多功能三轴流变仪的制作方法

专利名称:多功能三轴流变仪的制作方法
本实用新型属于测定岩石流变、扩容、断裂性状的实验装置。
该多功能三轴流变仪的主机是三轴室〔b〕。目前美国加州大学劳伦斯。李伯摩(Lawrence.LiVermore)实验室所用的三轴仪虽然具有围压、孔隙压力、温度以及应变速率四个测试功能，但此仪器采用大框架式的压机，对轴向加载以控制应变速率为常数的加载方法，试验时间最长达2～3个月，难以直接测量样品的变形和孔隙压力随着时间的变化。英国Sheffield大学有一岩石流变仪，轴向虽属液压加载，这一结构比压机式加载也较为简单，但它仅有围压、时间两个测试功能，不能测温度和孔隙压力，而且轴向压力也不够大。另外，其三轴室顶部正中央通过导管连接一个增压器，轴向压力油是从室顶正中央进入室的上部予以加压，故无法直接测量样品的轴向压缩变形。三轴室的顶盖与筒体以及底座与筒体均用丝扣连接紧固，这样沿轴向的反力主要依靠丝扣支承，因此不仅三轴室整体刚度不很大也不易装卸。还有该仪器的围压油是通过筒体侧壁打孔设围压导管进入，这就使压力筒体的强度受到一定程度的影响，外形也不够美观。
本实用新型的目的是为研究压力、孔隙流体压力、温度、时间对材料力学性状的效应而设计的仪器。它具有围压、孔隙流体压力、温度以及时间四个综合测试功能。轴向采用油压加载。该仪器结构简单合理、操作方便、体积小、成本低、外形美观，是液压加载的多功能三轴流变仪。
本实用新型的要点在于多功能三轴流变仪的主机——三轴室(附图2及附图1所示的〔a〕)
(1)具有呈半球型，有环状下缘的顶盖〔5〕、有上缘的底座〔10〕以及上、下端部有环状侧缘的筒体〔2〕，便于用两个对开半圆环形的金属刚性卡箍〔1〕，将它们紧固成一体构成三轴室〔a〕，这样沿轴向的反力便于卡箍〔1〕支承，因而三轴室的整体刚度大，装卸也很方便。三轴室的顶盖〔5〕与筒体〔2〕之间和筒体〔2〕与底座〔10〕之间有凹槽〔6〕并装有O型密封圈，这样起到良好的密封作用。
(2)轴向压力油不是沿三轴室的中心线方向引入，而是通过轴压油管〔4〕，从三轴室〔a〕上部的半圆型顶盖〔5〕的偏旁引入筒体〔2〕的上部。采用这种结构，不仅可以使轴向油压通过安装在三轴室上部的一个面积比岩样〔8〕面积大的活塞〔7〕，将油压传递给岩样〔8〕，而且也可以使作用于岩样〔8〕上的轴向压力比输入的油压增加，使之达到增加岩样上加载压力的目的；这样还可以在该活塞〔7〕上，并沿着活塞〔7〕(或岩样〔8〕)轴心线方向装上一根测量岩样轴向位移的导杆〔3〕，作为安装轴向位移传感器的杆件。这样又可达到直接量测其轴向位移的目的。
(3)由于三轴室结构简单体积小，便可将整个三轴室〔a〕置于附图1所示的以恒温烘箱为控温系统〔D〕内。这样可对整个三轴室〔a〕加温，使三轴室〔a〕内的岩样〔8〕达到予定的均匀恒定的温度。
(4)产生围压的液体是由围压系统〔B〕从底座下面的围压油管〔9〕进入筒体内，这样可不影响筒体的强度。
(5)本仪器可在长达六个月以上保持恒定压力和温度，因而可以长期直接观测岩样的流变、扩容、断裂过程中变形和孔隙流体压力随着时间的变化。
本仪器是以控制应力为常数的加载方法，可进行综合因素效应下的岩样流变、扩容、断裂试验；或用于进行综合因素或某因素效应下的常规力学试验，确定其有关参数，建立材料的本构关系和强度准则。该仪器为解决处于一定的压力、孔隙流体压力、温度等环境下地壳表层长期形变过程和深油井、地下核废料贮存库、水力、水电、国防、建工、煤炭、冶金、矿山、铁道等地下工程的长期稳定性提供设计参数，及进一步认识浅源地震前兆的力学机制创造了条件。本仪器的优点是结构简单合理、紧凑、体积小、重量轻、外形美观、易于加工、成本低，装卸和操作也都很方便。
本仪器的主要技术指标试样尺寸为φ30×75mm，温度范围为室温～400℃，最大轴压为3000巴，最大围压为500巴，孔隙流体压力为500巴。
本仪器的三轴式结构还可适用于制造更大的样品尺寸、更大的压力和温度下的装置。
附图一为多功能三轴流变仪系统框图A轴压系统B围压系统C孔隙水压力系统D控温系统a三轴室附图二多功能三轴流变仪的主机三轴室结构图1.卡箍2.筒体3.轴向位移导杆4.轴压油管
5.顶盖6.凹槽7.活塞8.岩样9.围压油管10.底座实施例例一、对饱水岩石在一定温度、围压和初始水压力条件下，进行了不排水三轴流变断裂试验。按梯级施加轴向压力直至岩样断裂，测量岩样变形随着时间变化和诱发的孔隙水压力随时间变化过程与地震的重要前兆之一——深井水位异常化，即井水位随时间上升到最高峰接着下降到最低值紧接着回升，当它下降到最低值又回升过程中发生地震——深井水位异常变化在形态上颇为相似，在时间进程上也很一致。这一室内的模拟试验的结果，在国内外尚属首次取得。
例二、在温度近200℃和恒定围压条件下，对岩样按梯级施加轴向压力直至断裂，测量岩样的轴向和侧向变形随着时间变化，以x－y函数仪记录偏力一轴向应变，并计算得偏应力——体积应变三种关系曲线，从而揭示了岩样在该温度和围压下的流变扩容断裂特性。
权利要求
1.一种有轴向油压、围向油压、孔隙压力的稳压系统以及有恒温控制系统及三轴室的多功能三轴流变仪，其特征在于三轴室所采用的锁紧顶盖[5]、筒体[2]、底座[10]的紧固件是两个对开半圆环金属刚性卡箍[1]。
2.按权利要求
1所述的三轴流变仪，其特征在于a顶盖〔5〕呈半球型，有环状下缘，b筒体〔2〕上、下端部有环状侧缘。
3.按权利要求
1或2所述的三轴流变仪其特征在于a穿过顶盖〔5〕的中央孔，沿活塞〔7〕轴线的上方装一测量轴向位移导杆〔3〕，b顶盖〔5〕中心线的偏旁有轴压油管〔4〕。
4.按权利要求
1或2所述的三轴流变仪，其特征在于围压导管开在底座〔10〕上。
5.按权利要求
3所述的三轴流变仪，其特征在于围压导管开在底座〔10〕上。
6.按权利要求
3所述的三轴流变仪，其特征在于三轴室置于恒温烘箱〔D〕内。
7.按权利要求
4所述的三轴流变仪，其特征在于三轴室置于恒温烘箱〔D〕内。
专利摘要
多功能三轴流变仪属于测定岩石流变、扩容、断裂性状的试验装置。其三轴室是用两对半圆环卡箍紧固成整体，顶盖中央有测位移导杆，偏旁还有轴压油管；围压导管从底座通入；室体置于恒温烘箱内等特点。它结构简单、合理、紧凑、装卸方便。可在一定温度、围压、孔隙压力下施加轴向载荷进行流变扩容断裂试验，并建立材料的本构关系和强度准则。本仪器用于研究地壳表面形变过程各种地下工程稳定性及地震前兆等问题。
文档编号G01N3/08GK86203554SQ86203554
公开日1987年11月7日 申请日期1986年5月30日
发明者陈宗基 申请人:中国科学院地球物理研究所