岩石蠕变-渗流耦合试验系统的制作方法

文档序号:8280776
岩石蠕变-渗流耦合试验系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及岩土工程技术领域,具体是岩石蠕变-渗流耦合试验系统。
【背景技术】
[0002]岩石的蠕变是岩石一种十分重要的力学特性,随着我国经济和工业的发展,大型岩石工程也面临着越来越多复杂的情况,所以对复杂条件下的岩石流变特性的研宄也就日趋重要。同样,在煤岩的开采中也会遇到同样的问题,在长时间的静载荷作用下,煤岩会逐渐变形并产生裂隙,使地下水渗出。在煤层开采中,煤岩体蠕变的问题和与之俱来的地下水渗透问题一直是近年来十分关注的一个重要问题。经过长期的蠕变,顶板下沉,使支撑煤柱在其压力之下逐渐变形而屈服,最终导致顶板由于失去支撑而垮塌冒落,并且会导致地下水流入从而导致很多工程安全问题的发生。据统计90%的岩质边坡破坏与60%的矿井事故都与地下水有关,由此可以看出,煤岩峰前峰后的渗流蠕变规律是煤矿安全开采的一项重要课题。
[0003]试验是进行岩石力学性能研宄的一种重要手段,前人研宄的目标主要放在煤岩未被破坏前的渗流蠕变规律,而对煤岩峰后的渗流蠕变规律涉及甚少,其主要原因是现有试验设备的局限,这也阻碍了岩石蠕变理论的进一步发展。

【发明内容】

[0004]本发明的目的在于提供可靠的岩石蠕变-渗流耦合试验系统,以解决上述【背景技术】中提出的问题。
[0005]为实现上述目的,本发明提供如下技术方案:
[0006]岩石蠕变-渗流耦合试验系统,包括水泵、六通阀、不锈钢高压管、压力表、稳压罐、滑动活塞、缸体、试件、应变仪、应变片、垫板、位移传感器与流量仪;六通阀包括六通阀A、六通阀B、六通阀C与六通阀D,压力表包括压力表A、压力表B与压力表C,稳压罐包括稳压罐A、稳压罐B与稳压罐C ;试件安装在缸体内部,试件上下均有垫板,上方垫板连接滑动活塞,且垫板和滑动活塞均有小孔,缸体的右侧、上部和下部各有一小孔;水泵通过不锈钢高压管与六通阀A连接;六通阀A通过不锈钢高压管分别与六通阀B、六通阀C、六通阀D连接,且六通阀B上设有稳压罐A和压力表A,六通阀C上设有稳压罐C与压力表C,六通阀D上设有稳压罐B和压力表B ;六通阀B通过不锈钢高压管与滑动活塞连接,六通阀C通过不锈钢高压管与缸体右侧孔连接,六通阀D通过不锈钢高压管与缸体上部小孔连接;位移传感器设在缸体上部;流量仪设在缸体下部小孔正下方;应变片的数据线穿过下垫板孔和缸体下部孔与应变仪连接。
[0007]作为本发明进一步的方案:应变片采用的防水材料是914粘接剂。
[0008]与现有技术相比,本发明的有益效果是:本发明能得出煤岩未破坏前的渗流蠕变规律和煤岩峰后的渗流蠕变规律及渗流量,可以保证实验结果的准确可靠性。
【附图说明】
[0009]图1是本发明的结构图;
[0010]图2是本发明中应变片电路连接示意图。
【具体实施方式】
[0011]下面将结合本发明实施例,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
[0012]实施例1
[0013]I试验仪器与设备
[0014]1.1试验系统简介
[0015]岩石蠕变-渗流耦合试验系统,见图1,包括水泵、六通阀、不锈钢高压管、压力表、稳压罐、滑动活塞、缸体、试件、应变仪、应变片、垫板、位移传感器与流量仪。
[0016]六通阀包括六通阀A、六通阀B、六通阀C与六通阀D,压力表包括压力表A、压力表B与压力表C,稳压耀包括稳压耀A、稳压耀B与稳压耀C。
[0017]通过调节六通阀A开关,可实现围压加载、轴压加载和空隙水压加载。通过应变仪可以测出煤岩未破坏前变形量,通过位移传感器可以测出煤岩破坏后的变形量,通过流量仪可以测出煤岩渗流量。
[0018]1.2实验原理
[0019](I)加载系统
[0020]力加载系统采用水泵与稳压罐对试件进行人工加压以及稳压,它们可以通过关闭阀门来保持水压,通过压力表来观察水压大小从而为试件提供稳定的围压和轴压,提供轴压与围压之间有一个隔断,可以保证二者之间互不干扰,在稳压罐的作用下,压力可以保持长期的稳定,这些性能保证了结果的稳定和可靠。
[0021]加压时,通过压动水泵对试件施加压力,当压力表达到所需要的数值时,即停止加压,然后关闭阀门。需要注意的是,加压时,先将轴压和围压同时加到围压所需数值,之后关闭围压阀门,继续加轴压到所需数值,这样就可以保证在加载过程中试件不会因围压或轴压某项过大而产生破碎。
[0022]当实验过程中出现漏水或因试件变形导致压力降低事件时,稳压罐中的气体压力会根据需要将其平衡到实验所需的数值,且由一个封闭可移动的滑动活塞来实现,滑动活塞上部为气体,下部空间与对应的实现围压的稳压罐C、实现轴压的稳压罐B连通。当压力增大时,水压推动滑动活塞挤压上部气体,直至气体与水压平衡时,滑动活塞不再运动,压力也被还原至最初的数值,反之压力减小时亦然。这样就可以保证压力始终稳定在所需数值上。
[0023]水压加载系统及控制系统是由水泵、稳压罐、氦气罐、气压控制器、量筒构成。
[0024]水压的加载方式与轴压、围压的加载方式略有不同,直接对试件进行加压,水压是将水先注入到稳压罐中,通过调节气压控制器对稳压罐另一半空间注入氦气来间接对活塞另一端的水作用而达到施加渗流水压的目的。渗流出的水由量筒接入并测量渗流量。
[0025](2)密封系统
[0026]试件的密封系统是试验的关键,一方面要保证密封系统在大荷载及高渗透水压作用下不发生破损导致渗漏,同时又不能影响应力加载和应变测量,这也是岩石渗流-蠕变试验中最大的难点。试件的密封系统由岩石试件、不锈钢质地的进水头与出水头、密封胶组成,出水头与试件接触面密布成回字形凹槽,可使试件表面与水充分接触以保证其内部形成较均匀的渗流场。
[0027]为了保证试件的密封,在参考前人经验的基础上,最终决定用电工胶带和pvc胶布对试件与压头的连接处进行固定和密封,这样可保证渗流水压只作用于试件的上下两端,而不会漏入缸体中部影响围压,之后在试件中部将应变片连接好后用胶水固定在试件上,这样可以保证可能渗透进入的水不会对应变片造成影响。最后在试件外包裹热缩管,用热风机将其吹至紧贴试
再多了解一些
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