CN108613874A - 一种三轴加载水岩作用实验装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种三轴加载水岩作用实验装置，包括一号阀门、二号阀门、三号阀门、四号阀门、五号阀门、一号水泵、二号水泵、压力表、饱水容器、加热器、温度传感器、水压控制系统、温度控制系统、时间控制系统、引流管、水溶液容器、导线、密封容器盖、引流管孔、导线孔、岩石试样、反力架、千斤顶、传力杆、上透水垫块、下透水垫块、底座、轴压控制系统、透水孔、传力杆孔、油管。通过阀门、水泵、压力表和水压控制系统的配合能够实现控制饱水水压的目的；通过反力架、千斤顶、传力杆、上透水垫块、下透水垫块、底座和轴压控制系统能够实现控制岩样轴压压力的目的；通过上透水垫块、下透水垫块可实现岩样在受载过程中上下面饱水的目的。

Description

一种三轴加载水岩作用实验装置
技术领域
本发明专利涉及一种三轴加载水岩作用实验装置。
背景技术
降雨、河流水位升降等原因引起地下水位的升降导致地壳中岩体常处于干湿交替状态，周期性干湿循环已成为岩石劣化的重要诱因，为此，很多学者研发了干湿循环试验装置用于模拟岩石在不同干湿循环条件下的劣化过程，在中国发明专利说明书CN104297453A中公开了一种自动化干湿循环试验仪器，这种装置通过干湿循环机构、试样调整机构、加热风干机构和检测与控制模块之间的配合实现岩样干湿循环的目的；在中国发明专利说明书CN106970200A中公开了一种控温控压的岩石干湿循环实验装置，该装置能够通过控制阀门、压力表和压力控制系统的配合实现控制饱水水压的目的；通过加热器、温度传感器和温度控制系统的配合能够实现控制饱水温度的目的；通过水泵和时间控制系统的配合能够实现控制饱水时间的目的。
对于深部岩体，其所处的工程受力环境往往为三向受力状态，即受到围压和轴向压力的共同作用，在此基础上，再受到往复的干湿循环作用，即处于水-热-力三场耦合状态，而上述两个实验装置并未考虑岩石的三向不等压受力状态，因此，需要针对深部岩体处于水-热-力三场耦合的特殊地质条件，设计更加合理的干湿循环试验装置。
发明内容
本发明专利提供了一种三轴加载水岩作用实验装置。这种装置能够控制岩石试样在饱水时的水温、水压和轴向压力，并能够控制岩石试样饱水时间。
实现上述目的技术解决方案如下：
一种三轴加载水岩作用实验装置，包括一号阀门、二号阀门、三号阀门、四号阀门、五号阀门、一号水泵、二号水泵、压力表、饱水容器、加热器、温度传感器、水压控制系统、温度控制系统、时间控制系统、引流管、水溶液容器、导线、密封容器盖、引流管孔、导线孔、岩石试样、反力架、千斤顶、传力杆、上透水垫块、下透水垫块、底座、轴压控制系统、透水孔、传力杆孔、油管，其中，一号阀门和二号阀门分别位于一号水泵左右两侧；三号阀门和四号阀门分别位于二号水泵左右两侧；一号阀门、二号阀门、三号阀门、四号阀门、一号水泵、二号水泵和压力表安装在饱水容器与水溶液容器之间的引流管上；五号阀门安装在饱水容器上方的引流管上；加热器位于饱水容器内部；密封容器盖安装在饱水容器上方；饱水容器上设置有导线孔用于穿过导线；温度传感器安置在饱水容器内部；压力表通过导线与水压控制系统相连；加热器和温度传感器通过导线与温度控制系统相连；一号水泵和二号水泵通过导线与时间控制系统相连；岩石试样放置在上透水垫块和下透水垫块之间；下透水垫块放置在底座上部，传力杆放置在上透水垫块上部；千斤顶放置在传力杆上部并与反力架相连；千斤顶通过油管与轴压控制系统相连；密封容器盖上设置有引流管孔和传力杆孔用于穿过引流管和传力杆；上透水垫块和下透水垫块都设置有透水孔。饱水容器由耐腐蚀钢制保温材料组成；传力杆、上透水垫块、下透水垫块、底座由耐腐蚀钢制材料组成。
与现有技术相比，上述技术方案可通过一号阀门、二号阀门、三号阀门、四号阀门、五号阀门、一号水泵、二号水泵、压力表和水压控制系统的配合能够实现控制饱水水压即环向压力的目的；通过反力架、千斤顶、传力杆、上透水垫块、下透水垫块、底座和轴压控制系统能够实现控制岩样轴压压力的目的，从而实现岩样在干湿循环过程中处于三向不等压受力状态的目的；通过上透水垫块、下透水垫块可实现岩样在受载过程中上下面饱水的目的。
附图说明
图1是本发明的三轴加载岩石干湿循环实验装置结构示意图。
图2是本发明的上透水垫块结构示意图。
图3是本发明的下透水垫块结构示意图。
图4是本发明的密封容器盖结构示意图。
图5是本发明的饱水容器结构示意图。
图中标号说明：1-一号阀门，2-二号阀门，3-三号阀门，4-四号阀门，5-五号阀门，6-一号水泵，7-二号水泵，8-压力表，9-饱水容器，10-加热器，11-温度传感器，12-水压控制系统，13-温度控制系统，14-时间控制系统，15-引流管，16-水溶液容器，17-导线，18-密封容器盖，19-引流管孔，20-导线孔，21-岩石试样，22-反力架，23-千斤顶，24-传力杆，25-上透水垫块，26-下透水垫块，27-底座，28-轴压控制系统，29-透水孔，30-传力杆孔。
具体实施方式
以下将结合附图和具体实施例对本发明专利做进一步的详细说明：
实施例：
如图1～图5所示的一种三轴加载岩石干湿循环实验装置，由一号阀门1、二号阀门2、三号阀门3、四号阀门4、五号阀门5、一号水泵6、二号水泵7、压力表8、饱水容器9、加热器10、温度传感器11、水压控制系统12、温度控制系统13、时间控制系统14、引流管15、水溶液容器16、导线17、密封容器盖18、引流管孔19、导线孔20、岩石试样21、反力架22、千斤顶23、传力杆24、上透水垫块25、下透水垫块26、底座27、轴压控制系统28、透水孔29、传力杆孔30、油管31组成。上述各部件中，饱水容器9由耐腐蚀钢制保温材料组成；传力杆24、上透水垫块25、下透水垫块26、底座27由耐腐蚀钢制材料组成。
具体操作步骤如下：
(a)岩样准备。根据实验所需岩石试样21的尺寸，对原岩进行加工处理；
(b)试验准备。将岩石试样21、上透水垫块25、下透水垫块26、底座27摆放成图1中形式，上透水垫块25上部为传力杆24和千斤顶23，千斤顶23通过油管31与轴压控制系统28相连，使用密封容器盖18盖紧饱水容器9上方，将引流管15沿着密封容器盖18上的引流管孔19插入饱水容器9内部，通过导线17将位于饱水容器9内部的三个温度传感器11和加热器10沿着饱水容器9一侧的导线孔20与温度控制系统13相连，
并保证饱水容器9内部为密封状态；
(c)饱水设置。在水溶液容器16内加入水溶液，关闭一号阀门1和二号阀门2，开启三号阀门3、四号阀门4和五号阀门5，开动二号水泵7，使水溶液沿着引流管15流到饱水容器9中，若饱水容器9中的水溶液超过岩石试样21，不要停止，继续注水，直至五号阀门5处出水时，关闭五号阀门5，继续注水，由于饱水容器9处于密封状态，导致岩石试样21所承受的渗透压将会持续增大，通过压力控制系统13设定所需的水压，通过压力表8可读取到水压的大小，待达到实验所需的水压后，关闭三号阀门3和四号阀门4；通过温度控制系统13设置饱水所需的温度，打开加热器10，三个温度传感器11
的平均值将作为饱水容器9内部的温度；
(d)加载设置。通过轴压控制系统28设定所需加载的轴向压力，借助反力架22、千斤顶23、传力杆24、上透水垫块25、下透水垫块26和底座27的共同作用，将轴压加载到岩石试样21上；通过轴压系统和水压控制系统12可分别设置岩石试样21轴向和环向的压力，从而实现岩石试样21在饱水过程中处于三向不等压受力状态；
(e)干燥设置。通过时间控制系统14可设定岩石试样21饱水所需的时间，到达所需的饱水时间后，打开一号阀门1和二号阀门2，开动一号水泵6进行抽水，将水容器9
内的水溶液沿着引流管15流到水溶液容器16内，待饱水容器9内的水溶液被抽取完毕后，通过温度控制系统13设置干燥岩石试样21所需的温度，打开加热器10对岩石试样21进行干燥处理，三个温度传感器11的平均值将作为饱水容器9内部的温度，温度传感器11能够给予温度控制系统14实时反馈，若测量到的温度高于所需的温度，温度控制系统14将向加热器10发出停止工作命令，若测量到的温度低于所需的温度，温度控制系统14将向加热器10发出开始工作命令，待到达设定的干燥时间后，进行岩石试样21的饱水处理,进行下一个干湿循环。

Claims (2)

1.一种三轴加载水岩作用实验装置，包括一号阀门(1)、二号阀门(2)、三号阀门(3)、四号阀门(4)、五号阀门(5)、一号水泵(6)、二号水泵(7)、压力表(8)、饱水容器(9)、加热器(10)、温度传感器(11)、水压控制系统(12)、温度控制系统(13)、时间控制系统(14)、引流管(15)、水溶液容器(16)、导线(17)、密封容器盖(18)、引流管孔(19)、导线孔(20)、岩石试样(21)、反力架(22)、千斤顶(23)、传力杆(24)、上透水垫块(25)、下透水垫块(26)、底座(27)、轴压控制系统(28)、透水孔(29)、传力杆孔(30)、油管(31)，其中，一号阀门(1)和二号阀门(2)分别位于一号水泵(6)左右两侧；三号阀门(3)和四号阀门(4)分别位于二号水泵(7)左右两侧；一号阀门(1)、二号阀门(2)、三号阀门(3)、四号阀门(4)、一号水泵(6)、二号水泵(7)和压力表(8)安装在饱水容器(9)与水溶液容器(16)之间的引流管(15)上；五号阀门(5)安装在饱水容器(9)上方的引流管(15)上；加热器(10)位于饱水容器(9)内部；密封容器盖(18)安装在饱水容器(9)上方；饱水容器(9)上设置有导线孔(20)用于穿过导线(17)；温度传感器(11)安置在饱水容器(9)内部；压力表(8)通过导线(17)与水压控制系统(12)相连；加热器(10)和温度传感器(11)通过导线(17)与温度控制系统(13)相连；一号水泵(6)和二号水泵(7)通过导线(17)与时间控制系统(14)相连；其特征在于：岩石试样(21)放置在上透水垫块(25)和下透水垫块(26)之间；下透水垫块(26)放置在底座(27)上部，传力杆(24)放置在上透水垫块(25)上部；千斤顶(23)放置在传力杆(24)上部并与反力架(22)相连；千斤顶(23)通过油管(31)与轴压控制系统(28)相连；密封容器盖(18)上设置有引流管孔(19)和传力杆孔(30)用于穿过引流管(15)和传力杆(24)；上透水垫块(25)和下透水垫块(26)都设置有透水孔(29)。
2.根据权利要求1所述的一种三轴加载水岩作用实验装置，其特征在于：所述传力杆(24)、上透水垫块(25)、下透水垫块(26)、底座(27)由耐腐蚀钢制材料组成。
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