本實(shí)用新型涉及巖土工程領(lǐng)域，具體的說是一種用于測試巖石熱力學(xué)參數(shù)的三軸試驗(yàn)裝置。

背景技術(shù)：

在放射性核廢料處置、地?zé)崮茉撮_采以及地下油氣儲(chǔ)存等工程中，巖石的熱力學(xué)參數(shù)(包括導(dǎo)熱系數(shù)、比熱容、導(dǎo)溫系數(shù))對(duì)于巖體工程的多場耦合研究有著重要的意義，日益受到人們的重視。

巖石加載過程中的應(yīng)力狀態(tài)以及內(nèi)部損傷對(duì)巖石熱力學(xué)參數(shù)有著重要的影響，開展巖石的熱力學(xué)試驗(yàn)，并研究巖石應(yīng)力狀態(tài)及損傷對(duì)熱力學(xué)參數(shù)的影響，對(duì)于充分認(rèn)識(shí)巖體工程的熱固耦合機(jī)理有著重要的意義，并且能夠?yàn)榉派湫院藦U料處置等巖體工程提供更好的理論支持。

現(xiàn)有的三軸試驗(yàn)裝置不能同時(shí)進(jìn)行巖石熱學(xué)參數(shù)測試和巖石的力學(xué)試驗(yàn)(常規(guī)三軸試驗(yàn))，因此有必要進(jìn)行改進(jìn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的是為了克服背景技術(shù)的不足之處，而提供一種用于測試巖石熱力學(xué)參數(shù)的三軸試驗(yàn)裝置。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型的技術(shù)方案為：用于測試巖石熱力學(xué)參數(shù)的三軸試驗(yàn)裝置，包括從上至下依次設(shè)置并同軸布置的頂蓋、上座和底座，所述上座頂部和頂蓋圍成油腔，所述油腔內(nèi)設(shè)置有延軸向移動(dòng)的活塞，所述活塞兩端延軸向分別伸出頂蓋和上座；所述上座底部和底座圍成用于放置巖石試樣的測試空間，所述測試空間上部設(shè)置有與外界連通的排氣通道，測試空間下部設(shè)置有輸油通道；有巖石試樣設(shè)置在活塞下端和底座頂部之間，巖石試樣底部和底座頂部之間設(shè)置有扁槽，其特征在于：所述巖石試樣下端設(shè)置有兩個(gè)間隔布置的安裝孔，每個(gè)安裝孔內(nèi)均設(shè)有探測針，所述扁槽內(nèi)設(shè)置有探測板，所述兩個(gè)探測針下端均與探測板上端固定連接，探測板下端與底座頂部固定連接。

在上述技術(shù)方案中，所述上座頂部設(shè)置有一圈向上方延伸的擋圈，所述頂蓋固定設(shè)置在所述擋圈頂部，所述上座、擋圈與所述頂蓋圍成的空間即為油腔。

在上述技術(shù)方案中，所述活塞呈十字型，它包括呈豎直布置的豎向桿和呈水平布置的橫向桿，所述豎向桿兩端分別伸出所述頂蓋和上座，所述橫向桿的兩端與所述擋圈內(nèi)壁滑動(dòng)連接；所述擋圈上設(shè)置有兩個(gè)延徑向設(shè)置且呈相互平行布置的上油通道和下油通道，所述上油通道和下油通道分別位于所述橫向桿豎向兩側(cè)。

在上述技術(shù)方案中，所述上座和底座之間設(shè)有多個(gè)連接桿，所述多個(gè)連接桿呈圓周狀均布設(shè)置，且每個(gè)連接桿上端均與上座連接，每個(gè)連接桿下端均與底座連接。

在上述技術(shù)方案中，所述上座底部設(shè)置有向下延伸的凸起，所述底座頂部設(shè)置有兩層臺(tái)階，所述兩層臺(tái)階分別為從下至上設(shè)置的第一臺(tái)階和第二臺(tái)階，所述凸起與所述第一臺(tái)階的側(cè)壁之間通過套筒連接，所述上座、套筒和底座圍成的區(qū)域即為測試空間。

在上述技術(shù)方案中，所述排氣通道從所述凸起底部向上延伸并經(jīng)90°折彎后延伸至上座外壁側(cè)；所述輸油通道從所述第一臺(tái)階頂部向下延伸并經(jīng)90°折彎延伸至底座外側(cè)壁。

在上述技術(shù)方案中，所述巖石試樣包裹在橡膠套內(nèi)，所述橡膠套底部固定套裝在所述第二臺(tái)階的側(cè)壁。

本實(shí)用新型解決了巖石熱學(xué)參數(shù)測試與巖石的力學(xué)試驗(yàn)(常規(guī)三軸試驗(yàn))不能同時(shí)進(jìn)行的難題，可在對(duì)巖石試樣進(jìn)行力學(xué)試驗(yàn)的同時(shí)進(jìn)行熱學(xué)參數(shù)的測試，且結(jié)構(gòu)合理，易于制造，操作簡單，測量系統(tǒng)精確，自動(dòng)化程度高。

附圖說明

圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本實(shí)用新型中的扁槽斷面示意圖。

圖中1-活塞,1.1-豎向桿，1.2-橫向桿，2-頂蓋,3-上座,3.1-擋圈，3.2-凸起，4-排氣通道，5-套筒,6-連接桿，7-底座，7.1-第一臺(tái)階，7.2-第二臺(tái)階，8-排線通道，9-輸油通道，10-下油通道，11-上油通道，12a-探測針，12b-探測板，13-扁槽，14-橡膠套，15-油腔，16-測試空間，17-巖石試樣，18-安裝孔。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖詳細(xì)說明本實(shí)用新型的實(shí)施情況，但它們并不構(gòu)成對(duì)本實(shí)用新型的限定，僅作舉例而已。同時(shí)通過說明使本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)更加清楚和容易理解。

參閱附圖可知：用于測試巖石熱力學(xué)參數(shù)的三軸試驗(yàn)裝置，包括從上至下依次設(shè)置并同軸布置的頂蓋2、上座3和底座7，所述上座3頂部和頂蓋2圍成油腔15，所述油腔15內(nèi)設(shè)置有延軸向移動(dòng)的活塞1，所述活塞1兩端延軸向分別伸出頂蓋2和上座3；所述上座3底部和底座7圍成用于放置巖石試樣17的測試空間16，所述測試空間16上部設(shè)置有與外界連通的排氣通道4，測試空間16下部設(shè)置有輸油通道9；有巖石試樣17設(shè)置在活塞1下端和底座7頂部之間，巖石試樣17底部和底座7頂部之間設(shè)置有扁槽13，其特征在于：所述巖石試樣17下端設(shè)置有兩個(gè)間隔布置的安裝孔18，每個(gè)安裝孔18內(nèi)均設(shè)有探測針12a，所述扁槽13內(nèi)設(shè)置有探測板12b，所述兩個(gè)探測針12a下端均與探測板12b上端固定連接，探測板12b下端與底座7頂部固定連接。

優(yōu)選的，所述上座3頂部設(shè)置有一圈向上方延伸的擋圈3.1，所述頂蓋2固定設(shè)置在所述擋圈3.1頂部，所述上座3、擋圈3.1與所述頂蓋2圍成的空間即為油腔15。

優(yōu)選的，所述活塞1呈十字型，它包括呈豎直布置的豎向桿1.1和呈水平布置的橫向桿1.2，所述豎向桿1.1兩端分別伸出所述頂蓋2和上座3，所述橫向桿1.2的兩端與所述擋圈3.1內(nèi)壁滑動(dòng)連接；所述擋圈3.1上設(shè)置有兩個(gè)延徑向設(shè)置且呈相互平行布置的上油通道11和下油通道10，所述上油通道11和下油通道10分別位于所述橫向桿1.2豎向兩側(cè)。

優(yōu)選的，所述上座3和底座7之間設(shè)有多個(gè)連接桿6，所述多個(gè)連接桿6呈圓周狀均布設(shè)置，且每個(gè)連接桿6上端均與上座3連接，每個(gè)連接桿6下端均與底座7連接。

優(yōu)選的，所述上座3底部設(shè)置有向下延伸的凸起3.2，所述底座7頂部設(shè)置有兩層臺(tái)階，所述兩層臺(tái)階分別為從下至上設(shè)置的第一臺(tái)階7.1和第二臺(tái)階7.2，所述凸起3.2與所述第一臺(tái)階7.1的側(cè)壁之間通過套筒5連接，所述上座3、套筒5和底座7圍成的區(qū)域即為測試空間16。

優(yōu)選的，所述排氣通道4從所述凸起3.2底部向上延伸并經(jīng)90°折彎后延伸至上座3外壁側(cè)；所述輸油通道9從所述第一臺(tái)階7.1頂部向下延伸并經(jīng)90°折彎延伸至底座7外側(cè)壁。

優(yōu)選的，所述巖石試樣17包裹在橡膠套14內(nèi)，所述橡膠套14底部固定套裝在所述第二臺(tái)階7.2的側(cè)壁。

實(shí)際工作時(shí)，本實(shí)用新型包含如下工藝步驟：

步驟1：制備巖石試樣17，并分別在巖石試樣17底部設(shè)置沿軸向向上延伸的測試孔18，巖石試樣17側(cè)面貼應(yīng)變片，將熱探針12置于巖石試樣17的測試孔18中，熱探針12的數(shù)據(jù)線從扁槽13內(nèi)引出，與應(yīng)變片數(shù)據(jù)線一起通過排線通道8與數(shù)據(jù)控制及采集系統(tǒng)相連，在巖石試樣17進(jìn)行橡膠套14的包裹；

步驟2：將套筒5放置于底座7上，上座3放置于套筒5上，放置活塞1在油腔15中，頂蓋2套入活塞1并放置于上座3上方，頂蓋2通過螺栓與上座3頂部的擋圈3.1連接，連接桿6穿過上座3和底座7的螺紋孔并將上座3和底座7連接；

步驟3：輸油通道9、下油通道10和上油通道11分別對(duì)應(yīng)連接液壓伺服泵，試驗(yàn)開始前關(guān)閉排氣通道4、輸油通道9、下油通道10和上油通道11；

步驟4：當(dāng)需加載圍壓時(shí)，打開排氣通道4、輸油通道9，通過液壓伺服泵向輸油通道9輸送液壓油，排氣通道4有液壓油流出時(shí)關(guān)閉排氣通道4，繼續(xù)加載圍壓至設(shè)定值，試驗(yàn)結(jié)束需要卸圍壓時(shí)，打開排氣通道4、輸油通道9；

步驟5：當(dāng)加載軸向力時(shí)，通過液壓伺服泵向上油通道11輸送液壓油至設(shè)定值，試驗(yàn)結(jié)束時(shí)卸載液壓伺服泵的油壓；

步驟6：當(dāng)需要測定巖石熱學(xué)參數(shù)時(shí)，停止加載，保持一定的應(yīng)力狀態(tài)，通過熱探針12測試巖石試樣的熱學(xué)參數(shù)?？梢詼y試的熱學(xué)參數(shù)包括巖石的導(dǎo)熱系數(shù)、比熱和導(dǎo)溫系數(shù)，使用的探針為雙探針，其測試原理為：首先將探針加熱一定時(shí)間th，然后在加熱以及降溫的過程中測量探針以及兩探針間距之間的溫度，通過非線性的最小二乘擬合，所測得的數(shù)據(jù)符合下面的公式(1)和(2)：

其中，T₀和q為分別為測量開始時(shí)的溫度和熱量輸入，Ei為指數(shù)積分，b₀，b₁，b₂為待擬合的參數(shù)。然后可以從公式(3)和(4)求得導(dǎo)熱系數(shù)和導(dǎo)溫系數(shù)：

巖石的比熱容可從式(5)求出：

試驗(yàn)測試的比熱容為巖石的體積比熱。

步驟7：試驗(yàn)結(jié)束時(shí)，依次取下連接桿6、頂蓋2，通過液壓伺服泵向下油通道10輸液壓油并提升活塞1，取下活塞1并卸載液壓伺服泵的油壓，依次取下上座3、套筒5、取得巖石試樣，并拿出熱探針12。

參考圖1，本實(shí)施例的常規(guī)三軸試驗(yàn)條件下熱學(xué)參數(shù)的測試儀器，包括從上至下依次并同軸設(shè)置的頂蓋2、上座3和底座7，上座3頂部設(shè)置有一圈向上方延伸的擋圈3.1，頂蓋2通過螺栓固定設(shè)置在擋圈3.1頂部，上座3、擋圈3.1與頂蓋2圍成的空間即為油腔15。在油腔15內(nèi)設(shè)置有沿軸向移動(dòng)的活塞1，活塞1呈十字型，它包括垂直設(shè)置的豎向桿1.1和橫向桿1.2，豎向桿1.1的兩端分別伸出頂蓋2和上座3，橫向桿1.2將油腔15分為上下兩部分，橫向桿1.2的兩端與擋圈3.1內(nèi)壁滑動(dòng)連接；擋圈3.1上沿徑向設(shè)置有兩個(gè)平行布置的上油通道11和下油通道10，上油通道11和下油通道10分別位于橫向桿1.2豎向兩側(cè)，并分別與液壓伺服泵連接，液壓伺服泵通過上油通道11向油腔上部中注油并加載軸向力，液壓伺服泵通過下油通道10向油腔下部輸送液壓油以便于試驗(yàn)結(jié)束時(shí)活塞1提升。

本實(shí)施例的上座3底部和底座7之間通過多個(gè)呈圓周均勻分布的連接桿固定連接。上座3底部設(shè)置有向下延伸的凸起3.2，底座7頂部設(shè)置有兩層臺(tái)階，臺(tái)階包括從下至上設(shè)置的第一臺(tái)階7.1和第二臺(tái)階7.2，凸起3.2與第一臺(tái)階7.1同直徑設(shè)置，其側(cè)壁之間通過套筒5連接，上座3、套筒5與底座7圍成的區(qū)域即為放置巖石試樣17的測試空間16。在測試空間16上部設(shè)置有與外界相通并用于排氣的排氣通道4，排氣通道4從凸起3.1底部向上延伸并經(jīng)90°折彎后延伸至上座3外側(cè)壁；測試空間下部設(shè)置有輸油通道9，輸油通道9從第一臺(tái)階頂部向下延伸并經(jīng)90°折彎延伸至底座7外側(cè)壁，輸油通道9也與液壓伺服泵連接，液壓伺服泵通過輸油通道9向套筒5內(nèi)部輸送液壓油并向巖石試樣17加載圍壓。

本實(shí)施例的巖石試樣17設(shè)置在活塞1下端與底座7頂部之間，巖石試樣17底部設(shè)置有沿軸向向上延伸的安裝孔18，安裝孔18內(nèi)設(shè)置有熱探針12，熱探針12尾端固定設(shè)置在第二臺(tái)階7.2頂部設(shè)置扁槽13(參考圖2)中，熱探針12尾端連接有數(shù)據(jù)線，數(shù)據(jù)線穿過排線通道8與外界的數(shù)據(jù)控制及采集系統(tǒng)連接，排線通道8作為數(shù)據(jù)線的引入通道，從第一臺(tái)階頂部向下延伸并經(jīng)90°折彎延伸至底座7外側(cè)壁。

本實(shí)施例的巖石試樣包裹橡膠套14內(nèi)，橡膠套14底部固定套裝在第二臺(tái)階7.2側(cè)壁，以防止液壓油進(jìn)入巖石試樣的安裝孔18中。

本實(shí)施例的底座7與套筒5、上座3與套筒5、上座3與頂蓋2、上座3與活塞1、頂蓋2與活塞1接觸面分別設(shè)有密封圈，用于保證該裝置內(nèi)部油腔的密封性及加載的可靠性。

其它未說明的部分均屬于現(xiàn)有技術(shù)。