[實用新型]滲壓突變下砂礫介質細觀結構演變實驗裝置

有效

• 申請號: 201720660943.6
• 申請日: 2017-06-08
• 公開（公告）號: CN206990359U
• 公開（公告）日: 2018-02-09
• 發明（設計）人: 袁越;李樹清;趙延林;王衛軍
• 申請（專利權）人: 湖南科技大學
• 主分類號: G01N3/12
• 分類號: G01N3/12;G01N15/08
• 代理公司: 徐州市淮海專利事務所32205
• 代理人: 張旭

技術領域

本實用新型涉及一種巖石細觀結構演變實驗裝置，具體是一種滲壓突變下砂礫介質細觀結構演變實驗裝置。

背景技術

砂礫層在我國西部礦區(如陜西、寧夏、內蒙和新疆等)的煤系地層中普遍存在。由于砂礫層成巖作用差、膠結程度低、顆粒差異大、富水性強等諸多因素的不利影響，水-力耦合作用下砂礫層巷道的整體強度、穩定性均較低。而頻繁、不定期的礦井采掘工程活動對圍巖滲流場的擾動影響十分顯著，往往使得流場壓力、狀態發生突變及巖土介質細觀結構產生異變、破壞，進而導致砂礫層巷道掘進及服務期間時常發生冒頂、塌方等突發性的非線性大變形災害事故，對礦井建設與安全生產造成了巨大威脅。因此，富水砂礫層巷道圍巖在滲壓突變及水力耦合條件下的細觀結構演變過程便成為研究圍巖破壞失穩機制的重點。

研究滲壓突變下砂礫介質細觀結構演變過程的直觀、有效途徑之一是室內實驗，但是目前相關的實驗儀器、設備還存在著多方面的缺陷，以致于無法成功開展實驗研究。主要表現為：一是實驗裝置施加的滲透水壓力一般為恒定水頭、變水頭或是注入定水壓，而無法實現在正常滲流實驗過程中滲壓的瞬間可控提高，模擬不了流場變化的壓力條件。二是采用傳統的壓力室結構及監測手段，無法對砂礫介質水力耦合作用下的細觀結構演變過程進行實時直觀地觀測。三是砂礫試樣兩端水壓短時變化監測效果不理想，傳感器件靈敏度偏低，壓力值短時程連續捕捉能力不足。故現有儀器設備在滲壓突變加載、細觀結構實時觀測等方面均存在技術問題，因此，嚴重影響了滲壓突變下砂礫介質細觀結構演變過程實驗研究。

發明內容

針對上述現有技術存在的問題，本實用新型提供一種滲壓突變下砂礫介質細觀結構演變實驗裝置，能在實驗室內實現滲壓突變的情況，并可觀察到在該情況下砂礫介質細觀結構的變化情況，最終得到滲壓突變下砂礫介質細觀結構演變規律及孔壓變化規律，對后續的工程實踐提供理論支撐。

為了實現上述目的，本實用新型采用的技術方案是：一種滲壓突變下砂礫介質細觀結構演變實驗裝置，包括承載裝置、滲壓突變裝置、單軸加載系統和測控系統，承載裝置包括底座、右立柱、左立柱和頂梁，左立柱和右立柱均固定在底座上，頂梁通過連接孔套在左立柱和右立柱上并通過第一螺母和第二螺母分別固定；

所述承載裝置內設有第一傳壓塊和第二傳壓塊，第一傳壓塊上設有進水孔，進水孔的下端設有第一透水盤和第一動態水壓傳感器，第二傳壓塊上設有出水孔，出水孔的上端設有第二透水盤和第二動態水壓傳感器，出水孔的下端通過管路與水池連接，出水孔與水池之間的管路上設有第二閥門和流量計；

所述滲壓突變裝置包括橫桿、左支腿、右支腿、釋放器、導向軸、缸筒和沖擊塊，左支腿和右支腿的下端固定在缸筒上，左支腿和右支腿的上端均設有U型叉結構，缸筒的側部設有供水口和溢水口，供水口的位置高于溢水口的位置，缸筒底部與蓄水器的一端連通，蓄水器的另一端通過管路與第一傳壓塊的進水孔連通，在蓄水器與進水孔之間的管路上設有第一閥門，橫桿固定在導向軸的上端，沖擊塊滑動地套在導向軸上，導向軸的下端設有截止頭，所述橫桿的長度大于左支腿與右支腿之間的直線距離，所述釋放器包括定位螺桿、活動體、旋轉座、旋轉臂和旋轉軸，活動體套在右支腿上并通過定位螺桿固定，旋轉座固定在活動體的一側，旋轉軸設置在旋轉座上，所述旋轉臂的一端通過旋轉軸與旋轉座活動連接，旋轉臂的另一端為分叉結構，導向軸處于分叉結構中；

所述單軸加載系統包括油源、加載缸、蓄能器、第一換向閥、第二換向閥、壓力計和磁致位移傳感器，加載缸嵌入在底座內，磁致位移傳感器設置在加載缸上，加載缸的進油口和出油口分兩個油路與油源連接，所述蓄能器連接在加載缸和油源之間其中一個油路上，所述壓力計和第二換向閥均設置在與蓄能器相同的油路上，第一換向閥設置在另一個油路上；

所述測控系統包括控制裝置、升降臺、高速攝像儀和顯微觀察裝置，高速攝像儀和顯微觀察裝置設置在升降臺，控制裝置與高速攝像儀、磁致位移傳感器、壓力計、第一動態水壓傳感器、第二動態水壓傳感器和油源連接。

進一步，還包括防護門，防護門安裝在承載裝置的側部，所述防護門上設有透明觀察窗。

進一步，還包括觸發裝置，觸發裝置由觸發旋鈕、復位軸和彈簧組成，復位軸套有彈簧并支撐在所述旋轉座內，復位軸的一端伸出旋轉座并支撐旋轉臂，復位軸上設有限位齒，旋轉座內設有與限位齒對應的限位槽，觸發旋鈕固定在復位軸的端部。

進一步，所述控制裝置為微型計算機。

進一步，所述導向軸上設有刻度。