CN111307598B - 一种重力扩力恒压加载煤岩蠕变试验装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种重力扩力恒压加载煤岩蠕变试验装置及方法，包括三轴压力室，其内部放置有煤岩试件，用于对煤岩试件施加围压；封闭水箱重力加载系统，位于所述三轴压力室的上方，用于通过水的质量来调节试验要求所需要的整体重物质量，调节施加在煤岩试件上的力的大小；扩力装置，位于所述三轴压力室的上方并与所述封闭水箱重力加载系统连接，用于将所述封闭水箱重力加载系统施加的力进行扩大并对所述三轴压力室内的煤岩试件进行轴向加载。本发明操作简便、耗资少，对研究复杂应力状态下煤岩的蠕变性质提供稳定的试验条件，能准确的掌握煤岩在恒定载荷作用下变形随时间增加的相关数据，确保对煤岩的变形、失稳研究的科学性、准确性、严谨性。

Description

一种重力扩力恒压加载煤岩蠕变试验装置及方法

技术领域

本发明属于煤矿实验装置的技术领域，尤其涉及一种重力扩力恒压加载煤岩蠕变试验装置及方法。

背景技术

蠕变损伤破坏是岩石的主要破坏形式之一，很多的岩石工程问题都与岩石蠕变性有密切关系。一个工程的破坏往往是有时间过程的。换句话说是由岩石的蠕变性控制的。甚至有的研究者指出，不考虑岩石的蠕变性，某些岩石力学的基本课题就不可能解决。在煤矿开采过程中，随着开采时间的增加，煤岩受到不同荷载作用，产生不同程度的蠕变变形，其稳定性将受到极大影响，若经过长时间的累积，煤岩终会因变形而被破坏。由此可知，在恒定载荷作用下，煤岩的变形和失稳与时间因素有着紧密联系。因此，开展对煤岩蠕变特性的研究，会为煤炭行业在生产过程中的安全提供有力保障。同样，煤岩的流变特性是很复杂的，由于影响因素较多对试验要求也极高，室内试验不但可以长期观察、还可以严格控制试验条件、重复多次且成本可控。但外界有诸多未知因素，若试验中突遇停电、设备故障等状况，都将使煤岩的变形值降低，导致对煤岩稳定性做出极大误差评判。另外，若用某种介质对煤岩进行加载试验，一旦发生泄露或挥发，有很多潜在危险因素在其中。考虑到煤岩蠕变时间较长，周遭环境不易保持长期稳定，在实验室中使用较高水平的技术手段有许多桎梏。

现有技术中，公告号为CN 208443638 U的专利公开了一种岩土材料蠕变试验的加载装置，包括一钢底板、一钢底座、一钢筒、四反力架立柱、一反力板、四加载弹簧、一力传感器、一加载板以及一承压板，所述钢底座通过第一螺母固定在所述钢底板上，所述钢筒的底部套接在所述钢底座上，所述承压板放置于所述钢筒内的岩土材料上，所述承压板上从下到上依次放置有所述力传感器和所述加载板；所述四反力架立柱通过第二螺母锁在所述钢底板上，所述反力板跨接在所述四反力架立柱上并通过第三螺母自上而下锁附；所述四加载弹簧放置于所述反力板和所述加载板之间。该实用新型能实现对岩土材料开展蠕变试验，使用时不受场地限制，制作简单，操作方便，便于推广使用。该技术方案的不足：通过反力板、加载弹簧、力传感器、承压板施加恒载，局限性较大，不能满足诸多试验要求所需的力；不能精确地恒压加载，会因外界环境变化等造成较大误差。力在多次传递过程中会造成很大误差，不能保证是否达到试验加载要求。

公告号为CN205426756 U的专利公开了一种蠕变实验装置，包括支架、砝码重力加载机构和蠕变位置监测件，所述的支架上放置测试件，所述的砝码重力加载机构吊挂在测试件上，所述的蠕变位置监测件架设于支架的外侧并与测试件接触监测测试件的蠕变位移。该实用新型提供的蠕变实验装置，结构简单、操作方便、稳定性好且实验可靠性高。该技术方案的不足：通过砝码为试件施加恒载，局限性较大，不能满足诸多试验要求所需的力；不能精确地恒压加载，会因外界环境变化等造成较大误差。

公告号为CN105716956 A的专利公开了一种蠕变试验装置及其控制系统，试验装置包括反力架、加载系统、控制器，反力架内设有用以对试件进行轴向加压的加载系统，加载系统通过活动承压部件对试件进行轴向加载，反力架上，沿竖向设有用以测量试件变形的标尺光栅，活动承压部件上设有与标尺光栅配合工作的光栅读数头，加载系统、压力传感器和光栅读数头均与控制器连接，控制器控制加载系统所施加的载荷，并通过光栅读数头获取试件的变形量。该发明提高了蠕变试验中加载精度移测量精度，保证岩石蠕变过程中压力为恒定值，实现了自动加压，工作稳定，测试精度高。该技术方案的不足：通过反力架、加载系统、控制器和反力架内部对试件的加载系统施加恒载，在这过程中会有泄露和设备故障等许多不可抗力因素，不能准确的恒压加载；光栅和压力传感器会很大的误差性，不能得到精确地数据。

公告号为CN206990097U的专利公开了一种多通道蠕变自动加载测试机，包括水平加载平台、产品定位夹具、多个相互独立且平行设置的自动加载机构及数字测量仪，各自动加载机构包括加载电机、砝码组，加载电机竖直的定位于产品定位夹具上方且其输出端通过导向架穿过水平加载平台与砝码组相连，以施压或卸压于定位在产品定位夹具的产品上，而加载电机为装有节流电磁阀的电机；所述砝码组下方设置有砝码调节机构。该实用新型实现了对电阻应变式传感器的自动加载、卸载砝码，载荷重量可快速选择不同载荷以适应不同量程产品测试，而且每支被测产品均有独立通道和加载设备，不存在测试通道切换或相互影响导致测试误差偏大的现象。该技术方案的不足：通过加载电机和砝码组施加恒载，虽更加自动化和精确化，但遇到停电等突发状况，不能及时提供稳定的试验条件；不能精确地恒压加载，砝码会因外界环境变化等造成重量的改变。

另外，岩石蠕变性质的测试，一个岩石样品一般需要15～20天。而岩石的其他力学性质，每个岩石样品仅需15～30分钟。因此岩石蠕变性质的测试，所需时间远远大于岩石其他力学性质(比如强度、变形模量、泊松比等)的测试。这是岩石蠕变性质的测试最主要的特点。因此用一台岩石蠕变试验机进行试验，难以满足科研和工程咨询的需求，配置足够多的岩石蠕变试验机同时试验，是最理想的情况。但是电液伺服式岩石蠕变试验机采购成本很高，在预算有限的情况下，大部分实验室不具备配备多台这类岩石蠕变试验机的条件。

基于电液伺服控制技术的岩石蠕变试验机用加载液缸产生试验蠕变试验所需的载荷，可以很好地满足岩石蠕变试验对大载荷、高应力的需求。电液伺服控制技术是保证试验机输出载荷恒定的主要方法之一，技术成熟，精度可以满足要求，但是存在控制技术复杂，试验机结构复杂，采购成本高，使用维护难度大，使用成本高，对实验室环境有一定污染，在非等温环境下载荷控制难度较大的问题。利用基于重物自重产生载荷是进行岩石蠕变试验的另一类方法。试验机结构简单，但理论放大倍数和实际放大倍数差距大，无法事先设定试验条件(即试验机载荷)，载荷控制精度较低，且难于应用到高应力、大载荷条件下的岩石蠕变试验。

综合上述现有类似装置，通过反力架、压力传感器等加载系统对试件施加恒载，当传感器快速施加恒定载荷和快速卸掉恒定载荷后的一段时间内，其输出电信号随时间延续而变化。由于人工观察与记录的速度有一定的局限，使得传感器受力状况骤变时的输出变化难以被记录下来，从而可能漏掉某些重要的信息，又或突然遇到停电或泄露等状况，就不能及时提供稳定的试验条件。同时，蠕变的试验过程是由实验人员手动加载砝码，局限性较大，不能满足诸多试验要求所需的力，并且砝码会因外界环境变化等造成重量的改变。

发明内容

基于上述现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题在于提供一种重力扩力恒压加载煤岩蠕变试验装置及方法，操作简便、耗资少，对研究复杂应力状态下煤岩的蠕变性质提供稳定的试验条件，能准确的掌握煤岩在恒定载荷作用下变形随时间增加的相关数据，确保对煤岩的变形、失稳研究的科学性、准确性、严谨性。

为了解决上述技术问题，本发明通过以下技术方案来实现：本发明提供一种重力扩力恒压加载煤岩蠕变试验装置，包括三轴压力室，放置在基座的承压底座上，其内部放置有煤岩试件，用于对煤岩试件施加围压；封闭水箱重力加载系统，位于所述三轴压力室的上方，用于通过水的质量来调节试验要求所需要的整体重物质量，调节施加在煤岩试件上的力的大小；扩力装置，位于所述三轴压力室的上方并与所述封闭水箱重力加载系统连接，用于将所述封闭水箱重力加载系统施加的力进行扩大并对所述三轴压力室内的煤岩试件进行轴向加载。

可选的，所述扩力装置包括滑轮组扩力装置和杠杆组扩力装置，所述滑轮组扩力装置包括固定在水平承压梁上的定滑轮、通过钢绳与所述定滑轮连接的多个动滑轮，所述动滑轮在各自的轨道槽内进行上下移动，所述钢绳的一端与所述封闭水箱重力加载系统连接。

进一步的，所述杠杆组扩力装置包括第一水平连杆、与所述第一水平连杆铰接的竖直连杆、与所述竖直连杆铰接的第二水平连杆；所述第一水平连杆的右端与所述钢绳的另一端连接，第一水平连杆的左端通过第一转轴转动连接在第一竖直支撑架上；所述第二水平连杆的左端与所述竖直连杆铰接，第二水平连杆的右端通过第二转轴转动连接在第二竖直支撑架上，所述第二水平连杆上安装有向所述三轴压力室内的煤岩试件施力的施力块；所述第一竖直支撑架和第二竖直支撑架固定在所述基座上，并分别位于所述三轴压力室的左侧和右侧。

可选的，所述封闭水箱重力加载系统包括密封水箱、对所述密封水箱进行供水和排水的供水箱，所述密封水箱内设有磁浮球液位计，所述供水箱内设有潜水泵，供水箱外设有与所述磁浮球液位计和潜水泵连接的供排水控制器；所述磁浮球液位计包括磁浮球、检测管和信号变送器，所述磁浮球随密封水箱内的液位升降时，信号变送器将检测管内的电阻信号转换成标准电流号输出，通过液位反馈信号线将液位信息反馈给所述供排水控制器，所述供排水控制器连接计算机，并计算是否达到预定水位。

可选的，所述三轴压力室包括压力室基座、与所述压力室基座密封连接的承压筒，所述煤岩试件位于所述承压筒内，煤岩试件的上方和下方分别设有上加载压头和下加载压头，所述上加载压头竖直穿过所述承压筒并对煤岩试件的顶面进行加压，所述下加载压头固定在所述压力室基座上。

进一步的，所述上加载压头和下加载压头均为圆柱体，且所述上加载压头的周面于所述承压筒内连接有稳定盘，所述稳定盘上螺纹连接有多个竖直设置的稳定杆，用于引导上加载压头在竖直方向运动。

可选的，所述煤岩试件的圆周面上均匀涂抹一层硅胶并用热缩管进行包裹，当热缩管箍紧煤岩试件后，用双钢丝喉箍卡扣扣紧热缩管。

进一步的，所述三轴压力室旁设有CT扫描仪，用于观测煤岩长期蠕变过程内部裂纹演化扩展规律。

本发明还提供一种上述的重力扩力恒压加载煤岩蠕变试验装置的试验方法，包括以下步骤：

S10：将煤岩试件浸入到液压油中，在试件的圆周面上均匀涂抹一层硅胶；

S20：将三轴压力室的压力室基座放置在装置的基座上，基座的承压底座上设置有与压力室基座的凹槽契合的凸起定位圆盘；

S30：在压力室基座的上部中心位置安装竖直方向的下加载压头，将下加载压头安装固定，之后将煤岩试件安装到下加载压头上，对正中心；

S40：将竖直的上加载压头放置在煤岩试件上，套上热缩管，使上加载压头紧紧压住试件，用热风机均匀吹热缩管，使其紧缩，箍紧试件，用双钢丝喉箍卡扣扣紧热缩管；

S50：在压力室基座上分别安装稳定杆和稳定盘；

S60：将三轴压力室腔体内部预设的传感器安装好，导线通过预留接线口连接外部仪器设备；

S70：利用吊装设备，将承压筒的上法兰盘的法兰孔与压力室基座的下法兰盘的法兰孔对准安放，拧紧螺栓；

S80：检查试验三轴压力室的气密性，打开三通阀门，用真空泵进行脱气，以保证良好的脱气效果，脱气后，关闭三通阀门；

S90：试件安装后，通过供水箱向密封水箱内加水，达到所需要的轴向压力后，停止加水，通过扩力装置扩力达到要求后传递到上加载压头上；

S100：通过微机电液伺服加载径向力，通过油压传感器反馈信息，达到预定围压后，封闭油压管路，保持径向压力恒定，记录试验蠕变变形量；

S110：实验过程中通过机械加压恒压蠕变实验装置记录煤岩轴向应力及应变；

S120：加载完成并测量上述数据后，可对滑轮组扩力装置进行适量卸载，研究不同压力作用下煤岩恒压蠕变试验；同时可将杠杆组扩力装置继续加入杠杆，对煤岩加压恒压流变试验进行观测；通过CT扫描对煤岩长期蠕变过程内部演变规律进行研究。

由上，本发明的重力扩力恒压加载煤岩蠕变试验装置及方法为达到持续不间断恒压加载提供稳定试验条件，利用杠杆扩力和动滑轮逆用扩力原理，通过向试验架右侧的密封水箱内注水获得连续重力加载，再由逆向动滑轮组和二级连杆扩力系统逐级扩大，由加压头施加到试件上，实现轴向荷载连续恒压加压。本发明能根据加载的实际需要灵活调整动滑轮和杠杆的数量以及保证加载试验所需要的稳定工作状态，至少具有如下有益效果：

1、用机械装置传力可以明显降低试验中遇到突发情况对试验数据的影响；

2、可保持稳定的工作状态，减少试验中对能源的浪费，节约试验成本；

3、可以加减动滑轮或杠杆个数，以满足更多试验对施加力大小的要求，并且结构简单，操作简便；

4、可进行三向加载，更符合在实际工程中煤岩实际受力状态；

5、可以有效避免试验中可能出现的泄漏或挥发等潜在危险源，为实验人员提供良好的安全保障。

6、可实现计算机控制G0大小的功能，并且让装置更加自动化，精确化，也极大降低了实验人员的工作量。

7、可以利用CT扫描仪记录长期蠕变过程中煤岩内部演变的相关数据，建立煤岩在不同条件下的长期蠕变损伤演化模型。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下结合优选实施例，并配合附图，详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例的附图作简单地介绍。

图1为本发明优选实施例的重力扩力恒压加载煤岩蠕变试验装置的结构示意图；

图2为本发明的重力扩力恒压加载煤岩蠕变试验装置的封闭水箱重力加载系统的结构示意图；

图3为本发明的重力扩力恒压加载煤岩蠕变试验装置的杠杆组扩力装置的简图(无加载力)；

图4为本发明的重力扩力恒压加载煤岩蠕变试验装置的杠杆组扩力装置的受力简图(有加载力)。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的具体实施方式，其作为本说明书的一部分，通过实施例来说明本发明的原理，本发明的其他方面、特征及其优点通过该详细说明将会变得一目了然。在所参照的附图中，不同的图中相同或相似的部件使用相同的附图标号来表示。

如图1至图4所示，本发明设计了一种重力扩力恒压煤岩蠕变试验装置，对研究复杂应力状态下煤岩的蠕变性质，灵活运用杠杆扩力和动滑轮逆用扩力原理，将力扩大到一定大小，通过三轴压力室叠加作用到煤岩上，提供稳定的试验条件，并在此稳定环境中，可以对煤岩的蠕变变形和失稳做出更精确的分析和判断，为日后制定与其相关的安全生产措施打下坚实基础，其包括三轴压力室、封闭水箱重力加载系统和扩力装置，其中，三轴压力室放置在基座91的承压底座92上，其内部放置有煤岩试件90，用于对煤岩试件施加围压。封闭水箱重力加载系统位于所述三轴压力室的上方，用于通过水的质量来调节试验要求所需要的整体重物质量，调节施加在煤岩试件90上的力的大小。扩力装置位于所述三轴压力室的上方并与所述封闭水箱重力加载系统连接，用于将所述封闭水箱重力加载系统施加的力进行扩大并对所述三轴压力室内的煤岩试件90进行轴向加载。

本发明的三轴压力室包括压力室基座10、与所述压力室基座10密封连接的承压筒11，所述煤岩试件90位于所述承压筒11内，煤岩试件90的上方和下方分别设有上加载压头12和下加载压头13，所述上加载压头12竖直穿过所述承压筒11并对煤岩试件90的顶面进行加压，所述下加载压头13固定在所述压力室基座10上。所述上加载压头12和下加载压头13均为圆柱体，且所述上加载压头12的周面于所述承压筒11内连接有稳定盘14，所述稳定盘14上螺纹连接有多个竖直设置的稳定杆15，用于引导上加载压头12在竖直方向运动。

本发明的封闭水箱重力加载系统包括密封水箱20、对所述密封水箱20进行供水和排水的供水箱30，所述密封水箱20内设有磁浮球液位计，所述供水箱30内设有潜水泵31，供水箱30外设有与所述磁浮球液位计和潜水泵31连接的供排水控制器32。密封水箱20的底部通过细软管41和供水阀42与所述供水箱30内的潜水泵31连通，细软管41上分支处一条排水管到供水箱中，排水管上设置有排水阀43，所述磁浮球液位计包括磁浮球21、检测管22和信号变送器23，所述磁浮球21随密封水箱内的液位升降时，信号变送器23将检测管22内的电阻信号转换成4～20mA.DC标准电流号输出，通过液位反馈信号线24将液位信息反馈给所述供排水控制器32，所述供排水控制器32连接计算机33，并计算是否达到预定水位。①若未达到预定水位，计算机33通过供排水控制器32发出供水命令，控制排水阀43关闭，供水阀42打开，启动潜水泵31，向密封水箱20供水，到达预设水位后，磁浮球液位计反馈液位信息，控制器发出命令，供水阀42和潜水泵31同时关闭；②若超过预设水位，信号反馈给控制器，控制器发出排水命令，排水阀43开启进行排水，至液位到达预设位置，排水阀43关闭，从而实现通过对液位的控制达到调节密封水箱20的质量的目的。通过封闭水箱重力加载系统让本发明的装置更加自动化，精确化，也极大降低了实验人员的工作量。需要说明的是，供排水系统通过细软管41与密封水箱20的底部连接，以避免供水系统各部件对施加重量的影响。另外密封水箱20的底部提供排水可使液面升降更平稳，增加液位控制的精确性，并且用水施压将明显提高试验过程中的安全性。

另外，本发明的扩力装置包括滑轮组扩力装置和杠杆组扩力装置，所述滑轮组扩力装置包括固定在水平承压梁51上的定滑轮52、通过钢绳53与所述定滑轮52连接的多个动滑轮54，所述动滑轮54在各自的轨道槽55内进行上下移动，所述钢绳53的一端与所述密封水箱20的顶部连接。滑轮组扩力装置中的滑轮组由7个动滑轮54、对应的动滑轮轨道槽55和1个定滑轮52组成，利用动滑轮逆用扩力原理，每一动滑轮扩力倍数为2倍，采用轨道槽55起到防止钢绳53偏离的作用。连接水平承压梁51和主支撑架56的斜支撑架57可以很好地稳定试验器材。

本发明的杠杆组扩力装置包括第一水平连杆61、与所述第一水平连杆61铰接的竖直连杆63、与所述竖直连杆63铰接的第二水平连杆62，所述第一水平连杆61的右端与所述钢绳53的另一端连接，第一水平连杆61的左端通过第一转轴64转动连接在第一竖直支撑架71上。所述第二水平连杆62的左端与所述竖直连杆63铰接，第二水平连杆62的右端通过第二转轴65转动连接在第二竖直支撑架72上，所述第二水平连杆62上安装有向所述三轴压力室内的煤岩试件90施力的施力块。所述第一竖直支撑架71和第二竖直支撑架72固定在所述基座91上，并分别位于所述三轴压力室的左侧和右侧。

本发明通过向基座右侧的密封水箱20内注水获得连续重力加载，由动滑轮组逐倍扩大，再用二连杆扩力系统逐级扩大，由加压头施加到试件上，实现轴向荷载稳定恒压加压。

本发明的杠杆组扩力装置的原理：当没有加载煤岩试件，且轴向加载系统处于平衡状态时，杠杆组扩力装置的简图见图3所示，杠杆组扩力装置的受力分析如图4所示：假设水箱装水G₀，动滑轮7个，F₀＝128G₀，L₁＝0.9m,L₂＝0.1m,L₃＝0.8m,L₄＝0.2m；

根据力矩平衡原理对第一水平连杆、第二水平连杆的受力分析如下：

F₀(L₁+L₂)＝F₂L₂

F₂′(L₃+L₄)＝FL₄

F₂＝F₂′

结合上式得

故水箱加水，经动滑轮组扩力至128G₀，又经二连杆扩力装置，最终F＝6400G₀。所以施加到试件的轴向的力恒为6400倍的G₀，其中第一水平连杆的扩力倍数为10倍，第二水平连杆的扩力倍数为5倍。

考虑摩擦力的损失，需要对扩力倍数进行修正，设摩擦力损失修正系数为K，则轴向加载到加压头上的力F＝6400KG₀，F可通过位于上加载压头12上的荷重传感器73进行测量，同时记录水箱与加入水量之和G₀，进行不同G₀时，测得F的值，进而确定当前扩力系统下K的值。

本发明还公开一种重力扩力恒压加载煤岩蠕变试验方法，包括如下步骤：

步骤1，准备试件:试件为Φ50mm*100mm的标准原煤(岩)圆柱体，为使煤岩试件90与热缩管80紧密贴合，放置液压油浸入，在试件圆周面上均匀涂抹一层约1mm厚的硅胶。

步骤2，放置压力室基座:将压力室基座10放置在装置的基座91上，基座的承压底座92上设置有与压力室基座10的凹槽契合的凸起定位圆盘93，因此不用螺栓安装，直接对准凸起定位圆盘93放置即可。

步骤3，安装试件:在压力室基座10的上部中心位置安装竖直方向的下加载压头13，将下加载压头13安装固定，之后将煤岩试件90安装到下加载压头13上，对正中心。

步骤4，安装上加载压头:将竖直的上加载压头12放置在煤岩试件90上，套上热缩管80，使上加载压头12紧紧压住试件，用热风机均匀吹热缩管80，使其紧缩，箍紧试件，用双钢丝喉箍卡扣81扣紧热缩管80，使其密封性良好。

步骤5，安装稳定杆及稳定盘:在压力室基座10上分别安装三根稳定杆15和稳定盘14。

步骤6，连接传感器:将三轴压力室腔体内部预设的轴向、径向位移传感器、油压传感器安装好，导线通过预留接线口94连接外部仪器设备(传感器及相应仪器设备可根据试验需要增减)。

步骤7，吊装承压筒:利用吊装设备，将承压筒11的上法兰盘16的法兰孔与压力室基座10的下法兰盘17的法兰孔对准安放，拧紧螺栓，法兰盘之间用密封圈18进行密封。

步骤8，真空脱气:检查试验压力室的气密性，打开三通阀门19，用真空泵进行脱气，脱气时间一般为3～4h，以保证良好的脱气效果，脱气后，关闭三通阀门。

步骤9，轴压加载:试件安装后，通过供水箱30向密封水箱20内加水，达到所需要的轴向压力后，停止加水，可由密封水箱20内的磁浮球液位计和计算机33实现控制G₀的大小，G₀通过机械扩力达到6400倍后传递到上加载压头12上。

步骤10，径向加载:通过微机电液伺服加载径向力，通过油压传感器反馈信息，达到预定围压后，封闭油压管路，保持径向压力恒定，记录试验蠕变变形量。此时微机伺服加压系统管路可拆除后用于其他伺服试验设备。

步骤11，数据采集与处理:实验过程中通过机械加压恒压蠕变实验装置记录煤岩轴向应力及应变。按照试验方案及时记录保存相关数据，试验后及时处理，如误差较大，要寻找错误原因，重复实验。

步骤12，数据的进一步挖掘:加载完成并测量上述数据后，可对动滑轮组进行适量卸载，从而研究不同压力作用下煤岩恒压蠕变试验；同时可将二连杆组继续加入杠杆，进而对煤岩加压恒压流变试验进行观测；还可通过CT扫描仪82对煤岩长期蠕变过程内部演变规律进行更深入的研究。

以上所述是本发明的优选实施方式而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和变动，这些改进和变动也视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种重力扩力恒压加载煤岩蠕变试验装置，其特征在于：包括：

三轴压力室，放置在基座的承压底座上，其内部放置有煤岩试件，用于对煤岩试件施加围压；

封闭水箱重力加载系统，位于所述三轴压力室的上方，用于通过水的质量来调节试验要求所需要的整体重物质量，调节施加在煤岩试件上的力的大小；

扩力装置，位于所述三轴压力室的上方并与所述封闭水箱重力加载系统连接，用于将所述封闭水箱重力加载系统施加的力进行扩大并对所述三轴压力室内的煤岩试件进行轴向加载；

所述扩力装置包括滑轮组扩力装置和杠杆组扩力装置，所述滑轮组扩力装置包括固定在水平承压梁上的定滑轮、通过钢绳与所述定滑轮连接的多个动滑轮，所述动滑轮在各自的轨道槽内进行上下移动，所述钢绳的一端与所述封闭水箱重力加载系统连接；

所述杠杆组扩力装置包括第一水平连杆、与所述第一水平连杆铰接的竖直连杆、与所述竖直连杆铰接的第二水平连杆；

所述第一水平连杆的右端与所述钢绳的另一端连接，第一水平连杆的左端通过第一转轴转动连接在第一竖直支撑架上；所述第二水平连杆的左端与所述竖直连杆铰接，第二水平连杆的右端通过第二转轴转动连接在第二竖直支撑架上，所述第二水平连杆上安装有向所述三轴压力室内的煤岩试件施力的施力块；

所述第一竖直支撑架和第二竖直支撑架固定在所述基座上，并分别位于所述三轴压力室的左侧和右侧。

2.如权利要求1所述的重力扩力恒压加载煤岩蠕变试验装置，其特征在于，所述封闭水箱重力加载系统包括密封水箱、对所述密封水箱进行供水和排水的供水箱，所述密封水箱内设有磁浮球液位计，所述供水箱内设有潜水泵，供水箱外设有与所述磁浮球液位计和潜水泵连接的供排水控制器；

所述磁浮球液位计包括磁浮球、检测管和信号变送器，所述磁浮球随密封水箱内的液位升降时，信号变送器将检测管内的电阻信号转换成标准电流号输出，通过液位反馈信号线将液位信息反馈给所述供排水控制器，所述供排水控制器连接计算机，并计算是否达到预定水位。

3.如权利要求1所述的重力扩力恒压加载煤岩蠕变试验装置，其特征在于，所述三轴压力室包括压力室基座、与所述压力室基座密封连接的承压筒，所述煤岩试件位于所述承压筒内，煤岩试件的上方和下方分别设有上加载压头和下加载压头，所述上加载压头竖直穿过所述承压筒并对煤岩试件的顶面进行加压，所述下加载压头固定在所述压力室基座上。

4.如权利要求3所述的重力扩力恒压加载煤岩蠕变试验装置，其特征在于，所述上加载压头和下加载压头均为圆柱体，且所述上加载压头的周面于所述承压筒内连接有稳定盘，所述稳定盘上螺纹连接有多个竖直设置的稳定杆，用于引导上加载压头在竖直方向运动。

5.如权利要求1所述的重力扩力恒压加载煤岩蠕变试验装置，其特征在于，所述煤岩试件的圆周面上均匀涂抹一层硅胶并用热缩管进行包裹，当热缩管箍紧煤岩试件后，用双钢丝喉箍卡扣扣紧热缩管。

6.如权利要求1所述的重力扩力恒压加载煤岩蠕变试验装置，其特征在于，所述三轴压力室旁设有CT扫描仪，用于观测煤岩长期蠕变过程内部裂纹演化扩展规律。

7.一种采用如权利要求2至6任一项所述的重力扩力恒压加载煤岩蠕变试验装置的试验方法，其特征在于，包括以下步骤：

S10：将煤岩试件浸入到液压油中，在试件的圆周面上均匀涂抹一层硅胶；

S20：将三轴压力室的压力室基座放置在装置的基座上，基座的承压底座上设置有与压力室基座的凹槽契合的凸起定位圆盘；

S30：在压力室基座的上部中心位置安装竖直方向的下加载压头，将下加载压头安装固定，之后将煤岩试件安装到下加载压头上，对正中心；

S40：将竖直的上加载压头放置在煤岩试件上，套上热缩管，使上加载压头紧紧压住试件，用热风机均匀吹热缩管，使其紧缩，箍紧试件，用双钢丝喉箍卡扣扣紧热缩管；

S50：在压力室基座上分别安装稳定杆和稳定盘；

S60：将三轴压力室腔体内部预设的传感器安装好，导线通过预留接线口连接外部仪器设备；

S70：利用吊装设备，将承压筒的上法兰盘的法兰孔与压力室基座的下法兰盘的法兰孔对准安放，拧紧螺栓；

S80：检查试验三轴压力室的气密性，打开三通阀门，用真空泵进行脱气，以保证良好的脱气效果，脱气后，关闭三通阀门；

S90：试件安装后，通过供水箱向密封水箱内加水，达到所需要的轴向压力后，停止加水，通过扩力装置扩力达到要求后传递到上加载压头上；

S100：通过微机电液伺服加载径向力，通过油压传感器反馈信息，达到预定围压后，封闭油压管路，保持径向压力恒定，记录试验蠕变变形量；

S110：实验过程中通过机械加压恒压蠕变实验装置记录煤岩轴向应力及应变；

S120：加载完成并测量上述数据后，可对滑轮组扩力装置进行适量卸载，研究不同压力作用下煤岩恒压蠕变试验；同时可将杠杆组扩力装置继续加入杠杆，对煤岩加压恒压流变试验进行观测；通过CT扫描对煤岩长期蠕变过程内部演变规律进行研究。

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