一种用于测试高水材料的单轴流变系统

1.本实用新型涉及流变实验设备技术领域，具体涉及一种用于测试高水材料的单轴流变系统。


背景技术：

2.高水材料是一种新型无机非金属胶凝材料，主要用于煤矿采空区充填。作为采空区充填材料，一方面，高水材料充填体受到不同酸碱度地下水水-岩作用侵蚀，改变充填体微观结构并影响其力学特性；另一方面，高水材料充填体受到高地应力以及高水压长期作用下会发生“流变”现象，变形随时间增长而逐渐增加并可能最终导致流变破坏。因此，研究不同酸碱度压力水溶液环境下高水材料流变规律具有重要理论意义和工程应用价值。
3.相对于传统的岩土体材料，高水材料具有以下几个特点：
4.(1)高水材料易风化必须赋存在水环境中；
5.(2)高水材料的强度一般为0.1-5mpa，介于岩石和土之间。
6.因此，使用传统的岩土体流变实验装置无法有效测试测试高水材料流变特性，需要设计一种专用于高水材料试样的简易单轴流变系统。


技术实现要素：

7.为此，本实用新型所要解决的技术问题在于克服现有技术中的缺陷。
8.为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种用于测试高水材料的单轴流变系统，包括：
9.装样容器，用于置放高水试样；
10.地应力模拟组件，包括沿竖直方向依次连接且共轴的配重单元、球角压头、垫块；所述球角压头嵌于所述垫块顶端的弧形凹槽内，所述垫块置于所述高水试样顶端；所述地应力模拟组件以自身重力沿竖直方向所述高水试样施压；
11.渗流模拟组件，包括输入单元与输出单元；所述输入单元与所述装样容器的输入端连接，持续向所述装样容器输入测试溶液，使所述高水试样浸没于所述测试溶液中；所述输出单元与所述装样容器的输出端连接，回收所述输出端溢出的测试溶液。
12.作为本实用新型的一种优选方式，所述地应力模拟组件与所述装样容器共轴。
13.作为本实用新型的一种优选方式，所述地应力模拟组件还包括设于配重单元、球角压头之间的托盘，所述托盘上设水准器。
14.作为本实用新型的一种优选方式，所述托盘的上表面的中心设有竖直的连接轴，所述配重单元的中心设有通孔，所述连接轴穿过所述通孔。
15.作为本实用新型的一种优选方式，所述连接轴的顶端设有水准器。
16.作为本实用新型的一种优选方式，所述装样容器内设限位单元，所述限位单元的中心设有限位孔，所述试样穿过所述限位孔。
17.作为本实用新型的一种优选方式，所述输入单元包括盛液桶、连接输入端的第一
连接管、设于第一连接管上的进液流量控制器、与第一连接管连接的水泵。
18.作为本实用新型的一种优选方式，所述输出单元包括回收桶、连接回收桶与输出端的第二连接管、设于第二连接管上的出液流量控制器。
19.作为本实用新型的一种优选方式，还包括监测组件，所述监测组件包括径向监测单元，设于所述高水试样的外周。
20.作为本实用新型的一种优选方式，所述监测组件还包括纵向监测单元，所述纵向监测单元的下端与所述装样容器的底面位于同一水平面，上端与所述地应力模拟组件接触。
21.本实用新型的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：
22.本实用新型所述的一种用于测试高水材料的单轴流变系统，通过地应力模拟组件、渗流模拟组件模拟地下环境，便于测试高水材料在地下环境中流变特性。
附图说明
23.为了使本实用新型的内容更容易被清楚的理解，下面根据本实用新型的具体实施例并结合附图，对本实用新型作进一步详细的说明。
24.图1是本实用新型一种用于测试高水材料的单轴流变系统的示意图。
25.说明书附图标记说明：1.装样容器、11.输入端、12.输出端、14.限位单元、 2.高水试样、3.地应力模拟组件、31.配重单元、32.球角压头、33.托盘、331.连接轴、34.垫块、41.输入单元、411.盛液桶、412.第一连接管、413.进液流量控制器、414.水泵、42.输出单元、421.回收桶、422.第二连接管、423.出液流量控制器、5.水准器、6.径向监测单元、7.纵向监测单元、71.磁力表座、8.试验台。
具体实施方式
26.下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本实用新型并能予以实施，但所举实施例不作为对本实用新型的限定。
27.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第二”、“第一”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
28.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接，还可以是通信；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
29.除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二
特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。此外，术语“包括”意图在于覆盖不排他的包含，例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备，没有限定于已列出的步骤或单元而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其他步骤或单元。
30.参照图1所示，本实用新型一种用于测试高水材料的单轴流变系统的实施例，包括：
31.装样容器1，用于置放高水试样2。所述装样容器1设有输入端11、输出端12。所述输出端12可高于所述高水试样2，以便高水试样1浸没于测试溶液。
32.地应力模拟组件3，包括沿竖直方向依次连接且共轴的配重单元31、球角压头32。所述球角压头32嵌于所述垫块34的弧形凹槽内，所述地应力模拟组件3以自身重力沿竖直方向所述高水试样2施压。
33.渗流模拟组件，包括输入单元41与输出单元42。所述输入单元41与所述输入端11连接，持续向所述输入端11输出测试溶液。所述输出单元42与所述输出端12连接，回收所述输出端12溢出的测试溶液。
34.其中，单轴流变系统放置于试验台8上，该试验台8的上表面保持绝对水平，试验台8上表面可设有校准装置，用于校准试验台8的水平角度。校准装置可为水准器5，水准器5放置在试验台8四角。
35.所述装样容器1为装样桶，用于放置并浸泡高水试样2。装样容器1采用上开口结构，高水试样2自上开口进入装样容器1中。装样容器1采用高强度耐腐蚀透明有机玻璃制作。
36.地应力模拟组件3用于模拟竖直方向的地应力。地应力模拟组件3竖直加载轴压，且所加载轴压施加在高水试样2水平面中心位置上避免轴压加载出现偏心距以及相应的测量误差。
37.地应力模拟组件3的配重单元31可为配重块，利用配重块对高水试样2 施加轴压。球角压头32的下端为球面，与垫块34弧形凹槽适配。球角压头32 可确保地应力模拟组件3向高水试样2施加的是轴向压力。
38.其中，地应力模拟组件3采用重力加载形式提供轴向压力，主要由配重块、球角压头32等组成。一般蠕变试验的地应力模拟组件3的轴压加载形式有油压加载和重力加载两种。油压加载的优点在于调节方便、施力范围广等，缺点在于长期加载过程中易受不可控的外界变化(温度、振动、湿度、断电等)以及系统稳定性的影响，导致漏油、包载不稳、停机断电等情况的出现。与之相比，重力加载式则更为稳定。但重力加载式的问题在于所施加的荷载受到配重片质量和体积的制约；且当荷载等级要求很高时，需要利用杠杆原理的放大作用增加配终端的力矩。显而易见的是，设计荷载越大，所需杠杆系统就越复杂，从而增加操作难度和试验成本。对于高水材料这类“类软岩”，其抗压强度相对较低，即蠕变试验中需要的轴向荷载也相对较低，因此，采用配重块直接加载在试样上的方式，该方式具有施力条件明确、抗干扰能力强、保载稳定等优点。
39.渗流模拟组件用于提供流动测试溶液以模拟地下水对高水材料的侵蚀作用。所述输入单元41持续向所述输入端11输出测试溶液，测试溶液浸没装样容器1中的高水试样2，并自输出端12溢出，输出单元42对溢出的测试溶液进行回收。测试溶液持续输出，模拟地下
水环境。高于所述高水试样2的输出端12可保证测试溶液能够完全浸没高水试样2。
40.测试溶液为预先配置的水溶液，并存放在输入单元41内，测试溶液需要根据高水材料实际赋存环境中的地下水质进行人工配置。
41.作为优选，所述地应力模拟组件3与所述装样容器1共轴，所述地应力模拟组件3与所述高水试样2共轴。
42.地应力模拟组件3与试样的共轴采用十字对中圈对中，即事先制作出若干带有十字对中线的透明对中圈，将对中圈放置在圆柱体形试样上表面，而后垫块34根据对中圈调整位置。对中圈为透明材质，对中圈上有试样、垫块34等需要对中的组件的水平向轮廓线条，在对中圈放置在试样上、垫块34上等时可以便于对中。如，对中圈上画有圆柱体试样上表面的圆形轮廓以及十字对中线，对中时只需将试样按照对中圈上的试样轮廓线重合放置即可完成对中。同理，对中圈上亦画有垫块34的水平剖面的轮廓线和十字对中线，需要对中时只需将垫块34按照对中圈上的垫块34轮廓线重合放置即可。
43.作为优选，所述地应力模拟组件3还包括设于配重单元31、球角压头32 之间的托盘33，所述托盘33上设水准器5。水准器5用于确认托盘33是否处于水平状态，配重单元31置于托盘33上，托盘33水平则可确保配重单元31 处于水平状态。
44.所述托盘33的上表面的中心设有竖直的连接轴331，所述配重单元31的中心设有通孔，所述连接轴331穿过所述通孔。所述连接轴331的顶端设有水准器5。
45.所述连接轴331穿过所述配重单元31的通孔，便于配重单元31与连接轴 331共轴。
46.作为优选，所述装样容器内设限位单元14，所述限位单元14的中心设有限位孔，所述高水试样2穿过所述限位孔，用以固定高水试样2防止高水试样 2平移。
47.作为优选，所述输入单元41包括盛液桶411、连接输入端11的第一连接管412、设于第一连接管412上的进液流量控制器413、与第一连接管412连接的水泵414。所述输出单元42包括回收桶421、连接回收桶421与输出端12 的第二连接管422、设于第二连接管422上的出液流量控制器423。
48.预先配置所需的测试溶液，并存放在盛液桶411内，水泵414提供输送水源并提供水压的动力，进液流量控制器413调节测试溶液的输入速度，水压表监测装样桶内水位水压，第一连接管412、第二连接管422提供测试溶液的进出通道，从装样容器1排出的测试溶液进入回收桶421。
49.作为优选，还包括监测组件，所述监测组件包括径向监测单元6，设于所述高水试样2的外周。
50.径向监测单元6可为径向应变仪，即应变式压力传感器。通过在高水试样 2上径向监测单元6监测高水试样2横向体应变发展数据。
51.所述监测组件还包括纵向监测单元7，所述纵向监测单元7的下端与所述装样容器的底面位于同一水平面，上端与所述地应力模拟组件3接触。
52.纵向监测单元7可为千分表，其上下两端分别与试验台8以及地应力模拟组件3接触，纵向监测单元7与水平面垂直，通过安装纵向监测单元7监测试样轴向位移情况。作为优选，纵向监测单元7的底端可设有磁力表座71，用于与试验台8吸附。
53.纵向监测单元7至少设有一个，优选设有两个，对称地设于装样容器1的两侧。
54.其中，监测系统还可实时监测高水材料流变试验过程中的物理、力学、化学变化，
由应变测量装置、物理化学监测装置组成。应变测量装置可包括监测组件，物理化学监测装置主要对流变过程中的物理化学变化进行监测，主要包括流变过程的试验现象实时摄影录像记录以及其他形式记录，以及对流变过程中的温度、化学液溶液颜色、ph值变化、化学离子浓度变化等等方面的监测，所需设备根据实验需要进行合理配置。
55.本实用新型的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：
56.本实用新型所述的一种用于测试高水材料的单轴流变系统，所有组件都可以自行购置、加工和组装，各个组件都是常规成型产品，不需要专门定制。本实用新型结构简单，组装容易，可以用于高水材料的简易单轴流变实验测试。
57.显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型创造的保护范围之中。