一種巖心三軸試驗裝置的制作方法

本發明公開了一種巖心三軸試驗裝置。

背景技術：

巖心三軸試驗是巖石力學與巖土工程領域常用的研究巖石強度及本構關系的試驗方式。待測試件通常取直徑為1英寸，高度為2英寸的圓柱形巖心。目前，三軸試驗通常需要進行若干組，每組試驗要更換不同的巖心。在更換巖心時，工序復雜、耗時耗力，且巖心的徑向和軸向位移大小不易測得，大大降低了工作效率。

因此，目前亟待研發一種新型巖心三軸試驗裝置，在保證位移測量結果準確的前提下，使試驗工序和位移測量過程更加容易，從而提高試驗精度和效率。

技術實現要素：

為了解決現有技術中存在的技術問題，本發明公開了一種巖心三軸試驗裝置。在保證位移測量結果準確的前提下，使試驗工序和位移測量過程更加容易，從而提高試驗精度和效率。

本發明采用的技術方案如下：

一種巖心三軸試驗裝置包括一個三軸夾持器、壓力倉和監控系統，所述的三軸夾持器夾持壓力倉，所述的壓力倉為一個頂面和底面封閉的圓柱形結構，其內部從上到下依次被分割成了三個獨立的第一空間、第二空間、第三空間，且沿壓力倉的軸線方向插裝有貫穿其頂部和底部的柱塞，所述的柱塞包括上下對稱設置的上部柱塞和下部柱塞，所述上部柱塞穿過第一空間延伸到第二空間，上部柱塞位于第一空間的部分的外圈與壓力倉之間設有擋板，用于承受液體壓力并帶動上部柱塞實現升降；所述下部柱塞穿過第三空間延伸到第二空間，用于將待測巖心送入壓力倉中并固定；所述的監控系統包括泵A和泵B，泵A和泵B分別通過輸送管與所述的第一空間、第二空間相連，給壓力倉的第一空間、第二空間輸送液體并傳遞壓力。

進一步的，所述的擋板將第一空間又分成了上空間和下空間；所述的上空間和下空間各設有一個進液口和出液口，兩個進液口分別通過進液管I與恒速恒壓泵A相連，兩個出液口分別連接有排液管，在所述的進液口和出液口分別設有閥門。

進一步的，在所述的上空間的出液口設置第一閥門，在下空間的出液口設置第三閥門，在上空間的進液口設置第二閥門，在下空間的進液口設置第四閥門；

施加軸壓時，液體通過第二、第四閥門流入，通過第一、第三閥門流出。若打開第一、第四閥門，關閉第二、第三閥門，則所述上部柱塞擋板下側壓力增大，所述上部柱塞上升；若打開第二、第三閥門，關閉第一、第四閥門，則所述上部柱塞擋板上側壓力增大，所述上部柱塞下降，進而對待測巖心施加軸力。

進一步的，所述上部柱塞與位移傳感器A相連，用于對巖心施加軸壓并實時測量軸向位移；所述位移傳感器A設于所述上部柱塞頂端，設定試驗開始前，上下柱塞與待測巖心緊密接觸為初始狀態，隨著試驗進行，軸壓增大，位移傳感器A可實時測得待測巖心的軸向位移。

進一步的，在所述的第二空間內設有一個膠套，所述的待測巖心放置在所述的膠套內部，且待測巖心的外圈全部由膠套包圍，液體注入到第二空間內，通過膠套向巖心施加圍壓。

進一步的，所述的第二空間通過進液管II與恒速恒壓泵B相連，在其連接的管上設有第六閥門和位移傳感器B；第六閥門用于將液體注入膠套周圍，隨著注入液體增多，壓力增大，通過膠套對待測巖心施加圍壓；

所述位移傳感器B設于第六閥門所在的控制圍壓的輸液管與壓力倉的交界處，當軸壓增大，待測巖心軸向縮短，徑向擴張，由于圍壓不變，待測巖心的徑向擴張必然導致壓力倉中膠套周圍的液體流出，位移傳感器B通過測流出液體的體積，結合已知的輸送管直徑，測得待測巖心的徑向位移。

進一步的，進液管I和進液管II之間通過管路連通，且在其連通的管路上設有第五閥門；該閥門為備用閥門，正常使用時該閥門為關閉狀態，當其中一個恒速恒壓泵出現問題時，可以通過開啟此閥門來實現圍壓和軸壓的施加。

進一步的，所述下部柱塞桿體帶有外螺紋，壓力倉與下部柱塞桿體配合的部分設有內螺紋，可通過手動旋轉下部柱塞桿實現拆卸與安裝，用于將待測巖心送入壓力倉中并固定。

進一步的，所述泵設有A、B兩個，正常工作時，A泵施加軸壓，B泵施加圍壓。恒速恒壓泵可顯示液體(水)的實時流量、累計流量和實施壓力，真實反應試驗狀態。所述位移傳感器設有A、B兩個。

所述的泵A和泵B與儲液罐相連，且在泵A的進口和出口分別設有第八閥門和第七閥門；在在泵B的進口和出口分別設有第十閥門和第九閥門。

本發明的有益效果如下：

1.通過設置傳感器A和傳感器B，保證了位移測量結果的準確性，同時使試驗工序和位移測量過程更加容易，從而提高試驗精度和效率。

2.通過對壓力倉的空間分割以及各個閥門的控制，實現了對圍壓和軸壓的施加與卸載。

附圖說明

為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。

圖1本發明的整體結構圖；

圖2壓力倉管路部分的結構圖；

圖3壓力倉的縱剖面圖；

圖中：1、三軸夾持器，2、壓力倉，3、輸液管，4、閥門，5、恒速恒壓泵，4-1、4-2、4-3、4-4、4-5、4-6、4-7、4-8、4-9、4-10—閥門；6-1—位移傳感器A，6-2—位移傳感器B，3-1、3-2—輸液管，5-1—恒速恒壓泵A，5-2—恒速恒壓泵B；2-1-上部柱塞，2-2-下部柱塞，2-3-膠套，2-4-擋板，2-5-待測巖心。

具體實施方式

應該指出，以下詳細說明都是例示性的，旨在對本申請提供進一步的說明。除非另有指明，本文使用的所有技術和科學術語具有與本申請所屬技術領域的普通技術人員通常理解的相同含義。

需要注意的是，這里所使用的術語僅是為了描述具體實施方式，而非意圖限制根據本申請的示例性實施方式。如在這里所使用的，除非上下文另外明確指出，否則單數形式也意圖包括復數形式，此外，還應當理解的是，當在本說明書中使用術語“包含”和/或“包括”時，其指明存在特征、步驟、操作、器件、組件和/或它們的組合。

術語解釋部分:所述輸液管為金屬空心管，所有金屬空心管的直徑一定且已知，所述輸液管連接恒速恒壓泵與壓力倉，用于輸送液體(水)并傳遞壓力；三軸夾持器為現有的夾持裝置，只是起到一個夾持壓力倉的作用。

本發明為了解決背景技術部分提出的技術方案，公開了一種巖心三軸試驗裝置，其由支撐系統、加載系統和監控系統三部分組成。所述支撐系統為三軸夾持器，三軸夾持器與壓力倉螺栓連接，固定加載系統。所述加載系統包括輸送管、壓力倉、閥門1-6。所述監控系統包括恒速恒壓泵、位移傳感器。

具體的，如圖1-3所示，其包括一個三軸夾持器1、壓力倉2和監控系統，所述的三軸夾持器1夾持壓力倉2；

所述的壓力倉2為一個頂面和底面封閉的圓柱形結構，其內部從上到下依次被分割成了三個獨立的第一空間、第二空間、第三空間，且沿壓力倉3的軸線方向插裝有貫穿其頂部和底部的柱塞，所述的柱塞包括上下對稱設置的上部柱塞2-1和下部柱塞2-2，所述上部柱塞2-1穿過第一空間延伸到第二空間，上部柱塞位于第一空間的部分的外圈與壓力倉之間設有擋板2-3，用于承受液體壓力并帶動上部柱塞實現升降；所述下部柱塞2-2穿過第三空間延伸到第二空間，用于將待測巖心送入壓力倉中并固定；

所述的監控系統包括恒速恒壓泵A5-1和恒速恒壓泵B5-2，恒速恒壓泵A5-1和恒速恒壓泵B5-2分別通過輸送管與所述的第一空間、第二空間相連，給壓力倉的第一空間、第二空間輸送液體并傳遞壓力。

所述恒速恒壓泵設有A、B兩個，正常工作時，恒速恒壓泵A施加軸壓，恒速恒壓泵B泵施加圍壓。恒速恒壓泵可顯示液體(水)的實時流量、累計流量和實施壓力，真實反應試驗狀態。

進一步的，為了是實現上部柱塞2-1的上下自動移動，擋板將第一空間又分成了上空間和下空間；所述的上空間和下空間各設有一個進液口和出液口，兩個進液口分別通過進液管I與恒速恒壓恒速恒壓泵A相連，兩個出液口分別連接有排液管，在所述的進液口和出液口分別設有閥門。

在所述的上空間的出液口設置第一閥門4-1，在下空間的出液口設置第三閥門4-3，在上空間的進液口設置第二閥門4-2，在下空間的進液口設置第四閥門4-4；具體的實現過程如下：

施加軸壓時，液體通過第二、第四閥門流入，通過第一、第三閥門流出。若打開第一、第四閥門，關閉第二、第三閥門，則所述上部柱塞擋板下側壓力增大，所述上部柱塞上升；若打開第二、第三閥門，關閉第一、第四閥門，則所述上部柱塞擋板上側壓力增大，所述上部柱塞下降，進而對待測巖心施加軸力。

進一步的，所述上部柱塞與位移傳感器A6-1相連，用于對巖心施加軸壓并實時測量軸向位移；所述位移傳感器A6-1設于所述上部柱塞頂端，設定試驗開始前，上下柱塞與待測巖心緊密接觸為初始狀態，隨著試驗進行，軸壓增大，位移傳感器A6-1可實時測得待測巖心的軸向位移。

進一步的，在所述的第二空間內設有一個膠套2-4，所述的待測巖心2-5放置在所述的膠套2-4內部，且待測巖心2-5的外圈全部由膠套包圍，液體注入到第二空間內，通過膠套向巖心施加圍壓。

進一步的，所述的第二空間通過進液管II3-2與恒速恒壓泵B5-2相連，在其連接的管上設有第六閥門和位移傳感器B6-2；第六閥門用于將液體注入膠套周圍，隨著注入液體增多，壓力增大，通過膠套對待測巖心施加圍壓；

所述位移傳感器B6-2設于第六閥門所在的控制圍壓的輸液管與壓力倉的交界處，當軸壓增大，待測巖心軸向縮短，徑向擴張，由于圍壓不變，待測巖心的徑向擴張必然導致壓力倉中膠套周圍的液體流出，位移傳感器B6-2通過測流出液體的體積，結合已知的輸送管直徑，測得待測巖心的徑向位移。

進一步的，進液管I3-1和進液管II3-2之間通過管路連通，且在其連通的管路上設有第五閥門4-5；該閥門為備用閥門，正常使用時該閥門為關閉狀態，當其中一個恒速恒壓泵出現問題時，可以通過開啟此閥門來實現圍壓和軸壓的施加。

進一步的，所述下部柱塞桿2-2體帶有外螺紋，壓力倉與下部柱塞桿體2-2配合的部分設有內螺紋，可通過手動旋轉下部柱塞桿實現拆卸與安裝，用于將待測巖心送入壓力倉中并固定。

進一步的，所述恒速恒壓泵設有A、B兩個，正常工作時，A泵施加軸壓，B泵施加圍壓。恒速恒壓泵可顯示液體(水)的實時流量、累計流量和實施壓力，真實反應試驗狀態。所述位移傳感器設有A、B兩個。

所述的恒速恒壓泵A5-1和恒速恒壓泵B5-2與儲液罐相連，且在恒速恒壓泵A的進口和出口分別設有第八閥門4-8和第七閥門4-7；在恒速恒壓泵B的進口和出口分別設有第十閥門4-10和第九閥門4-9。

位移傳感器設有A、B兩個的目的是：位移傳感器A設于所訴上部柱塞頂端，設定試驗開始前，上下柱塞與待測巖心緊密接觸為初始狀態，隨著試驗進行，軸壓增大，位移傳感器A可實時測得待測巖心的軸向位移。

位移傳感器B設于所述閥門6所在的控制圍壓的輸送管與壓力倉的交界處，當軸壓增大，待測巖心軸向縮短，徑向擴張，由于圍壓不變，待測巖心的徑向擴張必然導致壓力倉中膠套周圍的液體流出，位移傳感器B通過測流出液體的體積，結合已知的輸送管直徑，測得待測巖心的徑向位移。

壓力倉包括柱塞、膠套的尺寸與實際待測巖心的尺寸大小相匹配。

閥門4-1、4-2設于所述上部柱塞擋板的上側，所述閥門4-3、4-4設于所述上部柱塞擋板的下側。施加軸壓時，液體(水)通過閥門4-2、4-4流入，通過閥門4-1、4-3流出。若打開閥門4-1、4-4，關閉閥門4-2、4-3，則所述上部柱塞擋板下側壓力增大，所述上部柱塞上升；若打開閥門4-2、4-3，關閉閥門4-1、4-4，則所述上部柱塞擋板上側壓力增大，所述上部柱塞下降，進而對待測巖心施加軸力。所述閥門4-6用于將液體(水)注入膠套周圍，隨著注入液體(水)增多，壓力增大，通過膠套對待測巖心施加圍壓。所述閥門4-5為備用閥門，正常使用時閥門4-5為關閉狀態。當其中一個恒速恒壓泵不能正常工作時，可將閥門2、4關閉，閥門4-5、4-6開啟，即可實現通過A泵施加圍壓；同理，閥門4-6關閉，閥門4-5開啟，即可通過B泵施加軸壓。試驗時，每組試驗先設定圍壓，在圍壓一定的情況下增大軸壓，直到待測巖心破壞。

具體的試驗方法如下：

1.實驗前準備工作

打開閥門4-8，關閉閥門4-7，在恒速恒壓泵A5-1操作面板按充液鍵使

恒速恒壓泵A5-1充滿液；打開閥門4-7，關閉閥門4-8。

打開閥門4-10，關閉閥門4-9，在B泵操作面板按充液鍵使恒速恒壓泵B5-2充滿液；打開閥門4-9，關閉閥門4-10。

關閉閥門4-5，打開閥門4-1、4-4，關閉閥門4-2、4-3，操作恒速恒壓泵A5-1使液體進入壓力倉，從而使壓力倉中上部柱塞上升至頂部。

卸下下部柱塞，將待測巖心裝入壓力倉，再將下部柱塞擰緊，此時待測巖心的上下兩端面分別與上部柱塞和下部柱塞相接觸。此時上部柱塞為初始位置。

2.開始試驗

關閉閥門4-5，打開閥門4-6、4-9，使用恒速恒壓泵B5-2向圍壓艙內施加圍壓，當圍壓達到目標值時，停止加壓。

關閉閥門4-1、4-4，打開閥門4-2、4-3，關閉閥門4-5，使用恒速恒壓泵A5-1向壓力倉中施加軸壓，當待測巖心破壞，即壓力驟然降低時，停止加壓。

試驗結束，記錄試驗數據并分析。

從以上的描述中，可以看出，本申請上述的實施例實現了如下技術效果：

1.通過設置傳感器A和傳感器B保證了位移測量結果的準確性，同時使試驗工序和位移測量過程更加容易，從而提高試驗精度和效率。

2.通過對壓力倉的空間分割以及各個閥門的控制，實現了對圍壓和軸壓的施加與卸載。

上述雖然結合附圖對本發明的具體實施方式進行了描述，但并非對本發明保護范圍的限制，所屬領域技術人員應該明白，在本發明的技術方案的基礎上，本領域技術人員不需要付出創造性勞動即可做出的各種修改或變形仍在本發明的保護范圍以內。