CN110186773A - 岩石测试试验三轴压力室 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种岩石测试试验三轴压力室，包括传压筒及底座，传压筒顶部用于与加载框架顶部相互连接，底座底部用于与加载框架底部相互连接，且底座与传压筒同轴设置；传压筒内部设置有用于容纳加载油缸活塞的中空部，且底座与传压筒之间留置有用于放置试样的间隔；还包括承压筒，承压筒上部套设在传压筒上，下部套设在底座上，形成用于放置试样的测试舱，且承压筒与传压筒及底座滑动连接以打开或关闭所述测试舱。本发明的目的在于：针对现有的扣压型及螺栓紧固型三轴压力室存在试验效率较低的问题，提供一种岩石测试试验三轴压力室。该三轴压力室利用轴向可升降的承压筒形成试样测试舱，从而显著提高了试验效率。

Description

岩石测试试验三轴压力室
技术领域
本发明属于岩石力学性能测试试验设备技术领域。具体地，涉及一种岩石测试试验三轴压力室。
背景技术
目前较为常见的岩石高压型三轴压力室采用自反力自平衡式压力室，即试样围压对压力室底座和承压筒的压力由压力室自身结构承受，围压对外部的加载框架没有外力作用。围压对活塞的压力通常采用平衡活塞结构来抵消，从而消除围压对加载油缸的反力作用。载荷传感器通常外置于平衡活塞上部。
这种自反力自平衡压力室主要功能是作为试样的高压容腔能完成岩石三轴试验和渗流等相关试验，由于自反力结构需要将承压筒和底座连接，连接方式常有扣压型(图1)和螺栓紧固型(图2)。如图1-2所示，其主要结构包含载荷传感器(外置)、平衡活塞、端盖、承压筒、上压头、下压头、锁紧环与保护罩(仅扣压型)、底座等。
平衡活塞通过端盖安装在承压筒上，贯穿承压筒并能在其中上下运动，端盖与平衡活塞之间、平衡活塞与承压筒之间设计密封不使围压介质外泄。载荷传感器固定在平衡活塞上或加载油缸活塞上，以测量试样轴向载荷。承压筒通过锁紧环或螺栓安装在底座上，试样下方的下压头与底座连接，上端的上压头与平衡活塞配合，当外部轴向加载油缸活塞推动平衡活塞接触下压头时，试样开始承受轴向载荷。
对于采用锁紧环扣压承压筒与底座的结构形式，由于锁紧环只承受轴向力不承受径向力，为了防止承压筒变形形成径向分力使锁紧环飞出，还需要保护罩对锁紧环进行径向限位。
以上岩石测试试验三轴压力室所存在的技术问题如下：
一、锁紧环扣压安装结构，操作步骤较复杂，操作较困难，操作者劳动强度较大；
二、螺栓紧固安装结构，由于螺栓较多，且要求螺栓受力均匀，操作者劳动强度较大，试验准备时间较长。
发明内容
本发明的目的在于：针对现有的扣压型及螺栓紧固型三轴压力室存在试验效率较低的问题，提供一种岩石测试试验三轴压力室。该三轴压力室利用轴向可升降的承压筒形成试样测试舱，从而显著提高了试验效率。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种岩石测试试验三轴压力室，包括传压筒及底座，传压筒顶部用于与加载框架顶部相互连接，底座底部用于与加载框架底部相互连接，且底座与传压筒同轴设置；传压筒内部设置有用于容纳加载油缸活塞的中空部，且底座与传压筒之间留置有用于放置试样的间隔；还包括承压筒，承压筒上部套设在传压筒上，下部套设在底座上，形成用于放置试样的测试舱，且承压筒与传压筒及底座滑动连接以打开或关闭所述测试舱。本方案的压力室或测试舱，其下方通过底座作用于加载框架底部，其上方通过承载筒作用于加载框架顶部，并将承载筒套设在底座与传压筒上，因而在竖直轴向方向上，压力间接作用于加载框架，在水平方向上，压力直接作用于承载筒，而无需扣压或螺栓紧固等额外连接结构。并且，并将承压筒设计为沿轴线上下滑动的结构形式，使试样的放置与取出操作非常方便，极大地提高了试验效率。
作为优选方案，传压筒下方设置有平衡缸体，加载油缸活塞下方设置有平衡活塞。平衡缸体内部腔体通过引入围压使平衡活塞下端面受力与上台阶受力一致，抵消对外部加载油缸的反力作用。
作为优选方案，载荷传感器内置于压力室，载荷传感器安装于平衡活塞下方。内置荷载传感器，使荷载测量直接在试样上进行，从而避免其余误差，使测量数据更精准。
作为优选方案，试样上方连接有上压头，下方连接有下压头，下压头固定在底座上。本方案提供测试试验中试样的固定方案，使试样固定牢固。
作为优选方案，承压筒与底座之间、承压筒与传压筒之间设置有密封结构。本方案密封结构保证压力室围压无外泄。
作为优选方案，承压筒与底座及传压筒之间通过止口结构定位。本方案提供一种定位方案，从而保证承压筒的精准定位。
作为优选方案，底座上设置有与围压及反压加载系统连通的压力注入孔。根据试验对围压及反压的需求，本方案在压力室底座上设置与围压及反压加载系统相连的压力注入孔，从而为压力室提供围压及反压压力。
综上所述，由于采用了上述技术方案，相比于现有技术，本发明的有益效果是：
一、试验前只需将压力室承压筒下降到压力室底座上，加载油缸活塞下降直到将压力室活塞接触试样即可开始试验，试验准备时间短；
二、压力室非自反力结构，结构简单，安全系数高，且无需将外筒和底座扣压和用螺栓连接，可以快速一键操作，操作简单，快捷；
三、加载油缸行程根据试样变形确定，无需预留外筒提升高度空间。
附图说明
图1是现有扣压型压力室的结构示意图。
图2是现有螺栓紧固型压力室的结构示意图。
图3是实施例的结构示意图。
图4是实施例与试验系统的结构示意图一。
图5是实施例与试验系统的结构示意图一。
附图中部件所对应的标记：1-加载油缸、2-加载框架上横梁、3-传压筒、4-活塞、5-荷载传感器、6-承压筒、7-底座、8-加载框架下横梁、9-吊装机构、10小车机构、11-基座、12-平衡缸体、13-平衡活塞、14-荷载传感器、15-上压头、16-试样、17-下压头。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
本实施例公开了一种岩石测试试验三轴压力室，是完成岩石三轴及相关试验的关键工装。岩石测试试验高压三轴压力室的基本功能包括单轴压缩全应力应变试验/动态循环试验、三轴压缩全应力应变试验/动态循环试验、水压致裂试验、渗流试验、三轴高低温试验等。
如图3-5所示，本实施例包括传压筒及底座，传压筒顶部用于与加载框架顶部相互连接，底座底部用于与加载框架底部相互连接，且底座与传压筒同轴设置，使围压产生的轴向力传递到外部加载框架；传压筒内部设置有用于容纳加载油缸活塞的中空部，且底座与传压筒之间留置有用于放置试样的间隔；还包括承压筒，承压筒上部套设在传压筒上，下部套设在底座上，形成用于放置试样的测试舱，且承压筒与传压筒及底座滑动连接以打开或关闭所述测试舱。
本装置中除了承压筒可以沿着轴线上下移动，外部加载油缸下上下运动，其他部件均位置固定。本装置采用非自反力自平衡结构形式，承压筒只承受径向压力，围压对装置产生的轴向力由外部加载框架承担。
压力室采用柱活塞型结构，无需将承载筒和底座连接在一起，围压对上下部件的压力由传压筒和压力室底座分别传递到加载框架上。当压力室承压筒提起一定高度后，可安装和取出试样。当压力室承压筒下降到压力室底座上后，即可开始试验。基于该方案，试验前只需将压力室承压筒下降到压力室底座上，加载油缸活塞下降直至将压力室活塞接触试样即可开始试验，试验准备时间较短。并且，相比传统压力室需要扣压和防护，试验准备时间较长，试验效率较低的问题，该方案的压力室为非自反力结构，结构简单，安全系数高，且无需将承压筒和底座扣压或用螺栓连接。
本压力室具有快速密封功能。相比传统的将独立盖体通过螺栓装配至压力室上的方式，操作便捷，需要一人操作即可，显著提高了工作效率。此外，针对传统试验系统仅可进行岩石三轴试验，试验功能单一，设备利用率不高的问题，本方案的后期扩展性也较好。
本实施例所具有的技术效果如下：
一、试验前只需将压力室承压筒下降到压力室底座上，加载油缸活塞下降直到将压力室活塞接触试样即可开始试验，试验准备时间短；
二、压力室非自反力结构，结构简单，安全系数高，且无需将外筒和底座扣压和用螺栓连接，可以快速一键操作，操作简单，快捷；
三、加载油缸行程根据试样变形确定，无需预留外筒提升高度空间。
实施例2
在实施例1的基础上，本实施例进行了进一步优化，具体包括如下方面。如图3所示，传压筒下方设置有平衡缸体，加载油缸活塞下方设置有平衡活塞。平衡缸体内部腔体通过引入围压使平衡活塞下端面受力与上台阶受力一致，抵消对外部加载油缸的反力作用。本装置中连接有载荷传感器的平衡活塞可以在外部加载油缸的作用下上下运动，其他部件均位置固定。
如图3所示，载荷传感器内置于压力室，载荷传感器安装于平衡活塞下方。针对问题传统载荷传感器外置于压力室，测得试样所受轴向载荷存在误差，误差大小与平衡活塞与承压筒之间的阻力大小有关的问题，本实施例载荷传感器内置于压力室内，测得试样所受轴向载荷消除了压力室活塞杆与活塞之间阻力，数值真实反映了试样的轴向载荷。
如图3所示，试样上方连接有上压头，下方连接有下压头，下压头固定在底座上。
此外，本实施例在承压筒与底座之间、承压筒与传压筒之间设置有密封结构。承压筒与底座及传压筒(或平衡缸体)之间通过止口结构定位，并能沿着轴线上升下降。底座上设置有与围压及反压加载系统连通的压力注入孔。承压筒与底座设置密封，承压筒与平衡缸体设置密封，平衡缸体与平衡活塞设置密封，平衡缸体与传压筒设置密封，传压筒与平衡活塞设置密封，使围压无外泄。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种岩石测试试验三轴压力室，其特征在于：包括传压筒及底座，传压筒顶部用于与加载框架顶部相互连接，底座底部用于与加载框架底部相互连接，且底座与传压筒同轴设置；传压筒内部设置有用于容纳加载油缸活塞的中空部，且底座与传压筒之间留置有用于放置试样的间隔；还包括承压筒，承压筒上部套设在传压筒上，下部套设在底座上，形成用于放置试样的测试舱，且承压筒与传压筒及底座滑动连接以打开或关闭所述测试舱。
2.根据权利要求1所述的岩石测试试验三轴压力室，其特征在于：传压筒下方设置有平衡缸体，加载油缸活塞下方设置有平衡活塞。
3.根据权利要求2所述的岩石测试试验三轴压力室，其特征在于：载荷传感器内置于压力室，载荷传感器安装于平衡活塞下方。
4.根据权利要求2所述的岩石测试试验三轴压力室，其特征在于：试样上方连接有上压头，下方连接有下压头，下压头固定在底座上。
5.根据权利要求1所述的岩石测试试验三轴压力室，其特征在于：承压筒与底座之间、承压筒与传压筒之间设置有密封结构。
6.根据权利要求1所述的岩石测试试验三轴压力室，其特征在于：承压筒与底座及传压筒之间通过止口结构定位。
7.根据权利要求1所述的岩石测试试验三轴压力室，其特征在于：底座上设置有与围压及反压加载系统连通的压力注入孔。
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