一种气液协同渗流-应力耦合的试验装置的制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种气液协同渗流?应力耦合的试验装置。将孔隙气压和孔隙水压同时添加到压力添加固定器上，将气压水压输送到气液混合器中充分混合，将混合后的水气体一起添加到试样端面。可以均匀地添加气液混合体，不会出现因气液压力集中引起的试样端面应力集中，可以进行气液渗流?应力耦合试验研究，减小试验误差,结果更加符合实际情况。
【专利说明】
一种气液协同渗流-应力耦合的试验装置
技术领域
[0001]本发明涉及一种气液协同渗流-应力耦合的试验装置，可用于气、液渗流条件下的应力添加，尤其是气体和液体两种不同介质共同添加的渗流-应力耦合试验装置。
【背景技术】
[0002]岩石材料的原生裂隙、孔隙和节理为气体和液体在岩石中的流动提供了通道，岩石受到气、液渗流-应力耦合的作用，其应力状态极其复杂。为了研究这类环境中岩石的变形渗流特性，各种岩石试验装置应运而生。但是，现阶段的岩石三轴压缩装置只能单方面地提供孔隙水压或者孔隙气压，且在试样和装置接触面上水压气压分布不够均匀，容易造成试样端面应力集中，不能确切地反应岩石在复杂环境中的受力状况，而且还会加速试样破坏，给试验研究带来困难，试验结果不够真实可靠，容易造成错误判断。
【发明内容】
[0003]为了克服现有的试验装置的不足，本发明一种气液协同渗流-应力耦合的试验装置，该装置不仅可以单方面地添加水压或气压，也可以同时对试验添加水压和气压，气压孔压添加孔直径为1.5cm，间距为2cm;在固定器内部，设置高效率圆柱形气液协同混合仓，其直径为50mm，高度为40mm，将输入进来的气体和液体充分混合，然后送到固定器端头孔压添加孔内；在固定器端头上，孔隙水压力添加孔的个数太多，会使固定器端头的强度和刚度减弱，从而导致测试压力施加不均匀且产生应力集中现象会导致岩石试件提前破坏，造成试验数据不真实的后果；而如果个数过少，会使孔隙水压力不能够充分均匀地分布在试件端面上。通过大量试验研究发现:孔隙水压力随着离孔隙水压力添加孔中心距离的增加而减小，试验得出的孔压、孔隙水压力添加孔直径、端面上任一点距离孔隙水压力添加孔中心的距离的关系表达式如下式所示。
[0004]q = p( 1-1/ 2d)
注:式中的g为折减后的孔压^为原始孔压;2为端面上任一点距离孔隙水压力添加孔中心的距离;c/为孔隙水压力添加孔直径。
[0005]原孔隙水压力添加孔直径为2.5_，根据上式，得出两个孔压添加孔中心距离2 =
7.通过这样设置两个孔压添加孔中心的距离，在可以保持固定器强度和刚度的基础上将所提供的压力均匀分布到试样端部，固定器端头上一共设置25个孔压添加孔。
[0006]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:将试样固定器分为单相压力添加和双相压力添加固定器。单向压力添加固定器可以给试样单方面地提供气压或者水压，双相压力添加固定器则可以给试样同时提供气压和水压。根据试验方案，选择合适的固定器，进行压力添加。当选择双相压力添加固定器时，将孔隙气压添加装置和孔隙水压添加装置同时连接到固定器上，在固定器内部设置高效率气液混合器，将所添加的气体和液体充分混合，达到气液一体化的效果，对试样进行双相压力添加。在固定器与试样接触面上，将原来的单孔固定器端头改进成多孔端头，将所添加的压力均匀分布到试样端面上，避免局部应力集中的问题，达到应力均匀分布的目的。
[0007]本发明的有益效果是，可以同时对试样添加气压和水压，而且将气液充分混合，均匀地添加到试样端面；同时保持固定器强度和刚度，从而确保测试压力的均匀有效施加。装置改进只需改进试样固定器，试验结果可靠性增加;而且本发明原理简单，容易实现。
【附图说明】
[0008]图1为单相压力添加固定器结构示意图，其中，标号I为气体或液体添加孔。
[0009]图2为双相压力添加固定器结构示意图，其中，标号2和3分别为气体和液体添加孔。
[0010]图3为固定器纵断面示意图，其中，标号4和5分别为气体通道和液体通道;标号6为气液体通道，标号7为协同气液混合仓。
[0011]图4为固定器端头截面示意图，其中，标号8为孔压添加孔。
[0012]图5为固定器端头孔压添加孔示意图。
【具体实施方式】
[0013]为了克服现有的试验装置的不足，本发明提供了一种气液协同渗流-应力耦合的试验装置，该装置不仅可以单方面地添加水压或气压，也可以同时对试验添加水压和气压，气压孔压添加孔直径为1.5cm，间距为2cm;在固定器内部，设置高效率气液混合器，将输入进来的气体和液体充分混合，然后送到固定器端头孔压添加孔内；在固定器端头上，孔隙水压力添加孔的个数太多，会使固定器端头的强度和刚度减弱，从而导致测试压力施加不均匀且产生应力集中现象会导致岩石试件提前破坏，造成试验数据不真实的后果;而如果个数过少，会使孔隙水压力不能够充分均匀地分布在试件端面上。通过大量试验研究发现:孔隙水压力随着离孔隙水压力添加孔中心距离的增加而减小，试验得出的孔压、孔隙水压力添加孔直径、端面上任一点距离孔隙水压力添加孔中心的距离的关系表达式如下式所示。
[0014]g = P ( 1-1/ 2 d )
其中4为折减后的孔压4为原始孔压d为端面上任一点距离孔隙水压力添加孔中心的距离;c/为孔隙水压力添加孔直径。
[0015]原固定器端头孔隙水压力添加孔直径为2.5mm，根据上式，得出两个孔压添加孔中心距离2 = 7.5mm。通过这样设置两个孔压添加孔中心的距离，在可以保持固定器强度和刚度的基础上将所提供的压力均匀分布到试样端部，固定器端头上一共设置25个孔压添加孔。
[0016]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:将试样固定器分为单相压力添加和双相压力添加固定器。单向压力添加固定器可以给试样单方面地提供气压或者水压，双相压力添加固定器则可以给试样同时提供气压和水压。根据试验方案，选择合适的固定器，进行压力添加。当选择双相压力添加固定器时，将孔隙气压添加装置和孔隙水压添加装置同时连接到固定器上，在固定器内部设置高效率气液混合器，将所添加的气体和液体充分混合，达到气液一体化的效果，对试样进行双相压力添加。在固定器与试样接触面上，将原来的单孔固定器端头改进成多孔端头，将所添加的压力均匀分布到试样端面上，避免局部应力集中的问题，达到应力均匀分布的目的。
[0017]本发明的有益效果是，可以同时对试样添加气压和水压，而且将气液充分混合，均匀地添加到试样端面；同时保持固定器强度和刚度，从而确保测试压力的均匀有效施加。装置改进只需改进试样固定器，试验结果可靠性增加;而且本发明原理简单，容易实现。
[0018]当需要添加孔隙气压或者孔隙水压时，选择图1所示固定器，将试样安装在上下两个固定器上，然后放入三轴压缩室内；预先试加孔隙水压或者孔隙气压，如果试加顺利，将孔隙水压或者孔隙气压的接头连接到图1压力添加固定器接头I上，然后用扳手固定紧。开始单相压力添加试验。
[0019]当需要同时对试样添加孔隙水压和孔隙气压时，选择图2所示固定器，将试样安装在上下固定器上，然后放入到三轴压缩室内；预先试加孔隙水压和孔隙气压，试加顺利，将孔隙水压接头和孔隙气压接头分别接到图2压力添加固定器接头2和3上，然后用扳手固定紧，放下三轴腔，进行冲油，打开围压添加器添加围压，然后同时打开孔隙水压添加器和孔隙气压添加器，随后打开气液混合器，让气体和液体充分混合后添加到试样断面，进行气液渗流-应力耦合试验。
【主权项】
1.一种气液协同渗流-应力耦合的试验装置，其特征在于:在试样固定器上同时添加孔隙水压和孔隙气压，气压孔压添加孔直径为1.5cm，间距为2cm;在固定器内部，设置高效率圆柱形气液协同混合仓，其直径为50mm，高度为40mm，将输入进来的气体和液体充分混合，然后将混合体送入固定器端头孔压添加孔中；端头孔压添加孔直径为2.5_，两个相邻的添加孔中心间距7.5mm，整个固定器端头上一共设置25个固定器端头孔压添加孔。2.根据权利要求1所述的一种气液协同渗流-应力耦合的试验装置，其特征在于:可以单相添加孔隙水压或者孔隙气压，也可以同时进行添加，双相压力添加固定器内部设置有高效率气液混合器，可以将同时添加进来的水压和气压充分混合，形成水气体添加到试样端面。3.根据权利要求1所述的一种气液协同渗流-应力耦合的试验装置，其特征在于，可以将液体、气体或者水气体均匀添加到试样端面，避免出现试样端面应力集中问题。4.一种气液协同渗流-应力耦合的试验装置，其特征在于:孔隙水压力随着离孔隙水压力添加孔中心距离的增加而减小，试验得出的孔压、孔隙水压力添加孔直径、端面上任一点距离孔隙水压力添加孔中心的距离的确定应按照公式^ = P ( 1-1/ 2d」确定，其中^为折减后的孔压^为原始孔压；2为端面上任一点距离孔隙水压力添加孔中心的距离；c/为孔隙水压力添加孔直径。
【文档编号】G01N15/08GK106018110SQ201610522719
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年7月5日
【发明人】刘文博, 张树光
【申请人】辽宁工程技术大学