本發(fā)明涉及一種用于實(shí)時(shí)ct觀測(cè)的破碎巖體應(yīng)力－滲流耦合試驗(yàn)裝置，屬于巖土工程試驗(yàn)技術(shù)及裝備。

背景技術(shù)：

1、隨著能源短缺、環(huán)境保護(hù)意識(shí)的提升以及對(duì)可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)的不斷追求，探索并有效利用廢棄/關(guān)閉礦井中的低品位地?zé)崮芤殉蔀閲?guó)際研究熱點(diǎn)。相較于傳統(tǒng)地?zé)崮艿拈_(kāi)發(fā)受限于特定地質(zhì)條件(如地溫梯度、火山或熱液活動(dòng)區(qū)域)，此類新型地?zé)豳Y源具備顯著優(yōu)勢(shì)：一是突破了地?zé)徇x址的地域局限，通過(guò)利用礦井水中蘊(yùn)藏的低品位熱能，實(shí)現(xiàn)了資源的廣泛適用性；二是大幅降低了地?zé)衢_(kāi)采過(guò)程中的鉆探成本，提高了經(jīng)濟(jì)可行性；三是通過(guò)礦井水的二次利用，有效減輕了環(huán)境污染，促進(jìn)了水資源的循環(huán)利用與保護(hù)。

2、鑒于上述背景，將廢棄/關(guān)閉礦井采空區(qū)內(nèi)的破碎巖體儲(chǔ)層改造為地?zé)醿?chǔ)層的新方案被提出。此方案不僅簡(jiǎn)化了地?zé)嵯到y(tǒng)設(shè)備的安裝與部署流程，更充分利用了采空區(qū)巖體儲(chǔ)層獨(dú)特的水力連通性和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，形成了具有高孔隙率和大換熱比表面積的理想地?zé)彷d體。

3、然而，采空區(qū)破碎巖體儲(chǔ)層的復(fù)雜性與隱蔽性，為準(zhǔn)確評(píng)估其儲(chǔ)層容量及深入研究應(yīng)力場(chǎng)與滲流場(chǎng)相互作用下的動(dòng)態(tài)力學(xué)行為及時(shí)空演化機(jī)制帶來(lái)了巨大挑戰(zhàn)。為此，本發(fā)明致力于開(kāi)發(fā)一種高精度、低成本的實(shí)時(shí)觀測(cè)系統(tǒng)，旨在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下精確模擬并監(jiān)測(cè)破碎巖體在應(yīng)力－滲流耦合作用下的力學(xué)響應(yīng)與內(nèi)部結(jié)構(gòu)演變過(guò)程。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提供一種可用于實(shí)時(shí)ct的破碎巖體應(yīng)力－滲流耦合試驗(yàn)裝置，以解決上述問(wèn)題。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了如下方案：

3、一種可用于實(shí)時(shí)ct的破碎巖體應(yīng)力－滲流耦合試驗(yàn)裝置，包括：

4、滲流測(cè)試模塊，用于放置破碎巖體試樣；

5、水壓測(cè)試模塊，用于提供所述破碎巖體試樣在滲流過(guò)程中的水頭壓力；

6、應(yīng)力測(cè)試模塊，用于提供所述破碎巖體試樣在滲流過(guò)程中的壓力；

7、ct檢測(cè)模塊，用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)所述破碎巖體試樣在滲流過(guò)程中的變化；

8、分析記錄模塊，用于實(shí)時(shí)記錄所述破碎巖體試樣在滲流過(guò)程中的流量和水壓參量。

9、優(yōu)選的，所述滲流測(cè)試模塊包括壓力室，所述壓力室通過(guò)螺栓固定在底座上，所述底座的進(jìn)水端與所述壓力室底部連通，所述底座的出水端連通有第二流量表的進(jìn)水端，所述第二流量表的出水端連通有第三水管的進(jìn)水端；

10、所述第二流量表與所述分析記錄模塊電性連接；

11、所述應(yīng)力測(cè)試模塊設(shè)置在所述壓力室的上方；

12、所述破碎巖體試樣放置在所述壓力室內(nèi)，所述破碎巖體試樣的頂部和底部均設(shè)置有透水板。

13、優(yōu)選的，所述應(yīng)力測(cè)試模塊包括限位器，所述限位器通過(guò)支撐桿固接在所述壓力室的頂部，所述限位器頂部設(shè)有施壓部，所述施壓部的活動(dòng)端設(shè)有荷載感應(yīng)部，所述荷載感應(yīng)部的底端設(shè)有活塞，所述活塞為中空結(jié)構(gòu)，所述活塞的一側(cè)與所述水壓測(cè)試模塊的出液端連通，所述活塞豎直滑動(dòng)設(shè)置在所述壓力室內(nèi)，所述活塞底部與位于所述壓力室頂部的所述透水板接觸并連通。

14、優(yōu)選的，所述施壓部包括壓力器，所述壓力器的固定端固接有行星減速器的固定端，所述行星減速器的固定端固接在所述限位器的頂部，所述壓力器的輸出軸與所述行星減速器的輸出軸連接，所述行星減速器的輸出軸與荷載感應(yīng)部連接。

15、優(yōu)選的，所述荷載感應(yīng)部包括荷載傳感器，所述荷載傳感器的頂部與所述行星減速器的輸出軸連接，所述荷載傳感器的底部與所述活塞頂部連接，所述荷載傳感器用于檢測(cè)由所述行星減速器的輸出軸施加在所述活塞頂部的壓應(yīng)力，所述荷載傳感器與所述分析記錄模塊電性連接。

16、優(yōu)選的，所述水壓測(cè)試模塊包括水箱，所述水箱底部出水端通過(guò)第二水管與所述活塞頂部一側(cè)連通，所述第二水管中部連通設(shè)置有流量表，所述水箱頂部連通設(shè)有第二壓力表，所述第二壓力表與所述流量表與所述分析記錄模塊電性連接；

17、所述水箱的進(jìn)水端連通有水壓供給部。

18、優(yōu)選的，所述水壓供給部包括空氣壓縮機(jī)，所述空氣壓縮機(jī)通過(guò)第一水管與所述水箱的進(jìn)液端連通，所述空氣壓縮機(jī)頂部連通設(shè)置有第一壓力表。

19、優(yōu)選的，所述ct檢測(cè)模塊包括x射線源和成像采集系統(tǒng)，所述x射線源和所述成像采集系統(tǒng)分別設(shè)置在所述壓力室的兩側(cè)。

20、優(yōu)選的，所述分析記錄模塊包括無(wú)紙記錄儀，所述無(wú)紙記錄儀與所述第一壓力表、所述第二壓力表、所述流量表、所述第二流量表、所述荷載傳感器電性連接。

21、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)和技術(shù)效果：

22、使用時(shí)，將破碎巖體試樣安置在滲流測(cè)試模塊內(nèi)，通過(guò)水壓測(cè)試模塊和應(yīng)力測(cè)試模塊對(duì)滲流測(cè)試模塊內(nèi)的破碎巖體試樣施加壓應(yīng)力和水頭壓力，并通過(guò)分析記錄模塊記錄壓力值，通過(guò)ct檢測(cè)模塊實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)破碎巖體試樣在滲流過(guò)程中的變化，該試驗(yàn)裝置能夠在滲流測(cè)試模塊的有限空間內(nèi)進(jìn)行破碎巖石應(yīng)力－滲流試驗(yàn)，并獲得破碎巖體在應(yīng)力－滲流耦合作用下的壓實(shí)度、滲透率以及孔隙率等特征參數(shù)。同時(shí)結(jié)合ct檢測(cè)模塊可獲得試驗(yàn)過(guò)程中的實(shí)時(shí)ct圖片，其結(jié)果可用于破碎巖體空間三維重構(gòu)及定量表征。

技術(shù)特征：

1.一種可用于實(shí)時(shí)ct的破碎巖體應(yīng)力－滲流耦合試驗(yàn)裝置，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可用于實(shí)時(shí)ct的破碎巖體應(yīng)力－滲流耦合試驗(yàn)裝置，其特征在于：所述滲流測(cè)試模塊包括壓力室(13)，所述壓力室(13)通過(guò)螺栓(15)固定在底座(14)上，所述底座(14)的進(jìn)水端與所述壓力室(13)底部連通，所述底座(14)的出水端連通有第二流量表(16)的進(jìn)水端，所述第二流量表(16)的出水端連通有第三水管(17)的進(jìn)水端；

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種可用于實(shí)時(shí)ct的破碎巖體應(yīng)力－滲流耦合試驗(yàn)裝置，其特征在于：所述應(yīng)力測(cè)試模塊包括限位器(10)，所述限位器(10)通過(guò)支撐桿(21)固接在所述壓力室(13)的頂部，所述限位器(10)頂部設(shè)有施壓部，所述施壓部的活動(dòng)端設(shè)有荷載感應(yīng)部，所述荷載感應(yīng)部的底端設(shè)有活塞(12)，所述活塞(12)為中空結(jié)構(gòu)，所述活塞(12)的一側(cè)與所述水壓測(cè)試模塊的出液端連通，所述活塞(12)豎直滑動(dòng)設(shè)置在所述壓力室(13)內(nèi)，所述活塞(12)底部與位于所述壓力室(13)頂部的所述透水板(20)接觸并連通。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種可用于實(shí)時(shí)ct的破碎巖體應(yīng)力－滲流耦合試驗(yàn)裝置，其特征在于：所述施壓部包括壓力器(8)，所述壓力器(8)的固定端固接有行星減速器(9)的固定端，所述行星減速器(9)的固定端固接在所述限位器(10)的頂部，所述壓力器(8)的輸出軸與所述行星減速器(9)的輸出軸連接，所述行星減速器(9)的輸出軸與荷載感應(yīng)部連接。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種可用于實(shí)時(shí)ct的破碎巖體應(yīng)力－滲流耦合試驗(yàn)裝置，其特征在于：所述荷載感應(yīng)部包括荷載傳感器(11)，所述荷載傳感器(11)的頂部與所述行星減速器(9)的輸出軸連接，所述荷載傳感器(11)的底部與所述活塞(12)頂部連接，所述荷載傳感器(11)用于檢測(cè)由所述行星減速器(9)的輸出軸施加在所述活塞(12)頂部的壓應(yīng)力，所述荷載傳感器(11)與所述分析記錄模塊電性連接。

6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種可用于實(shí)時(shí)ct的破碎巖體應(yīng)力－滲流耦合試驗(yàn)裝置，其特征在于：所述水壓測(cè)試模塊包括水箱(4)，所述水箱(4)底部出水端通過(guò)第二水管(7)與所述活塞(12)頂部一側(cè)連通，所述第二水管(7)中部連通設(shè)置有流量表(6)，所述水箱(4)頂部連通設(shè)有第二壓力表(5)，所述第二壓力表(5)與所述流量表(6)與所述分析記錄模塊電性連接；

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種可用于實(shí)時(shí)ct的破碎巖體應(yīng)力－滲流耦合試驗(yàn)裝置，其特征在于：所述水壓供給部包括空氣壓縮機(jī)(1)，所述空氣壓縮機(jī)(1)通過(guò)第一水管(3)與所述水箱(4)的進(jìn)液端連通，所述空氣壓縮機(jī)(1)頂部連通設(shè)置有第一壓力表(2)。

8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種可用于實(shí)時(shí)ct的破碎巖體應(yīng)力－滲流耦合試驗(yàn)裝置，其特征在于：所述ct檢測(cè)模塊包括x射線源(18)和成像采集系統(tǒng)(19)，所述x射線源(18)和所述成像采集系統(tǒng)(19)分別設(shè)置在所述壓力室(13)的兩側(cè)。

9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種可用于實(shí)時(shí)ct的破碎巖體應(yīng)力－滲流耦合試驗(yàn)裝置，其特征在于：所述分析記錄模塊包括無(wú)紙記錄儀，所述無(wú)紙記錄儀與所述第一壓力表(2)、所述第二壓力表(5)、所述流量表(6)、所述第二流量表(16)、所述荷載傳感器(11)電性連接。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明屬于巖土工程試驗(yàn)技術(shù)及裝備技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種可用于實(shí)時(shí)CT的破碎巖體應(yīng)力－滲流耦合試驗(yàn)裝置，包括：滲流測(cè)試模塊，用于放置破碎巖體試樣；水壓測(cè)試模塊，用于提供破碎巖體試樣在滲流過(guò)程中的水頭壓力；應(yīng)力測(cè)試模塊，用于提供破碎巖體試樣在滲流過(guò)程中的壓力；CT檢測(cè)模塊，用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)破碎巖體試樣在滲流過(guò)程中的變化；分析記錄模塊，用于實(shí)時(shí)記錄破碎巖體試樣在滲流過(guò)程中的流量和水壓參量。本發(fā)明能夠在滲流測(cè)試模塊的有限空間內(nèi)進(jìn)行破碎巖石應(yīng)力－滲流試驗(yàn)，同時(shí)結(jié)合CT檢測(cè)模塊可獲得并獲得破碎巖體在應(yīng)力－滲流耦合作用下的壓實(shí)度、滲透率以及孔隙率等特征參數(shù)及CT圖片，其結(jié)果可用于破碎巖體空間三維重構(gòu)及定量表征。

技術(shù)研發(fā)人員：浦海,劉德俊,董康鍇,倪宏陽(yáng),薛康生,易青宇,張少杰,曲高伯
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6