10-20KN時(shí)，關(guān)閉軸壓油缸頂出按鈕，關(guān)閉軸壓手動(dòng)加壓閥門，將軸向位移清零； 圍壓儲(chǔ)能器膠囊注水方法:先關(guān)閉圍壓放水閥門，打開壓力缸上部排氣孔，確認(rèn)控制柜圍壓輸出按鈕呈關(guān)閉狀態(tài)，然后打開壓力室注水龍頭，打開自來水閥門，通過圍壓注水管道進(jìn)行圍壓室體注水至排水孔出水，表明壓力室已注滿，關(guān)閉排水孔，打開控制柜圍壓手動(dòng)卸壓閥，將罐體里油壓卸掉，便于通過自來水壓將水注進(jìn)圍壓儲(chǔ)能器膠囊；然后，打開油水轉(zhuǎn)換系統(tǒng)圍壓輸出閥門，等半個(gè)小時(shí)； 滲透儲(chǔ)能器膠囊注水方法:在圍壓儲(chǔ)能器膠囊注水同時(shí)，可進(jìn)行滲透儲(chǔ)能器膠囊注水，打開滲透油水轉(zhuǎn)換注水閥門，用自來水壓注水I個(gè)小時(shí)，然后注水閥門關(guān)閉； 加載前準(zhǔn)備:關(guān)閉壓力室注水閥門及控制柜圍壓手動(dòng)加壓閥門，將排水孔打開，使圍壓降為O，然后，將控制柜轉(zhuǎn)換開關(guān)置于3處，用計(jì)算機(jī)控制加壓方式，打開控制柜圍壓輸出和軸壓油缸頂出按鈕。
8.如權(quán)利要求1所述的高地應(yīng)力與高滲透壓下巖石破壞模式測(cè)試系統(tǒng)，其特征在于，該高地應(yīng)力與高滲透壓下巖石破壞模式測(cè)試系統(tǒng)的試驗(yàn)控制與測(cè)試方法:打開計(jì)算機(jī)控制程序，但未運(yùn)行加載程序，打開控制臺(tái)緊急停車按鈕，將電動(dòng)機(jī)通電，將位移傳感器清零，然后，設(shè)置程序加載命令，將圍壓設(shè)置成等速加載，根據(jù)試驗(yàn)方案需要進(jìn)行加載設(shè)置，軸向控制設(shè)置成位移保持Omm，滲透壓設(shè)置手動(dòng)，圍壓加載到預(yù)定值時(shí)將圍壓設(shè)置成保持狀態(tài)，圍壓通過計(jì)算機(jī)控制；然后，打開滲透油水轉(zhuǎn)換出水閥門，通過滲透出水管道，通過伺服控制系統(tǒng)對(duì)滲透壓進(jìn)行加載，若巖樣滲出水，則滲透水通過管道，打開體變測(cè)量儀進(jìn)水閥門，進(jìn)行測(cè)量，等滲透出水穩(wěn)定時(shí)，進(jìn)行軸向壓力加載至試樣破壞全過程完成為止。
9.如權(quán)利要求1所述的高地應(yīng)力與高滲透壓下巖石破壞模式測(cè)試系統(tǒng)，其特征在于，在液壓控制系統(tǒng)中，有第一、第二、第三靜態(tài)伺服閥門和與相連接的相應(yīng)的第一、第二、第三電磁換向閥；第一靜態(tài)伺服閥門和電磁換向閥門控制的液壓千斤頂，即控制軸向壓力，第二靜態(tài)伺服閥門和電磁換向閥門控制圍壓，第三靜態(tài)伺服閥門和電磁換向閥門控制滲透壓；在體變測(cè)試系統(tǒng)中，有與體變測(cè)量儀相連接的體變測(cè)試傳感器；體變測(cè)試傳感器與滲透出水口連接； 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)通過電纜線將體變測(cè)量儀、軸向壓力傳感器、軸向位移傳感器的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集并保存，通過與液壓控制系統(tǒng)的連接來達(dá)到對(duì)圍壓、軸壓加載、卸載的控制。
【文檔編號(hào)】G01N3/12GK104483202SQ201410765270
【公開日】2015年4月1日 申請(qǐng)日期:2014年12月15日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月15日
【發(fā)明者】鄧英爾, 彭鑫, 黃潤秋, 胡曉農(nóng), 付小敏, 閆龍超 申請(qǐng)人:成都理工大學(xué)