本發(fā)明涉及一種煤樣或巖樣的力學(xué)實(shí)驗(yàn)技術(shù)，具體涉及一種可軸向加載及軸向無載兩用的三軸滲流實(shí)驗(yàn)盒及使用方法。

背景技術(shù)：

節(jié)理裂隙巖體的應(yīng)力一滲流耦合規(guī)律是當(dāng)前巖石力學(xué)界研究的熱點(diǎn)，在實(shí)驗(yàn)室研究三維應(yīng)力作用下裂隙巖體的滲流規(guī)律能夠較為真實(shí)地反映天然地質(zhì)巖體的實(shí)際情況，也是最基本的研究課題。在現(xiàn)今各種滲流實(shí)驗(yàn)盛行之際，已經(jīng)有了很多理論和實(shí)驗(yàn)成果，這就需要越來越多的實(shí)驗(yàn)條件和需求要得到滿足。水力壓裂增透技術(shù)大多是在現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)，目前這種三軸滲流實(shí)驗(yàn)裝置體型大，造價(jià)高，不適于搬運(yùn)。不利于在現(xiàn)場采樣進(jìn)行滲流實(shí)驗(yàn)。一般的研究機(jī)構(gòu)都有做三軸實(shí)驗(yàn)的軸壓系統(tǒng)，但引進(jìn)一整套滲流實(shí)驗(yàn)裝置(其中連接有軸壓系統(tǒng))費(fèi)用太高，引進(jìn)后又存在軸壓系統(tǒng)利用不高的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提出了一種可軸向加載及軸向無載兩用的三軸滲流實(shí)驗(yàn)盒及使用方法，該裝置不僅能與三軸實(shí)驗(yàn)軸壓系統(tǒng)組合，進(jìn)行有軸向加載系統(tǒng)時(shí)軸向加載的滲流實(shí)驗(yàn)；而且能夠進(jìn)行沒有軸向加載系統(tǒng)時(shí)的無軸壓滲流實(shí)驗(yàn)。該裝置體型小，利于運(yùn)輸，可在現(xiàn)場取樣進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

其技術(shù)解決方案包括：

一種兩用的三軸滲流實(shí)驗(yàn)盒，其包括測定系統(tǒng)、進(jìn)水系統(tǒng)、排水系統(tǒng)、圍壓控制系統(tǒng)、聲波處理系統(tǒng)和徑向位移采集系統(tǒng)，其特征在于：

所述測定系統(tǒng)包括試樣、升降罩、定心盤和軸壓鋼軸，所述試樣位于定心盤內(nèi)，所述定心盤包括四根支柱，每根支柱的下端固定在底盤上，所述升降罩位于所述定心盤外圍，所述升降罩與所述支柱共用一個(gè)底盤，所述升降罩的上盤體內(nèi)側(cè)設(shè)置有凹槽，每根支柱的上端可固定在所述凹槽內(nèi)，所述軸壓鋼軸依次穿過所述升降罩上盤體、定心盤后施加在所述試樣表面，在與升降罩上盤體相接處的軸壓鋼軸上設(shè)置有阻擋扭頭，所述軸壓鋼軸的頂部設(shè)置有連接軸，所述連接軸上設(shè)置有螺紋；所述試樣的頂面和底面均安設(shè)有透水板，所述試樣的周身套置有橡膠圈，所述試樣的中部連接所述徑向位移采集系統(tǒng)，所述試樣的頂面和底面均安裝所述聲波處理系統(tǒng)；

在所述底盤處設(shè)置有進(jìn)油口，所述進(jìn)油口處連接所述圍壓控制系統(tǒng)，所述圍壓控制系統(tǒng)包括圍壓控制表和油壓表，所述圍壓控制表和油壓表分別連接在于進(jìn)油口相連接的進(jìn)油輸送線上；

所述進(jìn)水系統(tǒng)用于向所述試樣的透水板上注水，所述進(jìn)水系統(tǒng)連接在所述試樣頂面的透水板處，所述排水系統(tǒng)連接在所述試樣底面的透水板處。

作為本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選方案，所述阻擋扭頭為一個(gè)可旋轉(zhuǎn)的接頭，所述阻擋扭頭上安設(shè)有螺栓，所述螺栓穿過所述阻擋扭頭并固定在軸壓鋼軸表面。

作為本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選方案，所述阻擋扭頭由橫梁和立柱組成，所述橫梁和立柱成垂直形態(tài)固定并嵌于所述軸壓鋼軸表面。

優(yōu)選的，所述橡膠圈用金屬箍扎緊，所述橡膠圈的兩端用密封圈密封。

上述兩用的三軸滲流實(shí)驗(yàn)盒的使用方法，依次包括以下步驟：

1)進(jìn)行三軸滲流實(shí)驗(yàn)

a1、將處理好的試樣放置在定心盤內(nèi)，放下升降罩并對其進(jìn)行固定，將阻擋扭頭隱藏于軸壓鋼軸中；

a2、向定心盤內(nèi)注油，排凈空氣后通過圍壓控制系統(tǒng)施加一定的圍壓；利用連接軸連接軸壓加載系統(tǒng)，施加一定軸壓；

a3、停止a2中的軸壓加載，利用進(jìn)水系統(tǒng)向試樣施加一定壓力的水壓，待穩(wěn)定后可繼續(xù)連接軸壓加載系統(tǒng)施加軸向加載直至試樣損壞，或固定一定的軸壓，增大水壓直至試樣損壞；

a4，收集圍壓控制系統(tǒng)、排水系統(tǒng)、進(jìn)水系統(tǒng)、聲波處理系統(tǒng)和徑向位移采集系統(tǒng)所得到的數(shù)據(jù)并進(jìn)行常規(guī)分析；

2)進(jìn)行軸向無載滲流實(shí)驗(yàn)

b1、將處理好的試樣放置在定心盤內(nèi)，將阻擋扭頭露出，并支與升降罩內(nèi)；

b2、向定心盤內(nèi)注油，排凈空氣后通過圍壓控制系統(tǒng)施加一定的圍壓；

b3、利用進(jìn)水系統(tǒng)向試樣施加水壓，逐漸增大水壓直至試樣損壞；

b4、收集圍壓控制系統(tǒng)、排水系統(tǒng)、進(jìn)水系統(tǒng)、聲波處理系統(tǒng)和徑向位移采集系統(tǒng)所得到的數(shù)據(jù)并進(jìn)行常規(guī)分析。

本發(fā)明所帶來的有益技術(shù)效果：

(1)本發(fā)明實(shí)驗(yàn)盒體型小，便于運(yùn)輸，適合現(xiàn)場做實(shí)驗(yàn)；

(2)能與三軸實(shí)驗(yàn)軸壓加載系統(tǒng)結(jié)合，便可做三軸滲流實(shí)驗(yàn)，不必引進(jìn)整套滲流實(shí)驗(yàn)裝置，節(jié)約成本；

(3)通過安設(shè)軸壓鋼軸，并且在軸壓鋼軸上設(shè)置阻擋扭頭，能夠進(jìn)行有軸壓與無軸壓的滲流實(shí)驗(yàn)，本實(shí)驗(yàn)裝置結(jié)構(gòu)簡單、便于操作，易于控制。

附圖說明

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步說明：

圖1為本發(fā)明可軸向加載及軸無載兩用的三軸滲流實(shí)驗(yàn)盒的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明內(nèi)部軸壓鋼軸阻擋扭頭部分截面圖；

圖3為本發(fā)明內(nèi)部阻擋扭頭結(jié)構(gòu)示意圖；

其中，1-支柱，2-升降罩，3-軸壓鋼軸，4-試樣，5-底盤，6-阻擋扭頭，7-進(jìn)水口，8-軸向位移傳感器引出線，9-底盤密封圈，10-出水口，11-金屬箍，12-橡膠圈，13-透水板，14-密封，15-進(jìn)油口，16-長螺栓，17-徑向位移傳感器，18-凹槽，19-阻擋扭頭橫梁，20-扭頭，21-阻擋扭頭立柱，22-連接軸，23-閥門，24-流量計(jì)，2-5水桶，26-圍壓控制表，27油壓表，28-油箱，29-電腦，30-水壓表，31-動力水泵，32-流量計(jì)，33-水箱，34-大螺栓，35-聲發(fā)射探頭，36-上油口，37-聲波處理器及徑向位移采集器。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明公開了一種可軸向加載及軸向無載兩用的三軸滲流實(shí)驗(yàn)盒及使用方法，為了使本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)、技術(shù)方案更加清楚、明確，下面結(jié)合具體實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。

結(jié)合圖1至圖3所示，本發(fā)明可軸向加載及軸向無載兩用的三軸滲流實(shí)驗(yàn)盒，包括測定系統(tǒng)、進(jìn)水系統(tǒng)、排水系統(tǒng)、圍壓控制系統(tǒng)、聲波處理系統(tǒng)和徑向位移采集系統(tǒng)。其中測定系統(tǒng)作為本發(fā)明的主要改進(jìn)點(diǎn)，下面做詳細(xì)說明，測定系統(tǒng)包括升降罩、底座、軸壓鋼軸、試樣定心盤及其支柱、底盤、阻擋扭頭及其長螺栓，升降罩2與底盤5相接，由大螺栓34固定，由底盤密封圈9進(jìn)行密封，內(nèi)由進(jìn)油孔15裝滿液壓油，上油口36排出多余的油，進(jìn)油口15與圍壓控制系統(tǒng)相連，圍巖控制系統(tǒng)分別有圍壓控制表26和油壓表27依次設(shè)在進(jìn)油輸送線上，進(jìn)出油輸送線匯于油箱28。

試樣4上下面各安放有透水板13，試樣4周身套上橡膠圈12，橡膠圈12上下用金屬箍11扎緊，兩端由密封圈密封，中部安有徑向位移傳感器17，上下均勻安有聲發(fā)射探頭35，左右共計(jì)8個(gè)，位移傳感器17和聲發(fā)射探頭35輸出線匯于聲波處理器及徑向位移采集器37，組成聲波處理及徑向位移采集系統(tǒng)，在試樣上引出軸向位移傳感器引出線8結(jié)合電腦對其進(jìn)行位移進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。

定心盤由四個(gè)支柱1固定，支柱1下端固定于底盤5，上端固定于凹槽18內(nèi)。軸壓鋼軸3穿過定心盤和升降罩2上盤，上盤出處安裝密封圈14，軸壓鋼軸上有阻擋扭頭6。如圖2和圖3所示，阻擋扭頭6上安有長螺栓16，長螺栓16穿過扭頭20固定于軸壓鋼軸3內(nèi)。扭頭20由阻擋扭頭橫梁19與阻擋扭頭立柱21組成，阻擋扭頭橫梁19與阻擋扭頭立柱21成垂直形態(tài)固定并嵌于軸壓鋼軸3表面。軸壓鋼軸3頂端設(shè)置了連接軸22，連接軸22固定于軸壓鋼軸3頂端并有螺紋，連接軸22用于連接軸向加載系統(tǒng)。進(jìn)水渠道由進(jìn)水口7注水于透水板13，延進(jìn)水渠道設(shè)置有三個(gè)閥門，并依次設(shè)置有水壓表30、動力水泵31、流量計(jì)32，終于水箱33，此進(jìn)水渠道組成水力系統(tǒng)。出水口10與一閥門23相連，閥門23再與流量計(jì)24相連，終于水桶25，此排水渠道組成排水系統(tǒng)。電腦29連接水壓表30、動力水泵31、流量計(jì)32、圍壓控制表26、油壓表27、聲波處理器及徑向位移采集器37、流量計(jì)24。

上述可軸向加載及軸向無載的三軸滲流實(shí)驗(yàn)方法，該方法包括如下步驟：

1)進(jìn)行三軸滲流實(shí)驗(yàn)

步驟1，將處理好的試樣按圖1安裝于壓力室內(nèi)，放下升降罩，擰緊固定升降罩的大螺栓，轉(zhuǎn)動長螺栓使阻擋扭頭隱于軸壓鋼軸中；

步驟2，向壓力室內(nèi)注油，排凈空氣后施加一定的圍壓；利用連接軸連接軸壓加載系統(tǒng)，施加一定軸壓；

步驟3，利用水力系統(tǒng)向試樣施加一定壓力的水壓，待流量計(jì)穩(wěn)定后可繼續(xù)施加軸向加載直至試樣損壞；也可固定一定的軸壓，增大水壓直至試樣損壞；

步驟4，利用電腦收集圍壓控制系統(tǒng)、排水系統(tǒng)和水力系統(tǒng)、聲波處理及徑向位移采集系統(tǒng)所得到的數(shù)據(jù)。

2)進(jìn)行軸向無載滲流實(shí)驗(yàn)

步驟1，將處理好的試樣按圖1安裝于壓力室內(nèi)，放下升降罩，擰緊固定升降罩的大螺栓，轉(zhuǎn)動長螺栓使阻擋扭頭露出，支與升降罩內(nèi)；

步驟2，向壓力室內(nèi)注油，排凈空氣后施加一定的圍壓；

步驟3，利用水力系統(tǒng)向試樣施加水壓，逐漸增大水壓直至試樣損壞；

步驟4，利用電腦收集圍壓控制系統(tǒng)、排水系統(tǒng)和水力系統(tǒng)、聲波處理及徑向位移采集系統(tǒng)所得到的數(shù)據(jù)。

需要說明的是，在本說明書的教導(dǎo)下本領(lǐng)域技術(shù)人員所做出的任何等同方式，或明顯變型方式均應(yīng)在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。