大尺寸层状承压岩石真三轴加卸载试验装置及测试方法_3

文档序号:9785076阅读:来源:国知局
;声发射信号采集与处理系统包括:5-2a、耐压声发射接收探头,5-2b、探头抗压防护罩,5-2c、第二弹性橡胶圈,5-2d、信号传输导线,5-2e、声发射探头导线转接口,5-2f、DS5-16B型全信息声发射信号分析仪(内置信号放大器),5-2g、PC机(声发射信号米集与处理程序);视电阻率信号采集与处理系统包括:5-3a、铜片电极,5-3b、电极抗压防护罩,5-3c、第三弹性橡胶圈,5-3d、铜质漆包信号传输导线,5-3e、铜片电极导线转接口,5-3f、WBD型网络并行电法仪(WBDPro电阻率数据解析系统),5-3g、PC机(surfer或illustrator软件辅助绘图程序)。
【具体实施方式】
[0041]下面结合附图及【具体实施方式】对本发明方案做进一步详细描述:
[0042]如图1和图2所示,一种大尺寸层状承压岩石真三轴加卸载试验装置,由围压加载模块、试样存放及出水模块、承压水加载模块、载荷加载模块及信号采集与处理系统组成,围压加载模块由两套相互独立、相互垂直的水平加卸载系统构成,其能在两个相互垂直的方向上对所包裹的试样存放及出水模块进行水平方向上载荷的加载与卸载,承压水加载模块位于试样存放及出水模块底部,对层状岩石底部进行承压水的加载与卸载,载荷加载模块位于试样存放及出水模块顶部,对层状岩石顶部进行垂直方向上载荷的加载与卸载,信号采集与处理系统在整个实验过程中进行信号的采集与分析。所述试验装置,除液压油管、高压水管、出水管、密封圈等辅助配件外,均由具有一定刚度和强度的45号钢铸造加工而成,且其内外表层均镀有一定厚度的绝缘层(聚四氟乙烯)。
[0043]如图1和图2所示,围压加载模块,由圆形围压缸1-1、方形橡胶筒1-2、内方外圆的围压腔1-3、圆形端盖1-4、圆形端盖密封环1-5、内六角螺钉1-6、方形下密封环1-7、方形限位卡环1-8、限位卡环螺钉1-9、方形上密封环1-10、方形密封定位压钣1-11、压钣固定螺钉1-12、液压控制系统1-13、第一液压油管1-14、第一液压阀门1-15、第一稳压装置1-16、第一三通阀1-17、第一左液压油缸1-18、第一左活塞杆1-19、第一左球头1-20、第一左垫块1-21、第一左压板1-22、第一左位移传感器1-23、第一左载荷传感器1-24、第一右液压油缸1-25、第一右活塞杆1-26、第一右球头1-27、第一右垫块1-28、第一右压板1-29、第一右位移传感器1-30、第一右载荷传感器1-31、第二液压油管1-32、第二液压阀门1-33、第二稳压装置1-34、第二三通阀1-35、第二前液压油缸1-36、第二前活塞杆1-37、第二前球头1-38、第二前垫块1-39、第二前压板1-40、第二前位移传感器1-41、第二前载荷传感器1-42、第二后液压油缸1-43、第二后活塞杆1-44、第二后球头1-45、第二后垫块1-46、第二后压板1-47、第二后位移传感器1-48、第二后载荷传感器1-49、第一排气阀1-50组成;所述方形橡胶筒1-2与所述圆形围压缸1-1同轴并位于圆形围压缸1-1内,方形橡胶筒1-2与圆形围压缸1-1间的空隙构成内方外圆的围压腔1-3;所述圆形端盖1-4与圆形围压缸1-1相匹配,并利用圆形端盖1-4、圆形端盖密封环1-5、内六角螺钉1-6对圆形围压缸1-1进行密封,圆形围压缸1-1内,利用方形下密封环1-7、方形限位卡环1-8、限位卡环螺钉1-9、方形上密封环1-10、方形密封定位压钣1-11、压钣固定螺钉1-12对内方外圆的围压腔1-3进行密封处理。所述第一左液压油缸1-18与第一右液压油缸1-25关于圆形围压缸1-1对称布置,构成第一套水平加卸载系统;所述第一左活塞杆1-19一端内置于所述第一左液压油缸1-18内、第一右活塞杆1-26—端内置于所述第一右液压油缸1-25内,所述第一左活塞杆1-19与第一右活塞杆1-26的另一端均穿过所述圆形围压缸1-1侧壁,在围压腔1-3内第一左活塞杆1-19通过所述第一左球头1-20、第一左垫块1-21与所述第一左压板1-22相连,第一右活塞杆1-26通过所述第一右球头1_27、第一右垫块1-28与所述第一右压板1-29相连;所述第一左位移传感器1-23与第一右位移传感器1-30分别布置在第一左液压油缸1-18与第一右液压油缸1-25上,所述第一左载荷传感器1-24与第一右载荷传感器1-31分别布置在第一左活塞杆1-19与第一右活塞杆1-26上,采集第一套水平加卸载系统的位移与载荷;所述第二前液压油缸1-36与第二后液压油缸1-43关于圆形围压缸1-1对称布置,构成第二套水平加卸载系统,且第二套水平加卸载系统与第一套水平加卸载系统在同一个平面内相互垂直,关于圆形围压缸1-1对称分布;所述第二前活塞杆1-37—端内置于所述第二前液压油缸1-36内、第二后活塞杆1-44 一端内置于所述第二后液压油缸1-43内,所述第二前活塞杆1-37与第二后活塞杆1-44的另一端均穿过所述圆形围压缸1-1侧壁,在围压腔1-3内第二前活塞杆1-37通过所述第二前球头1-38、第二前垫块1-39与所述第二前压板1-40相连,第二后活塞杆1-44通过所述第二后球头1-45、第二后垫块1-46与所述第二后压板1-47相连;所述第二前位移传感器1-41与第二后位移传感器1-48分别布置在第二前液压油缸1-36与第二后液压油缸1-43上,所述第二前载荷传感器1-42与第二后载荷传感器1-49分别布置在第二前活塞杆1-37与第二后活塞杆1-44上,采集第二套水平加卸载系统的位移与载荷;所述第一液压油管1-14 一端依次通过第一液压阀门1-15、第一稳压装置1-16、第一三通阀1-17后,分别与所述第一左液压油缸1-18与第一右液压油缸1-25相连,另一端与所述液压控制系统1-13相连,控制第一套水平加卸载系统;所述第二液压油管1-32—端依次通过第二液压阀门1-33、第二稳压装置1-34、第二三通阀1-35后,分别与所述第二前液压油缸1-36与第二后液压油缸1-43相连,另一端与所述液压控制系统
1-13相连,控制第二套水平加卸载系统;所述液压控制系统1-13通过所述第一液压油管1-14同步控制所述第一左活塞杆1-19与第一右活塞杆1-26的伸入与伸出,实现第一套水平加卸载系统对方形橡胶筒内层状承压岩石的水平加载与卸载;所述液压控制系统1-13通过所述第二液压油管1-32同步控制所述第二前活塞杆1-37与第二后活塞杆1-44的伸入与伸出,实现第二套水平加卸载系统对方形橡胶筒内层状承压岩石的水平加载与卸载,且所述液压控制系统1-13所控制的第一套水平加卸载系统与第二套水平加卸载系统相互独立,可以实现层状承压岩石两个相互垂直方向上不等压侧向载荷的加载与卸载;所述第一排气阀1-50从圆形围压缸1-1侧壁的上部与所述内方外圆的围压腔1-3内部连通,围压加载过程中,通过第一排气阀1-50排出围压腔1-3内残存气体,保持围压腔内气压平衡,以提高试验的可靠性。
[0044]如图1所不,试样存放及出水模块,由存放层状岩石试样2-1的方形试样存放腔2-2、方形承压多孔透水钢篦2-3、圆形通孔2-3a、十字型沟槽2-3b、方形凸台肩部2-4、承压轴
2-5、方形压头2-6、方形密封圈2-7、导水沟槽2-8、十字型导水沟槽2-8a、方形状导水沟槽2-8b、出水孔2-9、出水管2-10、流量传感器2-11、贮水槽2-12组成。将加工好的大尺寸层状岩石试样2-1放置在方形试样存放腔2-2内,方形试样存放腔2-2的底部设有方形承压多孔透水钢篦2-3、方形试样存放腔2-2的顶部为方形压头;所述方形承压多孔透水钢篦2-3放置在圆形围压缸1-1底部的方形凸台肩部2-4上,其尺寸与方形凸台肩部2-4的突起高度相匹配;所述方形压头2-6与所述承压轴2-5为一整体,承压轴2-5穿过圆形端盖1-4深入方形试样存放腔2-2中,并通过方形压头2-6压住层状岩石试样顶部,所述岩石电液伺服压力试验机通
4-la过承压轴2-5传递载荷对层状岩石试样2-1进行加卸载,方形压头2-6与方形试样存放腔2-2之间的径向间隙利用方形密封圈2-7进行密封处理。如图3所示,所述方形承压多孔透水钢篦2-3为方板形,由高强度、高刚度金属材料加工制作而成,设有多排间距相同的圆形通孔2-3a;所述方形承压多孔透水钢篦2-3上表面设有多条十字型沟槽2-3b,其与圆形通孔2-3a相互连通,所述十字型沟槽2-3b宽度与圆形通2-3a孔直径相同。所述方形承压多孔透水钢篦2-3上表面设置与圆形通孔相互连通的多条十字型沟槽2-3b,既保证方形承压多孔透水钢篦2-3的刚度、强度与所述岩石电液伺服压力试验机4-la相匹配,又使得通过方形承压多孔透水钢篦2-3作用在层状岩石试样2-1底部的承压水面积增大且水压分布均匀,渗透试验结果更符合实际、更科学合理。如图4所示,所述方形压头2-6为方板形,由高强度、高刚度金属材料加工制作而成;所述方形压头2-6与承压轴2-5中部设有出水孔2-9,出水孔2-9通过出水管2-10依次与流量传感器2-11、贮水槽2-12连接;所述方形压头2-6下表面设有以出水孔2-9为中心的十字型导水沟槽2-8a与方形状导水沟槽2-8b,且导水沟槽相互连通,所述十字型导水沟槽2-8a与方形状导水沟槽2-8b在层状承压岩石破坏失稳过程中能导流承压水,有利于层状岩石试样顶部承压水向方形压头中部汇聚,易于承压水从出水孔排出。
[0045]承压水加载模块,由方形承压水存贮槽3-1、高压水管3-2、高压水表3-3、承压稳压装置3-4、注水阀3-5、柱塞计量式高压水栗3-6、水箱3-7、排水卸压阀3-8、第三三通阀3-9、第二排气阀3-10组成。所述方形承压水存贮槽3-1内的承压水通过方形承压多孔透水钢篦2-3作用在方形试样存放腔内的层状岩石试样底部,对其施加一定的承压水压。所述高压水管3-2—端与所述方形承压水存贮槽3-1内部连接,管路上依次设置高压水表3-3、承压稳压装置3-4、注水阀3-5、柱塞计量式高压水栗3-6、水箱3-7;所述承压稳压装置3_4与所述注水阀3-5之间,通过第三三通阀3-9连接所述排水卸压阀3-8,并与所述水箱3-7连接,通过排水卸压阀3-8排出方形承压水存贮槽3-1内高压水体可以卸载承压水;所述第二排气阀3-10与所述方形承压水存贮槽3-1内部连接,承压水加载过程中,通过第二排气阀3-10排出方形承压水存贮槽3-1内残存气体,避免方形承压水存贮槽内残存气体对承压水加载的影响,以提高试验的可靠性。
[0046]载荷加载模块,由岩石液压伺服加载与控制系统4-1、YAW型岩石电液伺服压力试验机4-la、PC机4-lb(PoWerTeStV3.3加载与控制程序及应力应变数据采集与处理程序)等组成。
[0047]信号采集与处理系统,由应变采集与处理系统5-1、声发射信号采集与处理系统5-
2、视电阻率信号采集与处理系统5-3三部分组成。所述应变采集与处理系统5-1包括电阻应变片5-la、第一弹性橡胶圈5-lb、数据传输导线5-lc、电阻应变片导线转接口 5-ld,LB-1V型多通道数字应变仪5-le(中心处理器、显示器和前置放大器AMP)、PC机5-lf(应力应变数据采集与处理程序);所述电阻应变片5-la利用数据传输导线5-lc与试验装置上部侧面的电阻应变片导线转接口 5-ld相连,并通过相应的导
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