一種氣液協(xié)同滲流-應(yīng)力耦合的試驗(yàn)裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種氣液協(xié)同滲流?應(yīng)力耦合的試驗(yàn)裝置。將孔隙氣壓和孔隙水壓同時(shí)添加到壓力添加固定器上，將氣壓水壓輸送到氣液混合器中充分混合，將混合后的水氣體一起添加到試樣端面。可以均勻地添加氣液混合體，不會(huì)出現(xiàn)因氣液壓力集中引起的試樣端面應(yīng)力集中，可以進(jìn)行氣液滲流?應(yīng)力耦合試驗(yàn)研究，減小試驗(yàn)誤差,結(jié)果更加符合實(shí)際情況。
【專利說明】
一種氣液協(xié)同滲流-應(yīng)力耦合的試驗(yàn)裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種氣液協(xié)同滲流-應(yīng)力耦合的試驗(yàn)裝置，可用于氣、液滲流條件下的應(yīng)力添加，尤其是氣體和液體兩種不同介質(zhì)共同添加的滲流-應(yīng)力耦合試驗(yàn)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]巖石材料的原生裂隙、孔隙和節(jié)理為氣體和液體在巖石中的流動(dòng)提供了通道，巖石受到氣、液滲流-應(yīng)力耦合的作用，其應(yīng)力狀態(tài)極其復(fù)雜。為了研究這類環(huán)境中巖石的變形滲流特性，各種巖石試驗(yàn)裝置應(yīng)運(yùn)而生。但是，現(xiàn)階段的巖石三軸壓縮裝置只能單方面地提供孔隙水壓或者孔隙氣壓，且在試樣和裝置接觸面上水壓氣壓分布不夠均勻，容易造成試樣端面應(yīng)力集中，不能確切地反應(yīng)巖石在復(fù)雜環(huán)境中的受力狀況，而且還會(huì)加速試樣破壞，給試驗(yàn)研究帶來困難，試驗(yàn)結(jié)果不夠真實(shí)可靠，容易造成錯(cuò)誤判斷。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了克服現(xiàn)有的試驗(yàn)裝置的不足，本發(fā)明一種氣液協(xié)同滲流-應(yīng)力耦合的試驗(yàn)裝置，該裝置不僅可以單方面地添加水壓或氣壓，也可以同時(shí)對(duì)試驗(yàn)添加水壓和氣壓，氣壓孔壓添加孔直徑為1.5cm，間距為2cm;在固定器內(nèi)部，設(shè)置高效率圓柱形氣液協(xié)同混合倉，其直徑為50mm，高度為40mm，將輸入進(jìn)來的氣體和液體充分混合，然后送到固定器端頭孔壓添加孔內(nèi)；在固定器端頭上，孔隙水壓力添加孔的個(gè)數(shù)太多，會(huì)使固定器端頭的強(qiáng)度和剛度減弱，從而導(dǎo)致測(cè)試壓力施加不均勻且產(chǎn)生應(yīng)力集中現(xiàn)象會(huì)導(dǎo)致巖石試件提前破壞，造成試驗(yàn)數(shù)據(jù)不真實(shí)的后果；而如果個(gè)數(shù)過少，會(huì)使孔隙水壓力不能夠充分均勻地分布在試件端面上。通過大量試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn):孔隙水壓力隨著離孔隙水壓力添加孔中心距離的增加而減小，試驗(yàn)得出的孔壓、孔隙水壓力添加孔直徑、端面上任一點(diǎn)距離孔隙水壓力添加孔中心的距離的關(guān)系表達(dá)式如下式所示。
[0004]q = p( 1-1/ 2d)
注:式中的g為折減后的孔壓^為原始孔壓;2為端面上任一點(diǎn)距離孔隙水壓力添加孔中心的距離;c/為孔隙水壓力添加孔直徑。
[0005]原孔隙水壓力添加孔直徑為2.5_，根據(jù)上式，得出兩個(gè)孔壓添加孔中心距離2 =
7.通過這樣設(shè)置兩個(gè)孔壓添加孔中心的距離，在可以保持固定器強(qiáng)度和剛度的基礎(chǔ)上將所提供的壓力均勻分布到試樣端部，固定器端頭上一共設(shè)置25個(gè)孔壓添加孔。
[0006]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:將試樣固定器分為單相壓力添加和雙相壓力添加固定器。單向壓力添加固定器可以給試樣單方面地提供氣壓或者水壓，雙相壓力添加固定器則可以給試樣同時(shí)提供氣壓和水壓。根據(jù)試驗(yàn)方案，選擇合適的固定器，進(jìn)行壓力添加。當(dāng)選擇雙相壓力添加固定器時(shí)，將孔隙氣壓添加裝置和孔隙水壓添加裝置同時(shí)連接到固定器上，在固定器內(nèi)部設(shè)置高效率氣液混合器，將所添加的氣體和液體充分混合，達(dá)到氣液一體化的效果，對(duì)試樣進(jìn)行雙相壓力添加。在固定器與試樣接觸面上，將原來的單孔固定器端頭改進(jìn)成多孔端頭，將所添加的壓力均勻分布到試樣端面上，避免局部應(yīng)力集中的問題，達(dá)到應(yīng)力均勻分布的目的。
[0007]本發(fā)明的有益效果是，可以同時(shí)對(duì)試樣添加氣壓和水壓，而且將氣液充分混合，均勻地添加到試樣端面；同時(shí)保持固定器強(qiáng)度和剛度，從而確保測(cè)試壓力的均勻有效施加。裝置改進(jìn)只需改進(jìn)試樣固定器，試驗(yàn)結(jié)果可靠性增加;而且本發(fā)明原理簡單，容易實(shí)現(xiàn)。
【附圖說明】
[0008]圖1為單相壓力添加固定器結(jié)構(gòu)示意圖，其中，標(biāo)號(hào)I為氣體或液體添加孔。
[0009]圖2為雙相壓力添加固定器結(jié)構(gòu)示意圖，其中，標(biāo)號(hào)2和3分別為氣體和液體添加孔。
[0010]圖3為固定器縱斷面示意圖，其中，標(biāo)號(hào)4和5分別為氣體通道和液體通道;標(biāo)號(hào)6為氣液體通道，標(biāo)號(hào)7為協(xié)同氣液混合倉。
[0011]圖4為固定器端頭截面示意圖，其中，標(biāo)號(hào)8為孔壓添加孔。
[0012]圖5為固定器端頭孔壓添加孔示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0013]為了克服現(xiàn)有的試驗(yàn)裝置的不足，本發(fā)明提供了一種氣液協(xié)同滲流-應(yīng)力耦合的試驗(yàn)裝置，該裝置不僅可以單方面地添加水壓或氣壓，也可以同時(shí)對(duì)試驗(yàn)添加水壓和氣壓，氣壓孔壓添加孔直徑為1.5cm，間距為2cm;在固定器內(nèi)部，設(shè)置高效率氣液混合器，將輸入進(jìn)來的氣體和液體充分混合，然后送到固定器端頭孔壓添加孔內(nèi)；在固定器端頭上，孔隙水壓力添加孔的個(gè)數(shù)太多，會(huì)使固定器端頭的強(qiáng)度和剛度減弱，從而導(dǎo)致測(cè)試壓力施加不均勻且產(chǎn)生應(yīng)力集中現(xiàn)象會(huì)導(dǎo)致巖石試件提前破壞，造成試驗(yàn)數(shù)據(jù)不真實(shí)的后果;而如果個(gè)數(shù)過少，會(huì)使孔隙水壓力不能夠充分均勻地分布在試件端面上。通過大量試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn):孔隙水壓力隨著離孔隙水壓力添加孔中心距離的增加而減小，試驗(yàn)得出的孔壓、孔隙水壓力添加孔直徑、端面上任一點(diǎn)距離孔隙水壓力添加孔中心的距離的關(guān)系表達(dá)式如下式所示。
[0014]g = P ( 1-1/ 2 d )
其中4為折減后的孔壓4為原始孔壓d為端面上任一點(diǎn)距離孔隙水壓力添加孔中心的距離;c/為孔隙水壓力添加孔直徑。
[0015]原固定器端頭孔隙水壓力添加孔直徑為2.5mm，根據(jù)上式，得出兩個(gè)孔壓添加孔中心距離2 = 7.5mm。通過這樣設(shè)置兩個(gè)孔壓添加孔中心的距離，在可以保持固定器強(qiáng)度和剛度的基礎(chǔ)上將所提供的壓力均勻分布到試樣端部，固定器端頭上一共設(shè)置25個(gè)孔壓添加孔。
[0016]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:將試樣固定器分為單相壓力添加和雙相壓力添加固定器。單向壓力添加固定器可以給試樣單方面地提供氣壓或者水壓，雙相壓力添加固定器則可以給試樣同時(shí)提供氣壓和水壓。根據(jù)試驗(yàn)方案，選擇合適的固定器，進(jìn)行壓力添加。當(dāng)選擇雙相壓力添加固定器時(shí)，將孔隙氣壓添加裝置和孔隙水壓添加裝置同時(shí)連接到固定器上，在固定器內(nèi)部設(shè)置高效率氣液混合器，將所添加的氣體和液體充分混合，達(dá)到氣液一體化的效果，對(duì)試樣進(jìn)行雙相壓力添加。在固定器與試樣接觸面上，將原來的單孔固定器端頭改進(jìn)成多孔端頭，將所添加的壓力均勻分布到試樣端面上，避免局部應(yīng)力集中的問題，達(dá)到應(yīng)力均勻分布的目的。
[0017]本發(fā)明的有益效果是，可以同時(shí)對(duì)試樣添加氣壓和水壓，而且將氣液充分混合，均勻地添加到試樣端面；同時(shí)保持固定器強(qiáng)度和剛度，從而確保測(cè)試壓力的均勻有效施加。裝置改進(jìn)只需改進(jìn)試樣固定器，試驗(yàn)結(jié)果可靠性增加;而且本發(fā)明原理簡單，容易實(shí)現(xiàn)。
[0018]當(dāng)需要添加孔隙氣壓或者孔隙水壓時(shí)，選擇圖1所示固定器，將試樣安裝在上下兩個(gè)固定器上，然后放入三軸壓縮室內(nèi)；預(yù)先試加孔隙水壓或者孔隙氣壓，如果試加順利，將孔隙水壓或者孔隙氣壓的接頭連接到圖1壓力添加固定器接頭I上，然后用扳手固定緊。開始單相壓力添加試驗(yàn)。
[0019]當(dāng)需要同時(shí)對(duì)試樣添加孔隙水壓和孔隙氣壓時(shí)，選擇圖2所示固定器，將試樣安裝在上下固定器上，然后放入到三軸壓縮室內(nèi)；預(yù)先試加孔隙水壓和孔隙氣壓，試加順利，將孔隙水壓接頭和孔隙氣壓接頭分別接到圖2壓力添加固定器接頭2和3上，然后用扳手固定緊，放下三軸腔，進(jìn)行沖油，打開圍壓添加器添加圍壓，然后同時(shí)打開孔隙水壓添加器和孔隙氣壓添加器，隨后打開氣液混合器，讓氣體和液體充分混合后添加到試樣斷面，進(jìn)行氣液滲流-應(yīng)力耦合試驗(yàn)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種氣液協(xié)同滲流-應(yīng)力耦合的試驗(yàn)裝置，其特征在于:在試樣固定器上同時(shí)添加孔隙水壓和孔隙氣壓，氣壓孔壓添加孔直徑為1.5cm，間距為2cm;在固定器內(nèi)部，設(shè)置高效率圓柱形氣液協(xié)同混合倉，其直徑為50mm，高度為40mm，將輸入進(jìn)來的氣體和液體充分混合，然后將混合體送入固定器端頭孔壓添加孔中；端頭孔壓添加孔直徑為2.5_，兩個(gè)相鄰的添加孔中心間距7.5mm，整個(gè)固定器端頭上一共設(shè)置25個(gè)固定器端頭孔壓添加孔。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種氣液協(xié)同滲流-應(yīng)力耦合的試驗(yàn)裝置，其特征在于:可以單相添加孔隙水壓或者孔隙氣壓，也可以同時(shí)進(jìn)行添加，雙相壓力添加固定器內(nèi)部設(shè)置有高效率氣液混合器，可以將同時(shí)添加進(jìn)來的水壓和氣壓充分混合，形成水氣體添加到試樣端面。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種氣液協(xié)同滲流-應(yīng)力耦合的試驗(yàn)裝置，其特征在于，可以將液體、氣體或者水氣體均勻添加到試樣端面，避免出現(xiàn)試樣端面應(yīng)力集中問題。4.一種氣液協(xié)同滲流-應(yīng)力耦合的試驗(yàn)裝置，其特征在于:孔隙水壓力隨著離孔隙水壓力添加孔中心距離的增加而減小，試驗(yàn)得出的孔壓、孔隙水壓力添加孔直徑、端面上任一點(diǎn)距離孔隙水壓力添加孔中心的距離的確定應(yīng)按照公式^ = P ( 1-1/ 2d」確定，其中^為折減后的孔壓^為原始孔壓；2為端面上任一點(diǎn)距離孔隙水壓力添加孔中心的距離；c/為孔隙水壓力添加孔直徑。
【文檔編號(hào)】G01N15/08GK106018110SQ201610522719
【公開日】2016年10月12日
【申請(qǐng)日】2016年7月5日
【發(fā)明人】劉文博, 張樹光
【申請(qǐng)人】遼寧工程技術(shù)大學(xué)