CN107907467A - 一种施加非均布载荷的真三轴渗流实验装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种施加非均匀载荷的真三轴渗流实验装置，它包括真三轴加载系统，伺服液压加载装置（8）和渗流系统，伺服液压加载装置（8）的轴压加载装置（9）与真三轴加载系统的轴向应力加载组件通过管路连接；伺服液压加载装置（8）的围压加载装置（10）与真三轴加载系统的横向应力加载组件和纵向应力加载组件通过管路连接；渗流系统包括瓦斯罐（1），瓦斯罐（1）的输出管道（49）从顶端伸入到真三轴加载系统的实验腔体内，真三轴加载系统的实验腔体底端通过管道连接流量计（24）；解决了现有技术的真三轴设备没有可施加非均布载荷的真三轴渗流装置，利用目前现有三轴渗流设备无法开展非均布载荷的真三轴渗流研究等技术问题。
Description
技术领域
本发明属于瓦斯检测实验器具技术领域，尤其涉及一种施加非均布载荷的真三轴渗流实验装置。
背景技术
随着矿井开采深度和强度的不断提高，与煤岩失稳破坏相关的矿井动力灾害事故日趋严重。煤岩是一种天然的非均质各向异性材料，其强度除受自身组分和结构影响外，主要受地应力环境的影响。实际工程煤岩体经历了从原岩应力、轴向应力升高到应力场向内部转移的完整采动力学过程，煤岩整体处于非均布荷载作用下，应力环境更加复杂，煤层瓦斯流动难易程度对于煤矿瓦斯抽采具有重要的工程意义，而瓦斯的流动又受制于煤岩的渗透特性，由于煤层所赋存的应力环境比较复杂，应力状态的改变，导致煤岩的孔隙、裂隙发生变化，从而改变了瓦斯在煤岩中的流动特性因此，因此研究非均布荷载作用下煤岩渗透特征更具实际意义，而目前真三轴设备多进行力学实验与真三轴下均布载荷下渗流实验，还没有可施加非均布载荷的真三轴渗流装置，因此利用目前现有三轴渗流设备无法开展非均布载荷的真三轴渗流研究。
发明内容：
本发明要解决的技术问题：提供一种施加非均匀载荷的真三轴渗流实验装置，以解决现有技术的真三轴设备多进行力学实验与真三轴下均布载荷下渗流实验，还没有可施加非均布载荷的真三轴渗流装置，因此利用目前现有三轴渗流设备无法开展非均布载荷的真三轴渗流研究等技术问题。
本发明技术方案：
一种施加非均匀载荷的真三轴渗流实验装置，它包括真三轴加载系统，伺服液压加载装置和渗流系统，伺服液压加载装置的轴压加载装置与真三轴加载系统的轴向应力加载组件通过管路连接；伺服液压加载装置的围压加载装置与真三轴加载系统的横向应力加载组件和纵向应力加载组件通过管路连接；渗流系统包括瓦斯罐，瓦斯罐的输出管道从顶端伸入到真三轴加载系统的实验腔体内，真三轴加载系统的实验腔体底端通过管道连接流量计。
所述瓦斯罐的输出管道上依次安装有第一减压阀和第一压力表。
轴压加载装置输出管道上依次连接有第二减压阀和第二压力表；围压加载装置输出管道上依次连接有第三减压阀和第三压力表。
真三轴加载系统包括下底板和上顶板，围压腔体固定在下底板上，上顶板固定在围压腔体）顶部；下底板上表面固定有轴向垫板，轴向垫板上固定试验腔体；试验腔体位于围压腔体内；试验腔体为第一左围压板、第二左围压板、第一右围压板、第二右围压板、第一前围压板、第二前围压板、第一后围压板、第二后围压、第一轴压板和第二轴压板组成的一个正方体或长方体结构；试验腔体内放置有煤岩试样。
所述轴向应力加载组件包括第一轴压油缸和第二轴压油缸，第一轴压油缸和第二轴压油缸固定在上顶板上，第一轴压油缸和第二轴压油缸的输出端分别穿过上顶板与第一轴压板和第二轴压板固定连接；第一轴压油缸的第一轴向进油管和第二轴压油缸的第二轴向进油管分别与轴压加载装置的输出管道连接。
横向应力加载组件包括第一左围压油缸、第二左围压油缸、第一右围压油缸和第二右围压油缸；第一左围压油缸和第二左围压油缸固定在围压腔体左侧，第一左围压油缸和第二左围压油缸的输出端分别穿过围压腔体左侧与第一左围压板和第二左围压板固定连接；第一右围压油缸和第二右围压油缸固定在围压腔体右侧，第一右围压油缸和第二右围压油缸的输出端分别穿过围压腔体右侧与第一右围压板和第二右围压板固定连接；第一左围压油缸的第一左围压进油管、第二左围压油缸的第二左围压进油管、第一右围压板的第一右围压进油管和第二右围压油缸的第二右围压进油管分别与围压加载装置的输出管道连接。
纵向应力加载组件包括第一前围压油缸、第二前围压油缸、第一后围压油和第二后围压油缸；第一前围压油缸和第二前围压油缸固定在围压腔体前侧，第一前围压油缸和第二前围压油缸的输出端分别穿过围压腔体前侧与第一前围压板和第二前围压板固定连接；第一后围压油缸和第二后围压油缸固定在围压腔体后侧；第一后围压油缸和第二后围压油缸的输出端分别穿过围压腔体后侧后与第一后围压板和第二后围压板固定连接；第一前围压油缸的第一前围压进油管、第二前围压油缸的第二前围压进油管、第一后围压油缸的第一后围压进油管和第二后围压油缸的第二后围压进油管分别与围压加载装置的输出管道连接。
本发明的有益效果：
本发明通过伺服液压加载装置，调节输出管路上的减压阀，可通过各个油缸施加非均布载荷，能够更真实模拟煤层含瓦斯煤体开采过程中所处的环境,本发明能更准确掌握含瓦斯煤体渗流影响的机理和实验研究有重要的意义和价值，本发明采用各向载荷独立伺服控制，能进行复杂应力路径，可为真三轴受载含瓦斯煤体渗流影响的基础理论和机理研究提供更全面的实验手段，能够更真实模拟含瓦斯煤体所处的环境，对更准确掌握含瓦斯煤体渗流影响的机理和实验研究有重要的意义和价值，该实验装置简单易操作，使用效果好，易于推广；解决了现有技术的真三轴设备多进行力学实验与真三轴下均布载荷下渗流实验，还没有可施加非均布载荷的真三轴渗流装置，因此利用目前现有三轴渗流设备无法开展非均布载荷的真三轴渗流研究等技术问题。
附图说明：
图1本发明结构示意图；
图2为本发明围压腔体俯视结构示意图。
图中：1-瓦斯罐、2-第一减压阀、3-第一压力表、4-第二压力表、5-第二减压阀、6-第三压力表、7-第三减压阀、8-伺服液压加载装置、9-轴压加载装置、10-围压加载装置、11-第一轴压油缸、12-第一轴向进油管、13-第二轴压油缸、14-第二轴向进油管、15-第一轴压板、16-上顶板、17-第二轴压板、18-第一左围压进油管、19-第一左围压油缸、20-第一左围压板、21-轴向垫板、22-第一右围压进油管、23-第一右围压油缸、24-流量计、25-第一右围压板、26-围压腔体、27-第一前围压油缸、28-第一前围压进油管、29-第二前围压油缸、30-第二前围压进油管、31-第二左围压油缸、32-第二左围压进油管、33-第二右围压油缸、34-第二右围压进油管、35-第一后围压油缸、36-第一后围压进油管、37-第二后围压进油管、38-第二后围压油缸、39-第二左围压板、40-第二右围压板、41-第一后围压板、42-第二后围压板、43-第一前围压板、44第二前围压板、45-下底板、46-轴向应力加载组件、47-横向应力加载组件、48-纵向应力加载组件、49-输出管道。
具体实施方式：
为了本领域技术人员进一步了解本发明技术方案，现结合附图对本发明技术方案进行说明：
一种施加非均匀载荷的真三轴渗流实验装置，它包括真三轴加载系统，伺服液压加载装置和渗流系统，伺服液压加载装置8的轴压加载装置9与真三轴加载系统的轴向应力加载组件通过管路连接；伺服液压加载装置8的围压加载装置10与真三轴加载系统的横向应力加载组件和纵向应力加载组件通过管路连接；渗流系统包括瓦斯罐1，瓦斯罐1的输出管道49从顶端伸入到真三轴加载系统的实验腔体内，真三轴加载系统的实验腔体底端通过管道连接流量计24。
所述瓦斯罐1的输出管道49上依次安装有第一减压阀2和第一压力表3。
轴压加载装置输出管道上依次连接有第二减压阀5和第二压力表4；围压加载装置10输出管道上依次连接有第三减压阀7和第三压力表6。
真三轴加载系统包括下底板45和上顶板16，围压腔体26固定在下底板45上，上顶板16固定在围压腔体26顶部；下底板45上表面固定有轴向垫板21，轴向垫板21上固定试验腔体；试验腔体位于围压腔体26内；试验腔体为第一左围压板20、第二左围压板39、第一右围压板25、第二右围压板40、第一前围压板43、第二前围压板44、第一后围压板41、第二后围压板41、第一轴压板15和第二轴压板17组成的一个正方体或长方体结构；试验腔体内放置有煤岩试样。
所述轴向应力加载组件包括第一轴压油缸11和第二轴压油缸13，第一轴压油缸11和第二轴压油缸13固定在上顶板16上，第一轴压油缸11和第二轴压油缸13的输出端分别穿过上顶板16与第一轴压板15和第二轴压板17固定连接；第一轴压油缸11的第一轴向进油管12和第二轴压油缸13的第二轴向进油管14分别与轴压加载装置9的输出管道连接。
横向应力加载组件包括第一左围压油缸19、第二左围压油缸31、第一右围压油缸23和第二右围压油缸33；第一左围压油缸19和第二左围压油缸31固定在围压腔体26左侧，第一左围压油缸（19）和第二左围压油缸31的输出端分别穿过围压腔体26左侧与第一左围压板20和第二左围压板39固定连接；第一右围压油缸23和第二右围压油缸33固定在围压腔体26右侧，第一右围压油缸23和第二右围压油缸33的输出端分别穿过围压腔体右侧与第一右围压板25和第二右围压板40固定连接；第一左围压油缸19的第一左围压进油管18、第二左围压油缸31的第二左围压进油管32、第一右围压板25的第一右围压进油22和第二右围压油缸33的第二右围压进油管34分别与围压加载装置10的输出管道连接。
纵向应力加载组件包括第一前围压油缸27、第二前围压油缸29、第一后围压油缸35和第二后围压油缸38；第一前围压油缸27和第二前围压油缸29固定在围压腔体26前侧，第一前围压油缸27和第二前围压油缸29的输出端分别穿过围压腔体26前侧与第一前围压板43和第二前围压44固定连接；第一后围压油缸35和第二后围压油缸38固定在围压腔体26后侧；第一后围压油缸35和第二后围压油缸38的输出端分别穿过围压腔体26后侧后与第一后围压板41和第二后围压板42固定连接；第一前围压油缸27的第一前围压进油管28、第二前围压油缸29的第二前围压进油管30、第一后围压油缸35的第一后围压进油管36和第二后围压油缸38的第二后围压进油管37分别与围压加载装置10的输出管道连接。
使用时，首先制备煤岩试样，并对煤岩试样进行封装，并将煤体试样安装在试验腔体内，通过控制伺服液压加载装置8中的轴压加载装置9与围压加载装置10，通过控制第二减压阀5与第三减压阀7从而先控制纵向应力加载组件48，利用第一前围压板43、第二前围压板44、第一后围压板41、第二后围压板42对试样进行微力夹持，然后控制横向应力加载组件47，利用第一左围压板20、第二左围压板39、第一右围压板25、第二右围压板40对试样进行微力夹持，最后控制轴向应力加载组件46，利用第一轴压板15与第二轴压板17对试样进行微力夹持，然后通过控制轴向应力加载组件46、横向应力加载组件47、纵向应力加载组件48对煤样进行非均布载荷的加载，开启瓦斯罐1，控制第一减压阀2并读取第一压力表3的读数从而确定瓦斯压力，使设定压力下的气体依次通过导气管49渗流穿过煤岩试样,再依次通过导气管49进入气体流量计24中，记录下气体流量计24中的流量数据,同时记录下此时的各个应力压力值，进而完成非均布载荷下的煤岩真三轴渗流测试。
Claims (7)
1.一种施加非均匀载荷的真三轴渗流实验装置，它包括真三轴加载系统，伺服液压加载装置（8）和渗流系统，其特征在于：伺服液压加载装置（8）的轴压加载装置（9）与真三轴加载系统的轴向应力加载组件通过管路连接；伺服液压加载装置（8）的围压加载装置（10）与真三轴加载系统的横向应力加载组件和纵向应力加载组件通过管路连接；渗流系统包括瓦斯罐（1），瓦斯罐（1）的输出管道（49）从顶端伸入到真三轴加载系统的实验腔体内，真三轴加载系统的实验腔体底端通过管道连接流量计（24）。
2.根据权利要求1所述的一种施加非均匀载荷的真三轴渗流实验装置，其特征在于：所述瓦斯罐（1）的输出管道（49）上依次安装有第一减压阀（2）和第一压力表（3）。
3.根据权利要求1所述的一种施加非均匀载荷的真三轴渗流实验装置，其特征在于：轴压加载装置（9）输出管道上依次连接有第二减压阀（5）和第二压力表（4）；围压加载装置（10）输出管道上依次连接有第三减压阀（7）和第三压力表（6）。
4.根据权利要求1所述的一种施加非均匀载荷的真三轴渗流实验装置，其特征在于：真三轴加载系统包括下底板（45）和上顶板（16），围压腔体（26）固定在下底板（45）上，上顶板（16）固定在围压腔体（26）顶部；下底板（45）上表面固定有轴向垫板（21），轴向垫板（21）上固定试验腔体；试验腔体位于围压腔体（26）内；试验腔体为第一左围压板（20）、第二左围压板（39）、第一右围压板（25）、第二右围压板（40）、第一前围压板（43）、第二前围压板（44）、第一后围压板（41）、第二后围压板（41）、第一轴压板（15）和第二轴压板（17）组成的一个正方体或长方体结构；试验腔体内放置有煤岩试样。
5.根据权利要求4所述的一种施加非均匀载荷的真三轴渗流实验装置，其特征在于：所述轴向应力加载组件包括第一轴压油缸（11）和第二轴压油缸（13），第一轴压油缸（11）和第二轴压油缸（13）固定在上顶板（16）上，第一轴压油缸（11）和第二轴压油缸（13）的输出端分别穿过上顶板（16）与第一轴压板（15）和第二轴压板（17）固定连接；第一轴压油缸（11）的第一轴向进油管（12）和第二轴压油缸（13）的第二轴向进油管（14）分别与轴压加载装置（9）的输出管道连接。
6.根据权利要求4所述的一种施加非均匀载荷的真三轴渗流实验装置，其特征在于：横向应力加载组件包括第一左围压油缸（19）、第二左围压油缸（31）、第一右围压油缸（23）和第二右围压油缸（33）；第一左围压油缸（19）和第二左围压油缸（31）固定在围压腔体（26）左侧，第一左围压油缸（19）和第二左围压油缸（31）的输出端分别穿过围压腔体（26）左侧与第一左围压板（20）和第二左围压板（39）固定连接；第一右围压油缸（23）和第二右围压油缸（33）固定在围压腔体（26）右侧，第一右围压油缸（23）和第二右围压油缸（33）的输出端分别穿过围压腔体（26）右侧与第一右围压板（25）和第二右围压板（40）固定连接；第一左围压油缸（19）的第一左围压进油管（18）、第二左围压油缸（31）的第二左围压进油管（32）、第一右围压板（25）的第一右围压进油管（22）和第二右围压油缸（33）的第二右围压进油管（34）分别与围压加载装置（10）的输出管道连接。
7.根据权利要求4所述的一种施加非均匀载荷的真三轴渗流实验装置，其特征在于：纵向应力加载组件包括第一前围压油缸（27）、第二前围压油缸（29）、第一后围压油缸（35）和第二后围压油缸（38）；第一前围压油缸（27）和第二前围压油缸（29）固定在围压腔体（26）前侧，第一前围压油缸（27）和第二前围压油缸（29）的输出端分别穿过围压腔体（26）前侧与第一前围压板（43）和第二前围压板（44）固定连接；第一后围压油缸（35）和第二后围压油缸（38）固定在围压腔体（26）后侧；第一后围压油缸（35）和第二后围压油缸（38）的输出端分别穿过围压腔体（26）后侧后与第一后围压板（41）和第二后围压板（42）固定连接；第一前围压油缸（27）的第一前围压进油管（28）、第二前围压油缸（29）的第二前围压进油管（30）、第一后围压油缸（35）的第一后围压进油管（36）和第二后围压油缸（38）的第二后围压进油管（37）分别与围压加载装置（10）的输出管道连接。
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