可轴向加载及轴向无载两用的三轴渗流实验盒及使用方法与流程

本发明涉及一种煤样或岩样的力学实验技术，具体涉及一种可轴向加载及轴向无载两用的三轴渗流实验盒及使用方法。

背景技术：

节理裂隙岩体的应力一渗流耦合规律是当前岩石力学界研究的热点，在实验室研究三维应力作用下裂隙岩体的渗流规律能够较为真实地反映天然地质岩体的实际情况，也是最基本的研究课题。在现今各种渗流实验盛行之际，已经有了很多理论和实验成果，这就需要越来越多的实验条件和需求要得到满足。水力压裂增透技术大多是在现场实验，目前这种三轴渗流实验装置体型大，造价高，不适于搬运。不利于在现场采样进行渗流实验。一般的研究机构都有做三轴实验的轴压系统，但引进一整套渗流实验装置(其中连接有轴压系统)费用太高，引进后又存在轴压系统利用不高的问题。

技术实现要素：

针对上述现有技术中存在的问题，本发明提出了一种可轴向加载及轴向无载两用的三轴渗流实验盒及使用方法，该装置不仅能与三轴实验轴压系统组合，进行有轴向加载系统时轴向加载的渗流实验；而且能够进行没有轴向加载系统时的无轴压渗流实验。该装置体型小，利于运输，可在现场取样进行实验。

其技术解决方案包括：

一种两用的三轴渗流实验盒，其包括测定系统、进水系统、排水系统、围压控制系统、声波处理系统和径向位移采集系统，其特征在于：

所述测定系统包括试样、升降罩、定心盘和轴压钢轴，所述试样位于定心盘内，所述定心盘包括四根支柱，每根支柱的下端固定在底盘上，所述升降罩位于所述定心盘外围，所述升降罩与所述支柱共用一个底盘，所述升降罩的上盘体内侧设置有凹槽，每根支柱的上端可固定在所述凹槽内，所述轴压钢轴依次穿过所述升降罩上盘体、定心盘后施加在所述试样表面，在与升降罩上盘体相接处的轴压钢轴上设置有阻挡扭头，所述轴压钢轴的顶部设置有连接轴，所述连接轴上设置有螺纹；所述试样的顶面和底面均安设有透水板，所述试样的周身套置有橡胶圈，所述试样的中部连接所述径向位移采集系统，所述试样的顶面和底面均安装所述声波处理系统；

在所述底盘处设置有进油口，所述进油口处连接所述围压控制系统，所述围压控制系统包括围压控制表和油压表，所述围压控制表和油压表分别连接在于进油口相连接的进油输送线上；

所述进水系统用于向所述试样的透水板上注水，所述进水系统连接在所述试样顶面的透水板处，所述排水系统连接在所述试样底面的透水板处。

作为本发明的一个优选方案，所述阻挡扭头为一个可旋转的接头，所述阻挡扭头上安设有螺栓，所述螺栓穿过所述阻挡扭头并固定在轴压钢轴表面。

作为本发明的另一个优选方案，所述阻挡扭头由横梁和立柱组成，所述横梁和立柱成垂直形态固定并嵌于所述轴压钢轴表面。

优选的，所述橡胶圈用金属箍扎紧，所述橡胶圈的两端用密封圈密封。

上述两用的三轴渗流实验盒的使用方法，依次包括以下步骤：

1)进行三轴渗流实验

a1、将处理好的试样放置在定心盘内，放下升降罩并对其进行固定，将阻挡扭头隐藏于轴压钢轴中；

a2、向定心盘内注油，排净空气后通过围压控制系统施加一定的围压；利用连接轴连接轴压加载系统，施加一定轴压；

a3、停止a2中的轴压加载，利用进水系统向试样施加一定压力的水压，待稳定后可继续连接轴压加载系统施加轴向加载直至试样损坏，或固定一定的轴压，增大水压直至试样损坏；

a4，收集围压控制系统、排水系统、进水系统、声波处理系统和径向位移采集系统所得到的数据并进行常规分析；

2)进行轴向无载渗流实验

b1、将处理好的试样放置在定心盘内，将阻挡扭头露出，并支与升降罩内；

b2、向定心盘内注油，排净空气后通过围压控制系统施加一定的围压；

b3、利用进水系统向试样施加水压，逐渐增大水压直至试样损坏；

b4、收集围压控制系统、排水系统、进水系统、声波处理系统和径向位移采集系统所得到的数据并进行常规分析。

本发明所带来的有益技术效果：

(1)本发明实验盒体型小，便于运输，适合现场做实验；

(2)能与三轴实验轴压加载系统结合，便可做三轴渗流实验，不必引进整套渗流实验装置，节约成本；

(3)通过安设轴压钢轴，并且在轴压钢轴上设置阻挡扭头，能够进行有轴压与无轴压的渗流实验，本实验装置结构简单、便于操作，易于控制。

附图说明

下面结合附图对本发明做进一步说明：

图1为本发明可轴向加载及轴无载两用的三轴渗流实验盒的结构示意图；

图2为本发明内部轴压钢轴阻挡扭头部分截面图；

图3为本发明内部阻挡扭头结构示意图；

其中，1-支柱，2-升降罩，3-轴压钢轴，4-试样，5-底盘，6-阻挡扭头，7-进水口，8-轴向位移传感器引出线，9-底盘密封圈，10-出水口，11-金属箍，12-橡胶圈，13-透水板，14-密封，15-进油口，16-长螺栓，17-径向位移传感器，18-凹槽，19-阻挡扭头横梁，20-扭头，21-阻挡扭头立柱，22-连接轴，23-阀门，24-流量计，2-5水桶，26-围压控制表，27油压表，28-油箱，29-电脑，30-水压表，31-动力水泵，32-流量计，33-水箱，34-大螺栓，35-声发射探头，36-上油口，37-声波处理器及径向位移采集器。

具体实施方式

本发明公开了一种可轴向加载及轴向无载两用的三轴渗流实验盒及使用方法，为了使本发明的优点、技术方案更加清楚、明确，下面结合具体实施例对本发明做进一步说明。

结合图1至图3所示，本发明可轴向加载及轴向无载两用的三轴渗流实验盒，包括测定系统、进水系统、排水系统、围压控制系统、声波处理系统和径向位移采集系统。其中测定系统作为本发明的主要改进点，下面做详细说明，测定系统包括升降罩、底座、轴压钢轴、试样定心盘及其支柱、底盘、阻挡扭头及其长螺栓，升降罩2与底盘5相接，由大螺栓34固定，由底盘密封圈9进行密封，内由进油孔15装满液压油，上油口36排出多余的油，进油口15与围压控制系统相连，围岩控制系统分别有围压控制表26和油压表27依次设在进油输送线上，进出油输送线汇于油箱28。

试样4上下面各安放有透水板13，试样4周身套上橡胶圈12，橡胶圈12上下用金属箍11扎紧，两端由密封圈密封，中部安有径向位移传感器17，上下均匀安有声发射探头35，左右共计8个，位移传感器17和声发射探头35输出线汇于声波处理器及径向位移采集器37，组成声波处理及径向位移采集系统，在试样上引出轴向位移传感器引出线8结合电脑对其进行位移进行数据采集。

定心盘由四个支柱1固定，支柱1下端固定于底盘5，上端固定于凹槽18内。轴压钢轴3穿过定心盘和升降罩2上盘，上盘出处安装密封圈14，轴压钢轴上有阻挡扭头6。如图2和图3所示，阻挡扭头6上安有长螺栓16，长螺栓16穿过扭头20固定于轴压钢轴3内。扭头20由阻挡扭头横梁19与阻挡扭头立柱21组成，阻挡扭头横梁19与阻挡扭头立柱21成垂直形态固定并嵌于轴压钢轴3表面。轴压钢轴3顶端设置了连接轴22，连接轴22固定于轴压钢轴3顶端并有螺纹，连接轴22用于连接轴向加载系统。进水渠道由进水口7注水于透水板13，延进水渠道设置有三个阀门，并依次设置有水压表30、动力水泵31、流量计32，终于水箱33，此进水渠道组成水力系统。出水口10与一阀门23相连，阀门23再与流量计24相连，终于水桶25，此排水渠道组成排水系统。电脑29连接水压表30、动力水泵31、流量计32、围压控制表26、油压表27、声波处理器及径向位移采集器37、流量计24。

上述可轴向加载及轴向无载的三轴渗流实验方法，该方法包括如下步骤：

1)进行三轴渗流实验

步骤1，将处理好的试样按图1安装于压力室内，放下升降罩，拧紧固定升降罩的大螺栓，转动长螺栓使阻挡扭头隐于轴压钢轴中；

步骤2，向压力室内注油，排净空气后施加一定的围压；利用连接轴连接轴压加载系统，施加一定轴压；

步骤3，利用水力系统向试样施加一定压力的水压，待流量计稳定后可继续施加轴向加载直至试样损坏；也可固定一定的轴压，增大水压直至试样损坏；

步骤4，利用电脑收集围压控制系统、排水系统和水力系统、声波处理及径向位移采集系统所得到的数据。

2)进行轴向无载渗流实验

步骤1，将处理好的试样按图1安装于压力室内，放下升降罩，拧紧固定升降罩的大螺栓，转动长螺栓使阻挡扭头露出，支与升降罩内；

步骤2，向压力室内注油，排净空气后施加一定的围压；

步骤3，利用水力系统向试样施加水压，逐渐增大水压直至试样损坏；

步骤4，利用电脑收集围压控制系统、排水系统和水力系统、声波处理及径向位移采集系统所得到的数据。

需要说明的是，在本说明书的教导下本领域技术人员所做出的任何等同方式，或明显变型方式均应在本发明的保护范围内。