[發明專利]一種內外水壓差孔道巖石試件的滲流試驗裝置與試驗方法

在審

• 申請號: 202010612187.6
• 申請日: 2020-06-30
• 公開（公告）號: CN111595755A
• 公開（公告）日: 2020-08-28
• 發明（設計）人: 趙延林;譚濤;常樂
• 申請（專利權）人: 湖南科技大學
• 主分類號: G01N15/08
• 分類號: G01N15/08;G01N3/08
• 代理公司: 湘潭市匯智專利事務所(普通合伙) 43108
• 代理人: 陳偉

1.一種內外水壓差孔道巖石試件的滲流試驗裝置，其特征在于：包括試件系統、軸向加載系統、圍壓加載系統、水壓加載系統和控制器，所述軸向加載系統包括加載軸、軸力傳感器、殼體、三軸腔、承壓板和底座，殼體底部通過承壓板安裝在底座上，殼體內形成三軸腔，所述三軸腔內充有水，所述試件系統位于三軸腔內底部中間，試件系統頂部設有加載軸，加載軸上設有軸力傳感器，軸力傳感器的信號輸出端與控制器相連，所述圍壓加載系統與三軸腔連接，用于對試件系統加載圍壓；所述水壓加載系統與三軸腔連接，用于對試件系統加載水壓。

2.根據權利要求1所述的內外水壓差孔道巖石試件的滲流試驗裝置，其特征在于：所述試件系統包括上墊板、下墊板、上螺絲、下螺絲、上帶孔壓盤、下帶孔壓盤、巖石試件，巖石試件中間開設豎向孔道，巖石試件下端通過下螺絲固定在下墊板上，下墊板安裝在下帶孔壓盤上，下帶孔壓盤安裝在下剛性壓盤上，下剛性壓盤安裝在承壓板中間的墊塊上，所述巖石試件四周包裹外橡膠管，巖石試件內孔道的孔壁包裹內橡膠管，外橡膠管和膠管Ⅱ上均打有若干孔洞，巖石試件上端通過上螺絲固定在上墊板上，上墊板上端與上帶孔壓盤連接，上帶孔壓盤上端與上剛性壓盤連接，上剛性壓盤正對軸向加載系統的加載軸。

3.根據權利要求2所述的內外水壓差孔道巖石試件的滲流試驗裝置，其特征在于：所述外橡膠管中央裝有環向引伸計，外橡膠管一側設有軸向引伸計，環向引伸計、軸向引伸計的信號輸出端與控制器相連。

4.根據權利要求1所述的內外水壓差孔道巖石試件的滲流試驗裝置，其特征在于：所述圍壓加載系統包括加載水箱、伺服電機、減速器、螺旋傳動副、活塞、圍壓傳感器，所述伺服電機的控制端與控制器相連，伺服電機的輸出軸經減速器后連接螺旋傳動副，螺旋傳動副與加載水箱的活塞連接，加載水箱的出水端設有圍壓傳感器，圍壓傳感器的信號輸出端與控制器相連；加載水箱的出水口通過管道Ⅰ與三軸腔連通，管道Ⅰ上設有閥門Ⅱ。

5.根據權利要求2所述的內外水壓差孔道巖石試件的滲流試驗裝置，其特征在于：所述水壓加載系統包括水壓箱、穩壓器，所述上墊板、下墊板、上螺絲、下螺絲中間均開孔，所述上帶孔壓盤中間設有一個7字型孔道Ⅰ，下帶孔壓盤中間設有一個7字型孔道Ⅱ，所述水壓箱通過管道Ⅱ與上帶孔壓盤的7字型孔道Ⅰ一端連接，7字型孔道Ⅰ另一端通過上螺絲、上墊板開的孔與孔道上端口連通，所述孔道下端口通過下墊板、下螺絲開的孔與7字型孔道Ⅱ的一端相連，7字型孔道Ⅱ的另一端通過管道Ⅲ與穩壓器相連。

6.根據權利要求5所述的內外水壓差孔道巖石試件的滲流試驗裝置，其特征在于：所述管道Ⅱ上設有流量傳感器Ⅰ、水壓表Ⅰ、閥門Ⅰ，流量傳感器Ⅰ的信號輸出端與控制器相連。

7.根據權利要求5所述的內外水壓差孔道巖石試件的滲流試驗裝置，其特征在于：所述管道Ⅲ上設有流量傳感器Ⅱ、水壓表Ⅱ、閥門Ⅲ，流量傳感器Ⅱ的信號輸出端與控制器相連。

8.根據權利要求5所述的內外水壓差孔道巖石試件的滲流試驗裝置，其特征在于：所述殼體周向設有若干環形加熱圈，加熱圈上設有溫度傳感器，溫度傳感器的信號輸出端與控制器相連。

9.根據權利要求5所述的內外水壓差孔道巖石試件的滲流試驗裝置，其特征在于：所述巖石試件為圓柱體試件。

10.一種根據權利要求5所述的滲流試驗裝置的巖石試件的滲流試驗方法，包括以下步驟：

步驟一：試件的制作：巖石試件由圓柱巖體組成，用電鉆在圓柱巖石試件中央沿徑向鉆取一個穿透巖石試件上下表面的孔道，用打孔機把內橡膠管和外橡膠管都打上孔洞，上墊板、下墊板外部包裹未超過兩側的外橡膠管；

步驟二：試件的安裝：

第一，將制備好的巖石試件放置于墊塊上，在巖石試件上方放置下墊板，并把已打孔的內橡膠管入巖石試件孔道處，然后把巖石試件平放，調整內橡膠管的位置，保證巖石試件兩端各有超出巖石試件表面的橡膠管；

第二，將巖石試件豎直放置，將連接有下墊板的那端放在下部，在巖石試件上方放置上墊板，把內橡膠管超出巖石試件部分涂上膠水并粘在上墊板上，再用上螺絲將內橡膠管固定，上螺絲內帶六角孔，用六角螺絲刀將上螺絲擰緊；

第三，在上螺絲上安裝上帶孔壓盤，按照同樣的步驟將下螺絲以及下帶孔壓盤安裝完成；

第四，將外橡膠管包裹至巖石試件上下兩端的上墊板、下墊板末端，在下墊板貼有密封膠帶處用鐵絲將外橡膠管綁緊；用橡皮圈由下至上將外橡膠管貼合包裹在試件四周，在上墊板貼有密封膠帶處，用鐵絲將外橡膠管綁緊，綁好后將固定的橡皮圈取下；在上帶孔壓盤上放置上剛性壓盤，在下帶孔壓盤上放置下剛性壓盤，然后將試件系統放置在墊塊上；

步驟三：加載：通過控制器控制軸向加載系統、圍壓加載系統對巖石試件進行軸向加載和圍壓加載，在控制器中設置軸壓值和軸壓施加速率的大小，從而實現對巖石試件的圍壓與軸壓的施加，利用顯示器接收試驗數據及繪制試驗圖像；

步驟四：測定巖石參數：通過溫度傳感器、環向引伸計、軸向引伸計、流量傳感器Ⅰ、流量傳感器Ⅱ測定巖石在內外水壓差下的巖石抗拉強度值、巖石的徑向變形、側向變形與加載速率的關系。