一种岩心三轴试验装置的制作方法

本发明公开了一种岩心三轴试验装置。

背景技术：

岩心三轴试验是岩石力学与岩土工程领域常用的研究岩石强度及本构关系的试验方式。待测试件通常取直径为1英寸，高度为2英寸的圆柱形岩心。目前，三轴试验通常需要进行若干组，每组试验要更换不同的岩心。在更换岩心时，工序复杂、耗时耗力，且岩心的径向和轴向位移大小不易测得，大大降低了工作效率。

因此，目前亟待研发一种新型岩心三轴试验装置，在保证位移测量结果准确的前提下，使试验工序和位移测量过程更加容易，从而提高试验精度和效率。

技术实现要素：

为了解决现有技术中存在的技术问题，本发明公开了一种岩心三轴试验装置。在保证位移测量结果准确的前提下，使试验工序和位移测量过程更加容易，从而提高试验精度和效率。

本发明采用的技术方案如下：

一种岩心三轴试验装置包括一个三轴夹持器、压力仓和监控系统，所述的三轴夹持器夹持压力仓，所述的压力仓为一个顶面和底面封闭的圆柱形结构，其内部从上到下依次被分割成了三个独立的第一空间、第二空间、第三空间，且沿压力仓的轴线方向插装有贯穿其顶部和底部的柱塞，所述的柱塞包括上下对称设置的上部柱塞和下部柱塞，所述上部柱塞穿过第一空间延伸到第二空间，上部柱塞位于第一空间的部分的外圈与压力仓之间设有挡板，用于承受液体压力并带动上部柱塞实现升降；所述下部柱塞穿过第三空间延伸到第二空间，用于将待测岩心送入压力仓中并固定；所述的监控系统包括泵A和泵B，泵A和泵B分别通过输送管与所述的第一空间、第二空间相连，给压力仓的第一空间、第二空间输送液体并传递压力。

进一步的，所述的挡板将第一空间又分成了上空间和下空间；所述的上空间和下空间各设有一个进液口和出液口，两个进液口分别通过进液管I与恒速恒压泵A相连，两个出液口分别连接有排液管，在所述的进液口和出液口分别设有阀门。

进一步的，在所述的上空间的出液口设置第一阀门，在下空间的出液口设置第三阀门，在上空间的进液口设置第二阀门，在下空间的进液口设置第四阀门；

施加轴压时，液体通过第二、第四阀门流入，通过第一、第三阀门流出。若打开第一、第四阀门，关闭第二、第三阀门，则所述上部柱塞挡板下侧压力增大，所述上部柱塞上升；若打开第二、第三阀门，关闭第一、第四阀门，则所述上部柱塞挡板上侧压力增大，所述上部柱塞下降，进而对待测岩心施加轴力。

进一步的，所述上部柱塞与位移传感器A相连，用于对岩心施加轴压并实时测量轴向位移；所述位移传感器A设于所述上部柱塞顶端，设定试验开始前，上下柱塞与待测岩心紧密接触为初始状态，随着试验进行，轴压增大，位移传感器A可实时测得待测岩心的轴向位移。

进一步的，在所述的第二空间内设有一个胶套，所述的待测岩心放置在所述的胶套内部，且待测岩心的外圈全部由胶套包围，液体注入到第二空间内，通过胶套向岩心施加围压。

进一步的，所述的第二空间通过进液管II与恒速恒压泵B相连，在其连接的管上设有第六阀门和位移传感器B；第六阀门用于将液体注入胶套周围，随着注入液体增多，压力增大，通过胶套对待测岩心施加围压；

所述位移传感器B设于第六阀门所在的控制围压的输液管与压力仓的交界处，当轴压增大，待测岩心轴向缩短，径向扩张，由于围压不变，待测岩心的径向扩张必然导致压力仓中胶套周围的液体流出，位移传感器B通过测流出液体的体积，结合已知的输送管直径，测得待测岩心的径向位移。

进一步的，进液管I和进液管II之间通过管路连通，且在其连通的管路上设有第五阀门；该阀门为备用阀门，正常使用时该阀门为关闭状态，当其中一个恒速恒压泵出现问题时，可以通过开启此阀门来实现围压和轴压的施加。

进一步的，所述下部柱塞杆体带有外螺纹，压力仓与下部柱塞杆体配合的部分设有内螺纹，可通过手动旋转下部柱塞杆实现拆卸与安装，用于将待测岩心送入压力仓中并固定。

进一步的，所述泵设有A、B两个，正常工作时，A泵施加轴压，B泵施加围压。恒速恒压泵可显示液体(水)的实时流量、累计流量和实施压力，真实反应试验状态。所述位移传感器设有A、B两个。

所述的泵A和泵B与储液罐相连，且在泵A的进口和出口分别设有第八阀门和第七阀门；在在泵B的进口和出口分别设有第十阀门和第九阀门。

本发明的有益效果如下：

1.通过设置传感器A和传感器B，保证了位移测量结果的准确性，同时使试验工序和位移测量过程更加容易，从而提高试验精度和效率。

2.通过对压力仓的空间分割以及各个阀门的控制，实现了对围压和轴压的施加与卸载。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1本发明的整体结构图；

图2压力仓管路部分的结构图；

图3压力仓的纵剖面图；

图中：1、三轴夹持器，2、压力仓，3、输液管，4、阀门，5、恒速恒压泵，4-1、4-2、4-3、4-4、4-5、4-6、4-7、4-8、4-9、4-10—阀门；6-1—位移传感器A，6-2—位移传感器B，3-1、3-2—输液管，5-1—恒速恒压泵A，5-2—恒速恒压泵B；2-1-上部柱塞，2-2-下部柱塞，2-3-胶套，2-4-挡板，2-5-待测岩心。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

术语解释部分:所述输液管为金属空心管，所有金属空心管的直径一定且已知，所述输液管连接恒速恒压泵与压力仓，用于输送液体(水)并传递压力；三轴夹持器为现有的夹持装置，只是起到一个夹持压力仓的作用。

本发明为了解决背景技术部分提出的技术方案，公开了一种岩心三轴试验装置，其由支撑系统、加载系统和监控系统三部分组成。所述支撑系统为三轴夹持器，三轴夹持器与压力仓螺栓连接，固定加载系统。所述加载系统包括输送管、压力仓、阀门1-6。所述监控系统包括恒速恒压泵、位移传感器。

具体的，如图1-3所示，其包括一个三轴夹持器1、压力仓2和监控系统，所述的三轴夹持器1夹持压力仓2；

所述的压力仓2为一个顶面和底面封闭的圆柱形结构，其内部从上到下依次被分割成了三个独立的第一空间、第二空间、第三空间，且沿压力仓3的轴线方向插装有贯穿其顶部和底部的柱塞，所述的柱塞包括上下对称设置的上部柱塞2-1和下部柱塞2-2，所述上部柱塞2-1穿过第一空间延伸到第二空间，上部柱塞位于第一空间的部分的外圈与压力仓之间设有挡板2-3，用于承受液体压力并带动上部柱塞实现升降；所述下部柱塞2-2穿过第三空间延伸到第二空间，用于将待测岩心送入压力仓中并固定；

所述的监控系统包括恒速恒压泵A5-1和恒速恒压泵B5-2，恒速恒压泵A5-1和恒速恒压泵B5-2分别通过输送管与所述的第一空间、第二空间相连，给压力仓的第一空间、第二空间输送液体并传递压力。

所述恒速恒压泵设有A、B两个，正常工作时，恒速恒压泵A施加轴压，恒速恒压泵B泵施加围压。恒速恒压泵可显示液体(水)的实时流量、累计流量和实施压力，真实反应试验状态。

进一步的，为了是实现上部柱塞2-1的上下自动移动，挡板将第一空间又分成了上空间和下空间；所述的上空间和下空间各设有一个进液口和出液口，两个进液口分别通过进液管I与恒速恒压恒速恒压泵A相连，两个出液口分别连接有排液管，在所述的进液口和出液口分别设有阀门。

在所述的上空间的出液口设置第一阀门4-1，在下空间的出液口设置第三阀门4-3，在上空间的进液口设置第二阀门4-2，在下空间的进液口设置第四阀门4-4；具体的实现过程如下：

施加轴压时，液体通过第二、第四阀门流入，通过第一、第三阀门流出。若打开第一、第四阀门，关闭第二、第三阀门，则所述上部柱塞挡板下侧压力增大，所述上部柱塞上升；若打开第二、第三阀门，关闭第一、第四阀门，则所述上部柱塞挡板上侧压力增大，所述上部柱塞下降，进而对待测岩心施加轴力。

进一步的，所述上部柱塞与位移传感器A6-1相连，用于对岩心施加轴压并实时测量轴向位移；所述位移传感器A6-1设于所述上部柱塞顶端，设定试验开始前，上下柱塞与待测岩心紧密接触为初始状态，随着试验进行，轴压增大，位移传感器A6-1可实时测得待测岩心的轴向位移。

进一步的，在所述的第二空间内设有一个胶套2-4，所述的待测岩心2-5放置在所述的胶套2-4内部，且待测岩心2-5的外圈全部由胶套包围，液体注入到第二空间内，通过胶套向岩心施加围压。

进一步的，所述的第二空间通过进液管II3-2与恒速恒压泵B5-2相连，在其连接的管上设有第六阀门和位移传感器B6-2；第六阀门用于将液体注入胶套周围，随着注入液体增多，压力增大，通过胶套对待测岩心施加围压；

所述位移传感器B6-2设于第六阀门所在的控制围压的输液管与压力仓的交界处，当轴压增大，待测岩心轴向缩短，径向扩张，由于围压不变，待测岩心的径向扩张必然导致压力仓中胶套周围的液体流出，位移传感器B6-2通过测流出液体的体积，结合已知的输送管直径，测得待测岩心的径向位移。

进一步的，进液管I3-1和进液管II3-2之间通过管路连通，且在其连通的管路上设有第五阀门4-5；该阀门为备用阀门，正常使用时该阀门为关闭状态，当其中一个恒速恒压泵出现问题时，可以通过开启此阀门来实现围压和轴压的施加。

进一步的，所述下部柱塞杆2-2体带有外螺纹，压力仓与下部柱塞杆体2-2配合的部分设有内螺纹，可通过手动旋转下部柱塞杆实现拆卸与安装，用于将待测岩心送入压力仓中并固定。

进一步的，所述恒速恒压泵设有A、B两个，正常工作时，A泵施加轴压，B泵施加围压。恒速恒压泵可显示液体(水)的实时流量、累计流量和实施压力，真实反应试验状态。所述位移传感器设有A、B两个。

所述的恒速恒压泵A5-1和恒速恒压泵B5-2与储液罐相连，且在恒速恒压泵A的进口和出口分别设有第八阀门4-8和第七阀门4-7；在恒速恒压泵B的进口和出口分别设有第十阀门4-10和第九阀门4-9。

位移传感器设有A、B两个的目的是：位移传感器A设于所诉上部柱塞顶端，设定试验开始前，上下柱塞与待测岩心紧密接触为初始状态，随着试验进行，轴压增大，位移传感器A可实时测得待测岩心的轴向位移。

位移传感器B设于所述阀门6所在的控制围压的输送管与压力仓的交界处，当轴压增大，待测岩心轴向缩短，径向扩张，由于围压不变，待测岩心的径向扩张必然导致压力仓中胶套周围的液体流出，位移传感器B通过测流出液体的体积，结合已知的输送管直径，测得待测岩心的径向位移。

压力仓包括柱塞、胶套的尺寸与实际待测岩心的尺寸大小相匹配。

阀门4-1、4-2设于所述上部柱塞挡板的上侧，所述阀门4-3、4-4设于所述上部柱塞挡板的下侧。施加轴压时，液体(水)通过阀门4-2、4-4流入，通过阀门4-1、4-3流出。若打开阀门4-1、4-4，关闭阀门4-2、4-3，则所述上部柱塞挡板下侧压力增大，所述上部柱塞上升；若打开阀门4-2、4-3，关闭阀门4-1、4-4，则所述上部柱塞挡板上侧压力增大，所述上部柱塞下降，进而对待测岩心施加轴力。所述阀门4-6用于将液体(水)注入胶套周围，随着注入液体(水)增多，压力增大，通过胶套对待测岩心施加围压。所述阀门4-5为备用阀门，正常使用时阀门4-5为关闭状态。当其中一个恒速恒压泵不能正常工作时，可将阀门2、4关闭，阀门4-5、4-6开启，即可实现通过A泵施加围压；同理，阀门4-6关闭，阀门4-5开启，即可通过B泵施加轴压。试验时，每组试验先设定围压，在围压一定的情况下增大轴压，直到待测岩心破坏。

具体的试验方法如下：

1.实验前准备工作

打开阀门4-8，关闭阀门4-7，在恒速恒压泵A5-1操作面板按充液键使

恒速恒压泵A5-1充满液；打开阀门4-7，关闭阀门4-8。

打开阀门4-10，关闭阀门4-9，在B泵操作面板按充液键使恒速恒压泵B5-2充满液；打开阀门4-9，关闭阀门4-10。

关闭阀门4-5，打开阀门4-1、4-4，关闭阀门4-2、4-3，操作恒速恒压泵A5-1使液体进入压力仓，从而使压力仓中上部柱塞上升至顶部。

卸下下部柱塞，将待测岩心装入压力仓，再将下部柱塞拧紧，此时待测岩心的上下两端面分别与上部柱塞和下部柱塞相接触。此时上部柱塞为初始位置。

2.开始试验

关闭阀门4-5，打开阀门4-6、4-9，使用恒速恒压泵B5-2向围压舱内施加围压，当围压达到目标值时，停止加压。

关闭阀门4-1、4-4，打开阀门4-2、4-3，关闭阀门4-5，使用恒速恒压泵A5-1向压力仓中施加轴压，当待测岩心破坏，即压力骤然降低时，停止加压。

试验结束，记录试验数据并分析。

从以上的描述中，可以看出，本申请上述的实施例实现了如下技术效果：

1.通过设置传感器A和传感器B保证了位移测量结果的准确性，同时使试验工序和位移测量过程更加容易，从而提高试验精度和效率。

2.通过对压力仓的空间分割以及各个阀门的控制，实现了对围压和轴压的施加与卸载。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。