CN109253927A - 一种岩石试验的全通透水循环压力室 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种岩石力学试验的全通透水循环压力室，它由全通透压力室和动水循环系统组成，可以提供全透明的压力室侧壁对岩石试件进行变加载边观测，能够承受岩石力学试验所需的较大围压，且能在试验过程中实现围压液体的循环流动或者替换，具有十分广阔的应用前景。
Description
技术领域：
本发明属于岩石力学试验仪器领域，特别涉及一种岩石力学试验的全通透水循环压力室，适用于模拟岩石赋存的复杂水环境，可在试验过程中进行围压液体的循环和替换，且可对岩样破坏过程进行观测。
背景技术：
岩石与水的相互作用是土木工程领域常涉及的问题。一些岩体在天然状态下力学性能良好，但遇水后其力学性质往往发生改变。岩石与水相互作用时，在围压的作用下，其表面会产生微裂纹，随着水岩作用的进行，微裂纹不断扩展、延伸、汇合，岩石的强度也就不断的降低，最终由于裂隙的贯通而导致岩石的破坏。由此可见，在水岩相互作用下，微裂纹的产生、扩展、延伸、汇合过程就对应着岩石的破坏过程，所以通过开展水岩作用下的岩石力学试验，对岩石试件在水环境中边加载边观测是十分必要的。实际工程中，岩石周围的水通常是流动的，因此开展岩石试件在动水环境下的力学试验研究有重要的实际意义。而开展这样的岩石力学试验必然需要一种压力室装置，可以使用水溶液提供围压，并且在有围压的条件下可以对压力室内的溶液进行循环或者替换，此外，还可以提供透明的压力室侧壁，实现在加载的条件下使用高清摄像机对试件进行观测。
现有的研究水岩相互作用的力学试验装置中，压力室可以用水提供围压，可以对试件进行边加载边观测，但其主要不足包括：现有压力室可以在侧壁开设透明窗口，或者直接使用透明材料作为压力室侧壁，但透明窗的材料能够承受的围压较小，有时不能够满足力学试验的要求；现有的压力室提供围压的液体不能循环流动，也无法在试验过程中进行替换。
因此，发明一种岩石力学试验的全通透水循环压力室，可以提供全透明的压力室侧壁对岩石试件进行变加载边观测，能够承受岩石力学试验所需的较大围压，且能在试验过程中实现围压液体的循环流动或者替换，具有十分广阔的应用前景。
发明内容：
为了克服上述已有技术中存在的不足，本发明目的在于提供一种岩石力学试验的全通透水循环压力室，可实现围压液体的循环流动和替换，并能实现边加载边观测。
为了达到上述目的，本发明提供了一种岩石力学试验的全通透水循环压力室，它由全通透压力室和动水循环系统组成，如图1所示。其中：(1)全通透压力室由压力室透明筒体、压力室底座、卡箍、压力室下端盖、压力室上端盖、加载轴、上加载垫片、下加载垫片、LED灯和连接螺栓组成，如图2所示。压力室筒体由航空有机玻璃一次注模成型，其通过压力室上端盖和压力室下端盖固定，并使用O形圈进行密封，压力室上端盖和压力室下端盖通过连接螺栓连接。全通透压力室采用卡箍与压力室底座相连，采用O形圈进行密封，采用卡箍连接有利于全通透压力室与压力室底座分离，便于岩样的放置和试验后的清理。为了避免在试验过程掉落的岩石碎屑对水循环进、出口的淤堵，将水循环进口设置在底座内，水循环出口设置在压力室上端盖内。围压液体进出口设置在底座内。为了解决蠕变试验等长时间试验夜间照明问题，在压力室上端盖和压力室下端盖的内边缘安装了LED灯，同时也可以避免白天光照不均的问题。(2)动水循环系统主要由双杆活塞缸、换向阀、节流阀、蓄能器、过滤器、压力表、液压泵、伺服电机、溢流阀、油箱、溶液注入器、单向阀、开关阀门、溶液箱和废液箱构成，具体如图3所示。伺服电机驱动液压泵将油箱内的液压油以一定的流速注入双杆活塞缸内，推动活塞杆运动，通过换向阀对双杆活塞缸的进、出油口进行变换，实现活塞杆往复运动。油路上安装有压力表，可实时观测油路压力情况；节流阀可对油路的流量进行控制；蓄能器可减少换向时管路的液压冲击；过滤器对油进行过滤，保证各阀门的正常工作；溢流阀具有稳压的作用，确保线路的压力在设定值之内。溶液注入器与溶液箱之间通过耐压管道相连，在管道上安装的单向阀可使溶液只能从溶液箱吸入溶液注入器。在溶液注入器与压力室之间设置了阀门开关与单向阀，开启阀门开关可连通循环通道，单向阀能使注入的溶液通过而防止压力室内溶液倒流。系统设置了两个溶液注入器，在双杆活塞缸的活塞往复运动时，一个溶液注入器往压力室内注入溶液，另一个则从溶液箱内吸入溶液，实现溶液的不间断注入。
本发明具有以下优点：
(1)整个压力室筒体使用透明材料有机玻璃制造，既能承受岩石力学试验要求的较高压力，又能实现岩样表面的全方位观测；
(2)具有水循环功能，可以在试验过程中对围压液体进行循环或者替换，更真实模拟岩石赋存的水环境。
附图说明：
图1是一种岩石试验的全通透水循环压力室示意图
其中：A-全通透压力室；B-动水循环系统
图2是全通透压力室示意图
其中：A1-水循环入口；A2-压力室底座；A3-卡箍；A4-压力室下端盖；A5-连接螺栓；A6-压力室透明筒体；A7-压力室上端盖；A8-加载轴；A9-水循环出口；A10-O形圈；A11-LED灯；A12-上加载垫片；A13-岩样；A14-下加载垫片；A15-围压液体进出口。
图3是动水循环系统示意图
其中：B1-双杆活塞缸；B2-换向阀；B3-节流阀；B4-蓄能器；B5-过滤器；B6-压力表；B7-液压泵；B8-伺服电机；B9a、B9b-溢流阀；B10-油箱；B11a、B11b-溶液注入器；B12a、B12b、B12c、B12d-单向阀；B13-开关阀门；B14-溶液箱；B15-废液箱。
具体实施方式：
下面结合附图详细说明本发明的使用方式。
如图1所示，本发明的一种岩石试验的全通透水循环压力室由全通透压力室A和动水循环系统B两部分组成。
其中，全通透压力室A由压力室底座A2、卡箍A3、压力室下端盖A4、连接螺栓A5、压力室透明筒体A6、压力室上端盖A7、加载轴A8、LED灯A11、上加载垫片A12和下加载垫片A14组成，如图2所示。压力室透明筒体A6通过压力室上端盖A7和压力室上端盖A4固定，接触处使用O形圈A10密封，压力室上端盖A7和压力室上端盖A4通过连接螺栓A5连接。压力室下端盖A4与压力室底座A2通过卡箍A3相连，并通过O型圈A10密封。压力室底座A2上开设有水循环入口A1和围压液体进出口A15。压力室底座A2上依次叠放下加载垫片A14、岩样A13和上加载垫片A12，上加载垫片A12和加载轴A8相接触。水循环出口A9设置在压力室上端盖A7上。照明用的LED灯A11安装在压力室下端盖A4上。
动水循环系统B由双杆活塞缸B1、换向阀B2、节流阀B3、蓄能器B4、过滤器B5、压力表B6、液压泵B7、伺服电机B8、溢流阀B9a与B9b、油箱B10、溶液注入器B11a与B11b、单向阀(B12a、B12b、B12c、B12d)、开关阀门B13、B14-溶液箱和废液箱B15组成，如图3所示。伺服电机B8连接液压泵B7，驱动液压泵B7从油箱B1往双杆活塞缸B1输送液压油，液压泵B7与双杆活塞缸B1之间依次连接有压力表B6、溢流阀B9a、过滤器B5、蓄能器B4、节流阀B3和换向阀B2，溢流阀B9a一端连接到油箱B10，将油路中多余的油送回油箱B10。双杆活塞缸B1的两个活塞杆分别连接溶液注入器B11a和溶液注入器B11b。溶液注入器B11a的两个接口一个通过单向阀B12b以及开关阀门B13a与全通透压力室A的水循环入口A1相连，另一接口通过单向阀B12a与溶液箱B14相连；溶液注入器B11b的两个接口一个通过单向阀B12d以及开关阀门B13b与全通透压力室A的水循环入口A1相连，另一接口通过单向阀B12c与溶液箱B14相连。废液箱B15通过溢流阀B9b与全通透压力室A的水循环出口A9相连。
具体实施步骤：
①开启阀门开关B13a与B13b，设置溢流阀B9a、B9b的溢流压力；往全通透压力室A施加围压；
②打开伺服电机B8，驱动液压泵B7从油箱B10吸入液压油并注入双杆活塞缸B1左侧油缸，推动活塞杆往右运动，将溶液注入器B11b内的溶液注入全通透压力室A中，同时，溶液注入器B11a从溶液箱B14中吸入溶液；
③当溶液注入器B11b的活塞达到满行程时，换向阀B2换向，液压泵B7从油箱B10吸入液压油并注入双杆活塞缸B1右侧油缸，推动活塞杆往左运动，将溶液注入器B11a内的溶液注入全通透压力室A，同时，溶液注入器B11b从溶液箱B14中吸入溶液；
④循环至试验结束，关闭阀门开关B13a、B13b，卸载围压，结束试验，清理仪器。
尽管上面对本发明说明性的具体实施方式进行了描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
Claims (1)
1.一种岩石试验的全通透水循环压力室，其特征在于由全通透压力室A和动水循环系统B两部分组成；所述的全通透压力室A由压力室底座A2、卡箍A3、压力室下端盖A4、连接螺栓A5、压力室透明筒体A6、压力室上端盖A7、加载轴A8、LED灯A11、上加载垫片A12和下加载垫片A14组成，其中压力室透明筒体A6通过压力室上端盖A7和压力室上端盖A4固定，接触处使用O形圈A10密封，压力室上端盖A7和压力室上端盖A4通过连接螺栓A5连接，压力室下端盖A4与压力室底座A2通过卡箍A3相连，并通过O型圈A10密封，压力室底座A2上开设有水循环入口A1和围压液体进出口A15，压力室底座A2上依次叠放下加载垫片A14、岩样A13和上加载垫片A12，上加载垫片A12和加载轴A8相接触，水循环出口A9设置在压力室上端盖A7上，照明用的LED灯A11安装在压力室下端盖A4上；所述的动水循环系统B由双杆活塞缸B1、换向阀B2、节流阀B3、蓄能器B4、过滤器B5、压力表B6、液压泵B7、伺服电机B8、溢流阀B9a与B9b、油箱B10、溶液注入器B11a与B11b、单向阀(B12a、B12b、B12c、B12d)、开关阀门B13、B14-溶液箱和废液箱B15组成，其中伺服电机B8连接液压泵B7，驱动液压泵B7从油箱B1往双杆活塞缸B1输送液压油，液压泵B7与双杆活塞缸B1之间依次连接有压力表B6、溢流阀B9a、过滤器B5、蓄能器B4、节流阀B3和换向阀B2，溢流阀B9a一端连接到油箱B10，将油路中多余的油送回油箱B10，双杆活塞缸B1的两个活塞杆分别连接溶液注入器B11a和溶液注入器B11b，溶液注入器B11a的两个接口一个通过单向阀B12b以及开关阀门B13a与全通透压力室A的水循环入口A1相连，另一接口通过单向阀B12a与溶液箱B14相连，溶液注入器B11b的两个接口一个通过单向阀B12d以及开关阀门B13b与全通透压力室A的水循环入口A1相连，另一接口通过单向阀B12c与溶液箱B14相连，废液箱B15通过溢流阀B9b与全通透压力室A的水循环出口A9相连。
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