一種可測試巖石導熱系數的真三軸試驗裝置的制作方法

本發明涉及深部巖體工程技術測試領域，更具體地說它是一種可測試巖石導熱系數的真三軸試驗裝置。

背景技術：

導熱系數是巖石的重要熱力學參數；在地下核廢料處置、地熱、天然氣、頁巖氣儲存等工程中，經常需要對巖石的導熱系數進行測試，人們日益認識到巖石的導熱系數對巖體工程多場耦合問題研究的重要性；實際工程中巖石處于復雜的地質環境，受到各種外來荷載作用，其應力狀態及內部損傷對巖石的導熱性有著重要的影響。

目前，對巖石導熱系數的研究處在一般水平(巖石力學試驗與導熱系數的測試分開進行、巖石導熱系數的常規三軸試驗裝置)，并不能準確反應巖石在真實受荷狀態下的導熱系數；隨著我國地下工程技術的高速發展，對巖體工程的規范要求也越來越嚴格；因此，現急需一套結構合理，操作容易，精準度高的測試巖石導熱系數的真三軸試驗裝置。

技術實現要素：

本發明的目的是提供一種可測試巖石導熱系數的真三軸試驗裝置,結構合理，操作容易，精準度高，能準確地反映巖石在實際工程中的真實受力情況。

為了實現上述目的，本發明的技術方案為：一種可測試巖石導熱系數的真三軸試驗裝置，包括σ1方向加載系統、σ2方向加載系統、σ3方向加載系統；所述σ1方向加載系統包括垂直加載活塞、上壓頭；所述σ2方向加載系統包括泵動加載部分、手動加載部分；所述σ3方向加載系統包括輸油管道；所述垂直加載活塞設置于所述上壓頭正上方，在巖石試樣上端設置有所述上壓頭、下端設置有底座、左右兩端分別設置有所述水平壓頭；

所述泵動加載部分右連接于左軸桿左端，所述左軸桿穿過圍壓室側壁、且位于所述水平壓頭側方；所述手動加載部分左連接于右軸桿右端，所述右軸桿穿過圍壓室側壁、且位于所述水平壓頭側方；

所述垂直加載活塞位于上座內，所述垂直加載活塞上部橫向兩端與所述上座內壁滑動連接、且下部軸向向下伸出上座底端出口；在圍壓室上、下兩端分別通過螺桿連接所述上座、所述底座，所述底座設置有端口；

所述巖石試樣外部包裹有橡膠套，所述橡膠套下端、上端分別套裝在第一臺階頂部、所述上壓頭下方；所述橡膠套上下兩端分別設置有箍緊環；

所述輸油管道設置于測試空間下部、且從第二臺階頂部向下延伸并經90°折彎至所述第二臺階外側壁，所述輸油管道與液壓伺服泵連接。

在上述技術方案中，所述水平壓頭側面與所述巖石試樣的側面尺寸相同。以便使巖石試樣側面受力均勻。

在上述技術方案中，巖石試樣為正方形底面的矩形體。以便更加精準地描述巖體在實際工程環境中的受荷狀態。

在上述技術方案中，上壓頭的底面為正方形、且與巖石試樣的底面尺寸相同。減少因接觸面不同引起的應力面積換算。

在上述技術方案中，底座從上至下設置為第一臺階、第二臺階、第三臺階；圍壓室內部形成為測試空間，圍壓室側壁上方設置有由內向外與外界相通的排氣通道。以便使圍壓室與底座更好銜接。

在上述技術方案中，巖石試樣底部設置有沿軸向向上延伸的安裝孔，所述安裝孔內設置有熱探針，所述熱探針下端固定設置于第一臺階頂部的扁槽中；所述熱探針尾端連有數據線，所述數據線穿過排線通道與外界數據控制及采集系統連接，所述排線通道從第二臺階頂部向下延伸并經90°折彎至第二臺階外側壁。因此可在進行真三軸試驗的同時測試巖石試樣的導熱系數。

在上述技術方案中，垂直加載活塞與所述上座底端出口的接觸面設置有密封圈，左軸桿與所述圍壓室側壁、右軸桿與圍壓室側壁的接觸面分別設置有密封圈，圍壓室下端與底座的接觸面設置有密封圈。以保證整個裝置的密封性。

在上述技術方案中，上壓頭、巖石試樣與第一臺階為同徑設置。使箍緊環將橡膠套裝套緊密。

本發明具有如下優點：

(1)可以完成巖石在三相不同受力狀態下導熱系數的測試，能準確地反映巖石在實際工程中的真實受力情況；

(2)結構簡單，操作容易，測量精度高；

(3)經濟合理，安全耐用。

附圖說明

圖1為本發明的結構示意圖。

圖2為本發明中的扁槽斷面示意圖。

圖3為本發明圖1局部放大圖。

圖中1-上座,11-上座底端出口,2-垂直加載活塞,3-底座,31-第一臺階,32-第二臺階,33-第三臺階,4-測試空間,5-泵動加載部分,6-手動加載部分,7-左軸桿,8-右軸桿,9-排氣通道,10-排線通道,12-上壓頭,13-水平壓頭,14-橡膠套,15-巖石試樣,16-熱探針,17-安裝孔,18-扁槽,19-輸油管道,20-箍緊環。

具體實施方式

下面結合附圖詳細說明本發明的實施情況，但它們并不構成對本發明的限定，僅作舉例而已。同時通過說明使本發明的優點更加清楚和容易理解。

參閱附圖可知：一種可測試巖石導熱系數的真三軸試驗裝置，包括σ1方向加載系統、σ2方向加載系統、σ3方向加載系統；所述σ1方向加載系統包括垂直加載活塞2、上壓頭12；所述σ2方向加載系統包括泵動加載部分5、手動加載部分6；所述σ3方向加載系統包括輸油管道19；所述垂直加載活塞2設置于所述上壓頭12正上方，在巖石試樣15上端設置有所述上壓頭12、下端設置有底座3、左右兩端分別設置有水平壓頭13；

所述泵動加載部分5右連接于左軸桿7左端，所述左軸桿7穿過圍壓室側壁、且位于所述水平壓頭13側方；所述手動加載部分6左連接于右軸桿8右端，所述右軸桿8穿過圍壓室側壁、且位于所述水平壓頭13側方；

所述垂直加載活塞2位于上座1內，所述垂直加載活塞2上部橫向兩端與所述上座1內壁滑動連接、且下部軸向向下伸出上座底端出口11；在圍壓室上、下兩端分別通過螺桿連接所述上座1、所述底座3，所述底座3設置有端口；

所述巖石試樣15外部包裹有橡膠套14，所述橡膠套14下端、上端分別套裝在第一臺階31頂部、所述上壓頭12下方；所述橡膠套14上下兩端分別設置有箍緊環20(如圖3所示)；

所述輸油管道19設置于測試空間4下部、且從第二臺階32頂部向下延伸并經90°折彎至所述第二臺階32外側壁，所述輸油管道19與液壓伺服泵連接。

所述水平壓頭13側面與所述巖石試樣15的側面尺寸相同。

巖石試樣15為正方形底面的矩形體。

上壓頭12的底面為正方形、且與巖石試樣15的底面尺寸相同。

底座3從上至下設置為第一臺階31、第二臺階32、第三臺階33；圍壓室內部形成為測試空間4，圍壓室側壁上方設置有由內向外與外界相通的排氣通道9。

巖石試樣15底部設置有沿軸向向上延伸的安裝孔17，所述安裝孔17內設置有熱探針16，所述熱探針16下端固定設置于第一臺階31頂部的扁槽18中；所述熱探針16尾端連有數據線，所述數據線穿過排線通道10與外界數據控制及采集系統連接，所述排線通道10從第二臺階32頂部向下延伸并經90°折彎至第二臺階32外側壁(如圖1、圖2所示)。

垂直加載活塞2與上座底端出口11的接觸面設置有密封圈，左軸桿7與圍壓室側壁、右軸桿8與圍壓室側壁的接觸面分別設置有密封圈，圍壓室下端與底座3的接觸面設置有密封圈。

上壓頭12、巖石試樣15與第一臺階31為同徑設置。

本發明所述的一種可測試巖石導熱系數的真三軸試驗裝置的工作過程如下：制備巖石試樣15，巖石試樣15為正方形底面的矩形體，上壓頭12正方形底面，與巖石試樣15底面尺寸相同；分別在巖石試樣15底部設置沿軸向向上延伸的安裝孔17，巖石試樣15側面貼應變片，將熱探針16置于巖石試樣15的中心孔17中，熱探針16的數據線從扁槽18內引出，與側面應變片數據線一起通過排線通道10與數據控制及采集系統相連；用橡膠套14套上巖石試樣15及上壓頭12下端和第一臺階31，并用箍緊環20卡緊；將垂直加載活塞2放在上座1內，將上座1連同圍壓室放置于底座3上，并用螺桿連接；左軸桿7、右軸桿8分別與σ2方向加載系統連接并穿過圍壓室側壁、且位于所述水平壓頭13側方；輸油管道19與液壓伺服泵連接，試驗開始前關閉排氣通道、輸油通道11；當加載水平力σ2時，先通過旋轉手輪推動手動加載部分6，使右軸桿8左進與水平壓頭13貼近；然后再操作泵動加載部分5，使左進桿7右進與水平壓頭13貼近，對巖石試樣施加水平力σ2至設定值；當加載水平力σ3時，打開排氣通道9和輸油管道19，通過液壓伺服泵向輸油管道19輸送液壓油，直至液壓油流出排氣通道9時，關閉排氣通道9，加載水平力σ3至設定值；當加載軸向力σ1時，通過軸向加載系統對垂直加載活塞2施加使之作用在上壓頭12至設定值；當需要測定巖石試樣導熱系數時，停止加載，保持一定的應力狀態，通過熱探針16測試巖石試樣導熱系數；試驗結束時，依次卸掉三相應力σ1、σ2、σ3。移開σ2方向加載系統，取出上座1與圍壓室，拆除巖石試樣15，拿出熱探針16。

為了能夠更加清楚地說明本發明所述的一種可測試巖石導熱系數的真三軸試驗裝置與巖石導熱系數的常規三軸試驗裝置、巖石力學試驗與導熱系數的分開測試裝置的區別，工作人員將這三種裝置進行了比較：

從上表可知，本發明所述的一種可測試巖石導熱系數的真三軸試驗裝置與巖石導熱系數的常規三軸試驗裝置、巖石力學試驗與導熱系數的分開測試裝置相比，測量精度高、速度快，能快速準確地反映巖石真實受荷狀態。

其它未說明的部分均屬于現有技術。