CN112179748A - 煤岩试样ct三轴实验装样方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种煤岩试样CT三轴实验装样方法，按以下步骤进行：第一步骤是准备步骤；第二步骤是制作煤样总成；第三步骤是安装夹持器总成，完成装样；第一步骤即准备步骤具体是：制作煤岩试样，调试真空泵以及低速电动推杆，确保其处于可用状态；第二步骤即制作煤样总成具体是：第一子步骤是装入装样管；第二子步骤是翻折包覆；第三子步骤是扩张橡胶套管；第四子步骤是装入煤岩试样；第五子步骤是取出煤样总成；本发明还公开了试样拆卸步骤。本发明突破了管路与管路之间轴向相连的常规连接结构，将橡胶套管扩张并吸附于装样管内壁后再装入煤样，简化了装样操作，不会损伤煤岩试样，使煤岩试样既能受到围压，又防止围压液侵入煤岩试样。

Description

煤岩试样CT三轴实验装样方法

技术领域

本发明涉及岩土工程领域，尤其涉及一种基于工业显微CT实时动态扫描的三轴实验受载煤岩样品的装样装置。

背景技术

CT扫描是一种无损伤的试验检测技术，近些年来被广泛应用在岩石的细观损伤力学特性的实验研究中，是探究岩石破坏过程中内部或者表面裂隙发育扩展规律的一类非常有效的手段。

从样品在线加载条件下的CT实时动态扫描实验，能够获得受载样品失稳破坏全过程的应力－应变曲线和受载各个阶段的样品微细观三维裂隙结构CT扫描信息，对分析受载样品失稳全过程提供实验数据。

受载煤岩体CT三轴试验中试件的装样是尤为关键的，试件装样的优劣直接影响着试验结果的准确性。

现有的技术中，由于过多依赖人力，会造成煤岩试样的破损，无法保证样品处于夹持器总成轴心位置以及由于装样不当而引起试样的弯曲等，这些原因会造成实验结果偏差。

因此，迫切需要开发一种高效、精确且劳动强度低的装样结构和装样方法，保证样品完整性，防止试件倾斜、断裂。

发明内容

本发明的目的在于提供一种易于装配、装配时不会损坏煤岩试样的受载煤岩体CT三轴实验装样装置，煤岩试样既能承受围压又与不会被围压液侵入。

为实现上述目的，本发明的煤岩试样CT三轴实验装样方法使用受载煤岩体CT三轴实验装样装置按以下步骤进行：

第一步骤是准备步骤；

第二步骤是制作煤样总成；

第三步骤是安装夹持器总成，完成装样；

第一步骤即准备步骤具体是：制作煤岩试样，调试真空泵以及低速电动推杆，确保其处于可用状态；

第二步骤即制作煤样总成具体是：

第一子步骤是装入装样管；

将橡胶套管塞入真空泵机构的装样管中，并使橡胶套管的上下两端分别伸出装样管的上下两端；

第二子步骤是翻折包覆；

将橡胶套管的上下两端分别向外翻折后回拉，使橡胶套管的两端部包覆在装样管的两端部外侧；

第三子步骤是扩张橡胶套管；

打开真空泵，负压沿抽真空管路传导至橡胶套管与装样管内壁的间隙处，使橡胶套管在负压的作用下扩张并吸附在装样管的内壁上；

第四子步骤是装入煤岩试样；

关闭真空泵，将煤岩试样由橡胶套管的任意一端开口装入装样管内的橡胶套管，然后将上压块的底部装入橡胶套管，将下压块的顶部装入橡胶套管；将橡胶套管的上端部由装样管上端外壁处翻折下来并包覆上压块的底部；将橡胶套管的下端部由装样管下端外壁处翻折下来并包覆下压块的顶部，形成煤样总成；此时橡胶套管与装样管内壁之间的负压得到泄压；

第五子步骤是取出煤样总成；

将煤样总成整体从装样管中取出，完成制作煤样总成；

受载煤岩体CT三轴实验装样装置包括夹持器总成、作为夹持器夹持对象的煤样总成、用于装配煤样总成的真空泵机构和用于将煤样总成装入夹持器总成的顶升机构；

煤样总成包括煤岩试样，煤岩试样上方压设有上压块，煤岩试样向下压设有下压块，上压块和下压块的结构与大小均相同，上压块内和下压块内分别设有上下对应贯通的通气孔；

上压块与煤岩试样同轴线设置且直径相同；煤岩试样套设有具有弹性的橡胶套管，橡胶套管的上下两端部分别套设在上压块下部和下压块上部，橡胶套管在自然收缩状态下其直径小于煤岩试样的直径；

真空泵机构包括真空泵和上下两端敞口的装样管，装样管竖向设置；真空泵的吸气口通过连接法兰连接有用于抽气的抽真空管路，抽真空管路末端沿装样管的径向方向与装样管的侧壁相连通，装样管的内径大于煤岩试样的直径并用于吸附橡胶套管，装样管的长度长于煤岩试样；

夹持器总成包括壳体，壳体具有内腔，内腔的竖向轴线处用于设置煤样总成，煤样总成正上方的壳体顶部一体设有上开口管，上开口管内由上至下装配有螺纹法兰和出液压块，螺纹法兰与上开口管内壁螺纹连接，出液压块向下与煤样总成压接，

出液压块的轴线处设有用于向下与煤样总成的上压块的通气孔对应贯通的通气孔，出液压块向上一体设有渗流出气管，渗流出气管向上伸出螺纹法兰的内孔；

出液压块处的上开口管的侧壁内沿径向设有用于围压液流出壳体的内腔的出液孔，出液孔向外连接有出液管；出液压块的中下部与上开口管的内壁之间具有间隙，出液孔通过该间隙与壳体的内腔相连通；出液压块的顶部与上开口管的内壁之间设有用于防止围压液向上渗出上开口管的环形密封圈；

煤样总成正下方的壳体底部一体设有下开口管，下开口管内设有进液堵头，进液堵头底部与下开口管内壁之间设有用于防止围压液向下渗出下开口管的环形密封圈；进液堵头中上部与下开口管的内壁之间具有与内腔相连通的间隙，该间隙处的下开口管侧壁内沿径向设有用于围压液流入壳体的进液孔，进液孔连接有进液管；下开口管的外壁底部设有用于与顶升机构螺纹连接的外螺纹；进液堵头的轴线处设有用于与下压块的通气孔对应贯通的渗流进气孔；

所述顶升机构包括中空的机架，机架内设有低速电动推杆，低速电动推杆的伸出杆朝向正上方；低速电动推杆的伸出杆正上方的机架顶壁上设有安装孔，下开口管螺纹连接在安装孔内；

低速电动推杆的伸出杆顶端设置有顶盘，顶盘上设置有用于顶升进液堵头的垫块；所述夹持器总成中，渗流出气管顶部设有用于拆卸出液压块的外螺纹；

渗流进气孔下端设有用于通气和拆卸进液堵头的扩径部，扩径部设有用于拆卸进液堵头或者连接通气接头的内螺纹；

煤样总成中，所述上压块下部径向凸起两道环形筋，该处两道环形筋之间形成上环形槽；所述下压块上部径向凸起两道环形筋，该处两道环形筋之间形成下环形槽；橡胶套管上部套在上环形槽上且下部套在下环形槽上，上环形槽处的橡胶套管上套设有用于压紧橡胶套管的橡皮筋，下环形槽处的橡胶套管上套设有用于压紧橡胶套管的橡皮筋；

出液压块底端中心处设有上定位槽，煤样总成的上压块的顶端中心处向上设有与上定位槽相适配的上定位凸块；

进液堵头上端中心处设有下定位槽，煤样总成的下压块的底端中心处向下设有与下定位槽相适配的下定位凸块；

所述上压块的底面和下压块的顶面均沿水平面设有用于均匀透气的米字型通气槽，上压块底面上的通气槽与上压块内的通气孔相通，下压块顶面上的通气槽与下压块内的通气孔相通。

将橡胶套管的上端部由装样管上端外壁处翻折下来并包覆上压块的底部时，使橡胶套管包覆在上压块下部的上环形槽内，然后使用橡皮筋，该橡皮筋自然收缩时的直径小于上压块的直径；使该橡皮筋将橡胶套管紧压在上环形槽内；

将橡胶套管的下端部由装样管下端外壁处翻折下来并包覆下压块的顶部时，使橡胶套管包覆在下压块上部的下环形槽内，然后使用橡皮筋，该橡皮筋自然收缩时的直径小于下压块的直径；使该橡皮筋将橡胶套管紧压在下环形槽内。

第三步骤即安装夹持器总成具体是：第一子步骤是连接煤样总成与进液堵头；把煤样总成的下压块的下定位凸块压入进液堵头上端的下定位槽，保证煤样总成与进液堵头同轴线；

第二子步骤是在顶升机构上安装煤样总成和夹持器总成的壳体；

操作低速电动推杆，将低速电动推杆的伸出杆下降到最低位置，并在伸出杆顶端的顶盘上放置用于顶升进液堵头的垫块；将连接有煤样总成的进液堵头由上至下穿过安装孔，将进液堵头底端放在垫块上面，此时煤样总成的中上部高于安装孔；将夹持器总成的壳体由上至下套在安装孔上方的的煤样总成上，使与壳体一体设置的下开口管旋入安装孔并与安装孔螺纹连接；

第三子步骤是顶升煤样总成和进液堵头；

用刻度尺测量出液压块和螺纹法兰的总厚度为X毫米，然后在夹持器总成的上开口管的顶部设置深度尺，使深度尺的尺框架在上开口管的顶端，使深度尺的尺身向下落在上压块的顶端；在进液堵头底部套设环形密封圈，再控制低速电动推杆，使其伸出杆向上缓慢匀速顶升，直至深度尺刻度恰好为X毫米时，立即控制低速电动推杆停止动作，确保出液压块和螺纹法兰恰好能装入上开口管中，此时进液堵头向上顶入下开口管且环形密封圈在进液堵头和下开口管内壁之间形成密封，防止进行后续实验时围压液向下渗出下开口管；

第四子步骤是装配夹持器总成；

使用拉杆，拉杆包括手柄，手柄向下连接有竖杆，竖杆上套设有螺帽，螺帽具有顶盖且下端开口；螺帽的顶盖下方的竖杆上固定连接有用于支撑螺帽顶盖的环形板，竖杆向下连接有用于在装配夹持器总成时起导向作用的导向针；

在出液压块顶部套设环形密封圈，将拉杆的导向针插入出液压块的通气孔，然后对准并插入上压块的通气孔，以此作导向将出液压块压入上开口管，保证出液压块与煤样总成同轴线，同时也确保上压块的上定位凸块恰好进入出液压块底端的上定位槽中；向上拔出拉杆，将螺纹法兰旋入上开口管，装好夹持器总成，完成装样。

装样完成后，从机架上旋下夹持器总成，将夹持器总成安装到CT机上进行CT三轴实验；

CT三轴实验后，按以下四个子步骤进行试样拆卸：

第一子步骤，实验结束后，将连接在夹持器总成上的管道拧松拆下后，再将装有煤岩试样的夹持器总成整体从加载缸上拆卸下来；

第二子步骤，使用（图2所示的）拉手，拉手顶端具有与渗流进气孔的扩径部的内螺纹相适配的外螺纹，拉手底端设有连接盘，连接盘用于与低速电动推杆的伸出杆的顶盘通过螺栓相连接。将拉手顶端旋入渗流进气孔的扩径部，将连接盘与低速电动推杆的伸出杆的顶盘用螺栓相连接，然后操作低速电动推杆使其伸出杆向下收回，将进液堵头从煤样总成的下开口管内拉出。

整个拉出过程不会撬坏进液堵头，既保护了进液堵头，又能够方便省力地将进液堵头取出。

第三子步骤，使用拉杆，拉杆包括手柄，手柄向下连接有竖杆，竖杆上套设有螺帽，螺帽具有顶盖且下端开口；螺帽的顶盖下方的竖杆上固定连接有用于支撑螺帽顶盖的环形板，竖杆向下连接有用于在装配夹持器总成时起导向作用的导向针；

将螺纹法兰用法兰扳手拧松并拆卸下来，将拉杆的螺帽旋紧在渗流出气管顶部的外螺纹上，向上拉动手柄即可方便地将出液压块拔出，解决拆卸出液压块时不方便施力的问题。

第四子步骤是取出煤样总成，完成试样拆卸。

本发明具有如下的优点：

本发明突破了管路与管路之间轴向相连的常规连接结构，使抽真空管路33沿装样管32的径向方向与装样管32相通，通过负压，将橡胶套管26扩张并吸附于装样管32内壁后再装入煤样以及上压块6和下压块16，构思巧妙，大大简化了在直径较小的橡胶套管26内装入直径较大的煤岩试样25的操作，并且装入过程不会损伤煤岩试样25，使煤岩试样25既能受到围压液传来的围压，又防止围压液侵入煤岩试样25。

本发明能够通过真空泵机构方便地装配煤样总成，不易损坏煤岩试样；同时又能够通过顶升机构配合深度尺等工具方便地装配或拆卸夹持器总成，方便且可靠地完成装样或拆卸的工作。

具有弹性的橡胶套管包覆煤岩试样的话，将使煤岩试样既能受到围压液传来的围压，又防止围压液侵入煤岩试样。要做到这一点，必要的条件是使橡胶套管能够牢牢地通过收缩力抱紧煤岩试样以及上压块和下压块，这样就需要使橡胶套管在自然收缩状态下的直径小于煤岩试样。这就带来了装样时，难以将橡胶套管套在煤岩试样上的问题，强行向上套，很容易导致煤岩试样破损。

本发明通过真空泵机构能够利用负压方便地使橡胶套管吸附在装样管内壁，从而无须手动或使用机械力撑大橡胶套管后套向煤岩试样，这样就避免了手动或机械力将橡胶套管套在煤岩试样时煤岩试样受力破损的现象，使得橡胶套管包裹紧煤岩试样、实现煤岩试样既承受围压又与围压液隔离的技术方案具有了可行性，并且能够方便快捷地进行装样操作，使用十分方便。

通气孔、渗流进气孔和渗流出气管的设置便于进行渗流实验。出液管和进液管的设置便于对煤岩试样施加围压。

煤岩试样的夹持器总成的结构便于装配，能够稳定地装夹煤样总成。通气孔、渗流进气孔和渗流出气管的设置便于进行渗流实验。出液管和进液管的设置便于对煤岩试样施加围压。

渗流出气管顶部设有外螺纹，使渗流出气管具有渗流实验时出气和拆卸时拆卸出液压块的双重作用，拆卸时只需要使用螺帽与渗流出气管螺纹连接，再向上拉动与螺帽相连接的手柄，此时环形板向上拉动螺帽的顶盖，即可方便地将出液压块拔出，解决拆卸出液压块时不方便施力的问题。

上环形槽、下环形槽以及橡皮筋的设置，能够进一步杜绝围压液通过橡胶套管进入煤岩试样。

上定位槽和上定位凸块相配合，在装样时能够确保煤样总成的上压块和出液压块同轴线，从而确保煤样总成与夹持器总成同轴线，避免不同轴带来的问题。在进行渗流实验时，米字型通气槽能够使流体均匀地通过煤岩试样。

通过使用橡皮筋将橡胶套管紧压在上环形槽和下环形槽内，具有双重作用：一方面能够进一步提升橡胶套管与上压块和下压块之间的密封性，防止实验时围压液侵入煤岩试样；另一方面能够防止橡胶套管相对煤岩试样发生滑移。

附图说明

图1是本发明的受载煤岩体CT三轴实验装样装置在装样时的结构示意图；

图2是本发明的受载煤岩体CT三轴实验装样装置在拆样时的结构示意图；

图3是真空泵机构的结构示意图；

图4是顶升机构的俯视示意图；

图5是拉杆的结构示意图；

图6是上压块底面和下压块顶面的结构示意图；

图7是夹持器总成的结构示意图。

具体实施方式

如图1至图7所示，本发明使用受载煤岩体CT三轴实验装样装置进行煤岩试样CT三轴实验装样方法。

受载煤岩体CT三轴实验装样装置包括夹持器总成、作为夹持器夹持对象的煤样总成、用于装配煤样总成的真空泵机构和用于将煤样总成装入夹持器总成的顶升机构；

煤样总成包括煤岩试样25，煤岩试样25上方压设有上压块6，煤岩试样25向下压设有下压块16，上压块6和下压块16的结构与大小均相同且对称设置在煤岩试样25上下两侧。上压块6内和下压块16内分别设有上下对应贯通的通气孔7；

上压块6与煤岩试样25同轴线设置且直径相同；煤岩试样25套设有具有弹性的橡胶套管26，橡胶套管26的上下两端部分别套设在上压块6下部和下压块16上部，橡胶套管26在自然收缩状态下其直径小于煤岩试样25的直径；

真空泵机构包括真空泵31和上下两端敞口的装样管32，装样管32竖向设置；真空泵31的吸气口通过连接法兰连接有用于抽气的抽真空管路33，抽真空管路33末端沿装样管32的径向方向与装样管32的侧壁相连通，装样管32的内径大于煤岩试样25的直径并用于吸附橡胶套管26，装样管32的长度长于煤岩试样25。连接法兰是常规装置，图未示。

真空泵31机构的法兰处设有密封圈，保证气密性。优选的，煤岩试样25为圆柱状，其规格为25mm×50mm或50mm×100mm（直径×高度，数值单位为毫米）。

优选的，所述的橡胶套管26内径在自然收缩状态下是煤岩试样25直径的96%，即其规格为24mm×97mm或48mm×150mm。

具有弹性的橡胶套管26包覆煤岩试样25的话，将使煤岩试样25既能受到围压液传来的围压，又防止围压液侵入煤岩试样25。要做到这一点，必要的条件是使橡胶套管26能够牢牢地通过收缩力抱紧煤岩试样25以及上压块6和下压块16，这样就需要使橡胶套管26在自然收缩状态下的直径小于煤岩试样25。这就带来了装样时，难以将橡胶套管26套在煤岩试样25上的问题，强行向上套，很容易导致煤岩试样25破损。

本发明通过真空泵31机构能够利用负压方便地使橡胶套管26吸附在装样管32内壁，从而无须手动或使用机械力撑大橡胶套管26后套向煤岩试样25，这样就避免了手动或机械力将橡胶套管26套在煤岩试样25时煤岩试样25受力破损的现象，使得橡胶套管26包裹紧煤岩试样25、实现煤岩试样25既承受围压又与围压液隔离的技术方案具有了可行性，并且能够方便快捷地进行装样操作，使用十分方便。

夹持器总成包括壳体1，壳体1具有内腔2，内腔2的竖向轴线处用于设置煤样总成，煤样总成正上方的壳体1顶部一体设有上开口管3，上开口管3内由上至下装配有螺纹法兰4和出液压块5，螺纹法兰4与上开口管3内壁螺纹连接，出液压块5向下与煤样总成压接，

出液压块5的轴线处设有用于向下与煤样总成的上压块6的通气孔7对应贯通的通气孔7，出液压块5向上一体设有与通气孔7相通的渗流出气管8（渗流出气管8与出液压块5是一体的），渗流出气管8向上伸出螺纹法兰4的内孔；

出液压块5处的上开口管3的侧壁内沿径向设有用于围压液（围压液可以是水或油）流出壳体1的内腔2的出液孔9，出液孔9向外连接有出液管10；出液压块5的中下部与上开口管3的内壁之间具有间隙，出液孔9通过该间隙与壳体1的内腔2相连通；出液压块5的顶部与上开口管3的内壁之间设有用于防止围压液向上渗出上开口管3的环形密封圈11；

煤样总成正下方的壳体1底部一体设有下开口管12，下开口管12内设有进液堵头13，进液堵头13底部与下开口管12内壁之间设有若干道用于防止围压液向下渗出下开口管12的环形密封圈11；进液堵头13中上部与下开口管12的内壁之间具有与内腔2相连通的间隙，该间隙处的下开口管12侧壁内沿径向设有用于围压液流入壳体1的进液孔14，进液孔14连接有进液管15；下开口管12的外壁底部设有用于与顶升机构（具体是顶升机构中的安装孔）螺纹连接的外螺纹；进液堵头13的轴线处设有用于与下压块16的通气孔7对应贯通的渗流进气孔17。

夹持器总成的壳体1优选为碳纤维材质，不会影响放射线对样品的扫描效果。

通气孔7、渗流进气孔17和渗流出气管8的设置便于进行渗流实验。出液管10和进液管15的设置便于对煤岩试样25施加围压。

使用时，通过渗流进气孔17向煤样总成内注入渗流实验用气体，通过渗流出气管8使渗流实验用气体流出，通过测量注入流出的气体流量，进行测试煤岩试样25渗流特性的实验。需要加载围压时，通过进液管15向壳体1内注入围压液，同时关闭出液管10所连接管路上的阀门，从而对煤样总成内的煤岩试样25施加围压。

所述顶升机构包括中空的机架34，机架34内设有低速电动推杆35，低速电动推杆35设置在基座40上。低速电动推杆35的伸出杆36朝向正上方；低速电动推杆35的伸出杆36正上方的机架34顶壁上设有安装孔37，下开口管12螺纹连接在安装孔37内；

低速电动推杆35的伸出杆36顶端设置有顶盘38，顶盘38上设置有用于顶升进液堵头13的垫块39。其中，安装孔37正好位于机架34顶壁的中心处。

所述夹持器总成中，渗流出气管8顶部设有用于拆卸出液压块5的外螺纹； 渗流进气孔17下端设有用于通气和拆卸进液堵头13的扩径部18，扩径部18设有用于拆卸进液堵头13或者连接渗流实验进气用通气接头的内螺纹。

渗流出气管8顶部设有外螺纹，使渗流出气管8具有渗流实验时出气和拆卸时拆卸出液压块5的双重作用，拆卸时只需要使用螺帽与渗流出气管8螺纹连接，再向上拉动与螺帽相连接的手柄，此时环形板向上拉动螺帽的顶盖，即可方便地将出液压块5拔出，解决拆卸出液压块5时不方便施力的问题。

煤样总成中，所述上压块6下部径向凸起两道环形筋，该处两道环形筋之间形成上环形槽27；所述下压块16上部径向凸起两道环形筋，该处两道环形筋之间形成下环形槽28；橡胶套管26上部套在上环形槽27上且下部套在下环形槽28上，上环形槽27处的橡胶套管26上套设有用于压紧橡胶套管26的橡皮筋，下环形槽28处的橡胶套管26上套设有用于压紧橡胶套管26的橡皮筋。橡皮筋为常规装置，图未示。

上环形槽27、下环形槽28以及橡皮筋的设置，能够进一步杜绝围压液通过橡胶套管26进入煤岩试样25。

出液压块5底端中心处设有上定位槽19，煤样总成的上压块6的顶端中心处向上设有与上定位槽19相适配的上定位凸块20；

进液堵头13上端中心处设有下定位槽23，煤样总成的下压块16的底端中心处向下设有与下定位槽23相适配的下定位凸块24。

上定位槽19和上定位凸块20相配合，在装样时能够确保煤样总成的上压块6和出液压块5同轴线，从而确保煤样总成与夹持器总成同轴线，避免不同轴带来的问题。

所述上压块6的底面和下压块16的顶面均沿水平面设有用于均匀透气的米字型通气槽29，上压块6底面上的通气槽29与上压块6内的通气孔7相通，下压块16顶面上的通气槽29与下压块16内的通气孔7相通。在进行渗流实验时，米字型通气槽29能够使流体均匀地通过煤岩试样25。

本发明还公开了使用上述受载煤岩体CT三轴实验装样装置进行的装样方法，按以下步骤进行：

第一步骤是准备步骤；

第二步骤是制作煤样总成；

第三步骤是安装夹持器总成，完成装样。

第一步骤即准备步骤具体是：制作煤岩试样25，调试真空泵31以及低速电动推杆35，确保其处于可用状态；

第二步骤即制作煤样总成具体是：

第一子步骤是装入装样管32；

将橡胶套管26塞入真空泵31机构的装样管32中，并使橡胶套管26的上下两端分别伸出装样管32的上下两端；

第二子步骤是翻折包覆；

将橡胶套管26的上下两端分别向外（此处的“外”是指装样管32外）翻折后回拉，使橡胶套管26的两端部包覆在装样管32的两端部外侧；

第三子步骤是扩张橡胶套管26；

打开真空泵31，负压沿抽真空管路33传导至橡胶套管26与装样管32内壁的间隙处，使橡胶套管26在负压的作用下扩张并吸附在装样管32的内壁上；

第四子步骤是装入煤岩试样25；

关闭真空泵31，将煤岩试样25由橡胶套管26的任意一端开口装入装样管32内的橡胶套管26，然后将上压块6的底部装入橡胶套管26，将下压块16的顶部装入橡胶套管26；将橡胶套管26的上端部由装样管32上端外壁处翻折下来并包覆上压块6的底部；将橡胶套管26的下端部由装样管32下端外壁处翻折下来并包覆下压块16的顶部，形成煤样总成；此时橡胶套管26与装样管32内壁之间的负压得到泄压；

第五子步骤是取出煤样总成；

将煤样总成整体从装样管32中取出，完成制作煤样总成。

本发明突破了管路与管路之间轴向相连的常规连接结构，使抽真空管路33沿装样管32的径向方向与装样管32相通，通过负压，将橡胶套管26扩张并吸附于装样管32内壁后再装入煤样以及上压块6和下压块16，构思巧妙，大大简化了在直径较小的橡胶套管26内装入直径较大的煤岩试样25的操作，并且装入过程不会损伤煤岩试样25，使煤岩试样25既能受到围压液传来的围压，又防止围压液侵入煤岩试样25。

将橡胶套管26的上端部由装样管32上端外壁处翻折下来并包覆上压块6的底部时，使橡胶套管26包覆在上压块6下部的上环形槽27内，然后使用橡皮筋，该橡皮筋自然收缩时的直径小于上压块6的直径；使该橡皮筋将橡胶套管26紧压在上环形槽27内；

将橡胶套管26的下端部由装样管32下端外壁处翻折下来并包覆下压块16的顶部时，使橡胶套管26包覆在下压块16上部的下环形槽28内，然后使用橡皮筋，该橡皮筋自然收缩时的直径小于下压块16的直径；使该橡皮筋将橡胶套管26紧压在下环形槽28内。

通过使用橡皮筋将橡胶套管26紧压在上环形槽27和下环形槽28内，具有双重作用：一方面能够进一步提升橡胶套管26与上压块6和下压块16之间的密封性，防止实验时围压液侵入煤岩试样25；另一方面能够防止橡胶套管26相对煤岩试样25发生滑移。

第三步骤即安装夹持器总成具体是：第一子步骤是连接煤样总成与进液堵头13；把煤样总成的下压块16的下定位凸块24压入进液堵头13上端的下定位槽23，保证煤样总成与进液堵头13同轴线；

第二子步骤是在顶升机构上安装煤样总成和夹持器总成的壳体1；

操作低速电动推杆35，将低速电动推杆35的伸出杆36下降到最低位置，并在伸出杆36顶端的顶盘38上放置用于顶升进液堵头13的垫块39；将连接有煤样总成的进液堵头13由上至下穿过安装孔37，将进液堵头13底端放在垫块39上面，此时煤样总成的中上部高于安装孔37；将夹持器总成的壳体1由上至下套在安装孔37上方的的煤样总成上，使与壳体1一体设置的下开口管12旋入安装孔37并与安装孔37螺纹连接；

第三子步骤是顶升煤样总成和进液堵头13；

用刻度尺测量出液压块5和螺纹法兰4的总厚度为X毫米，然后在夹持器总成的上开口管3的顶部设置深度尺，使深度尺的尺框架在上开口管3的顶端，使深度尺的尺身向下落在上压块6的顶端；在进液堵头13底部套设环形密封圈11，再控制低速电动推杆35，使其伸出杆36向上缓慢匀速顶升，直至深度尺刻度恰好为X毫米时，立即控制低速电动推杆35停止动作，确保出液压块5和螺纹法兰4恰好能装入上开口管3中，此时进液堵头13向上顶入下开口管12且环形密封圈11在进液堵头13和下开口管12内壁之间形成密封，防止进行后续实验时围压液向下渗出下开口管12；

第四子步骤是装配夹持器总成；

使用拉杆，拉杆包括手柄61，手柄61向下连接有竖杆62，竖杆62上套设有螺帽63，螺帽63具有顶盖且下端开口；螺帽63的顶盖下方的竖杆62上固定连接有用于支撑螺帽63顶盖的环形板65，竖杆62向下连接有用于在装配夹持器总成时起导向作用的导向针66；

在出液压块5顶部套设环形密封圈11，将拉杆的导向针66插入出液压块5的通气孔7，然后对准并插入上压块6的通气孔7，以此作导向将出液压块5压入上开口管3，保证出液压块5与煤样总成同轴线，防止出现偏心力，同时也确保上压块6的上定位凸块20恰好进入出液压块5底端的上定位槽19中；向上拔出拉杆，将螺纹法兰4旋入上开口管3，装好夹持器总成，完成装样。

装样完成后，即可从机架34上旋下夹持器总成，将夹持器总成安装到CT机上进行CT三轴实验。

CT三轴实验具体是将夹持器总成安装到CT机的加载缸上，再进一步安装在CT机内的三轴转台上，接通管路，进行加载与扫描。加载与扫描具有三个子步骤：第一子步骤，定位扫描图像：利用CT机位置操作杆，通过调节X轴和Y轴位置使样品处于合适位置，调节Z轴位置使样品拥有最佳分辨率，保持煤岩试样25旋转360°透射所成的图像都能占据探测器屏幕中央；第二子步骤，试样预压：按照CT三轴实验操作规范对煤岩试样25施加预顶力，预顶力可保证样品在扫描过程不会有晃动从而避免扫描图像不清晰；第三子步骤，实验扫描：按照实验方案和操作规范进行加载，在加载过程中利用CT设备进行扫描。

完成CT三轴实验后，进行试样拆卸。

试样拆卸包括四个子步骤：

第一子步骤，实验结束后，将连接在夹持器总成上的管道拧松拆下后，再将装有煤岩试样25的夹持器总成整体从加载缸上拆卸下来；

第二子步骤，使用（图2所示的）拉手67，拉手67顶端具有与渗流进气孔17的扩径部18的内螺纹相适配的外螺纹，拉手67底端设有连接盘68，连接盘68用于与低速电动推杆35的伸出杆36的顶盘38通过螺栓69相连接。将拉手67顶端旋入渗流进气孔17的扩径部18，将连接盘68与低速电动推杆35的伸出杆36的顶盘38用螺栓相连接，然后操作低速电动推杆35使其伸出杆36向下收回，将进液堵头13从煤样总成的下开口管12内拉出。

整个拉出过程不会撬坏进液堵头13，既保护了进液堵头13，又能够方便省力地将进液堵头13取出。

第三子步骤，使用拉杆，拉杆包括手柄61，手柄61向下连接有竖杆62，竖杆62上套设有螺帽63，螺帽63具有顶盖且下端开口；螺帽63的顶盖下方的竖杆62上固定连接有用于支撑螺帽63顶盖的环形板65，竖杆62向下连接有用于在装配夹持器总成时起导向作用的导向针66；

将螺纹法兰4用法兰扳手拧松并拆卸下来，将拉杆的螺帽63旋紧在渗流出气管8顶部的外螺纹上，向上拉动手柄61即可方便地将出液压块5拔出，解决拆卸出液压块5时不方便施力的问题。

第四子步骤是取出煤样总成，完成试样拆卸。

以上实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围的任何修改或局部替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (4)

1.煤岩试样CT三轴实验装样方法，其特征在于：使用受载煤岩体CT三轴实验装样装置按以下步骤进行：

第一步骤是准备步骤；

第二步骤是制作煤样总成；

第三步骤是安装夹持器总成，完成装样；

第一步骤即准备步骤具体是：制作煤岩试样，调试真空泵以及低速电动推杆，确保其处于可用状态；

第二步骤即制作煤样总成具体是：

第一子步骤是装入装样管；

将橡胶套管塞入真空泵机构的装样管中，并使橡胶套管的上下两端分别伸出装样管的上下两端；

第二子步骤是翻折包覆；

将橡胶套管的上下两端分别向外翻折后回拉，使橡胶套管的两端部包覆在装样管的两端部外侧；

第三子步骤是扩张橡胶套管；

打开真空泵，负压沿抽真空管路传导至橡胶套管与装样管内壁的间隙处，使橡胶套管在负压的作用下扩张并吸附在装样管的内壁上；

第四子步骤是装入煤岩试样；

关闭真空泵，将煤岩试样由橡胶套管的任意一端开口装入装样管内的橡胶套管，然后将上压块的底部装入橡胶套管，将下压块的顶部装入橡胶套管；将橡胶套管的上端部由装样管上端外壁处翻折下来并包覆上压块的底部；将橡胶套管的下端部由装样管下端外壁处翻折下来并包覆下压块的顶部，形成煤样总成；此时橡胶套管与装样管内壁之间的负压得到泄压；

第五子步骤是取出煤样总成；

将煤样总成整体从装样管中取出，完成制作煤样总成；

受载煤岩体CT三轴实验装样装置包括夹持器总成、作为夹持器夹持对象的煤样总成、用于装配煤样总成的真空泵机构和用于将煤样总成装入夹持器总成的顶升机构；

煤样总成包括煤岩试样，煤岩试样上方压设有上压块，煤岩试样向下压设有下压块，上压块和下压块的结构与大小均相同，上压块内和下压块内分别设有上下对应贯通的通气孔；

上压块与煤岩试样同轴线设置且直径相同；煤岩试样套设有具有弹性的橡胶套管，橡胶套管的上下两端部分别套设在上压块下部和下压块上部，橡胶套管在自然收缩状态下其直径小于煤岩试样的直径；

真空泵机构包括真空泵和上下两端敞口的装样管，装样管竖向设置；真空泵的吸气口通过连接法兰连接有用于抽气的抽真空管路，抽真空管路末端沿装样管的径向方向与装样管的侧壁相连通，装样管的内径大于煤岩试样的直径并用于吸附橡胶套管，装样管的长度长于煤岩试样；

夹持器总成包括壳体，壳体具有内腔，内腔的竖向轴线处用于设置煤样总成，煤样总成正上方的壳体顶部一体设有上开口管，上开口管内由上至下装配有螺纹法兰和出液压块，螺纹法兰与上开口管内壁螺纹连接，出液压块向下与煤样总成压接，

出液压块的轴线处设有用于向下与煤样总成的上压块的通气孔对应贯通的通气孔，出液压块向上一体设有渗流出气管，渗流出气管向上伸出螺纹法兰的内孔；

出液压块处的上开口管的侧壁内沿径向设有用于围压液流出壳体的内腔的出液孔，出液孔向外连接有出液管；出液压块的中下部与上开口管的内壁之间具有间隙，出液孔通过该间隙与壳体的内腔相连通；出液压块的顶部与上开口管的内壁之间设有用于防止围压液向上渗出上开口管的环形密封圈；

煤样总成正下方的壳体底部一体设有下开口管，下开口管内设有进液堵头，进液堵头底部与下开口管内壁之间设有用于防止围压液向下渗出下开口管的环形密封圈；进液堵头中上部与下开口管的内壁之间具有与内腔相连通的间隙，该间隙处的下开口管侧壁内沿径向设有用于围压液流入壳体的进液孔，进液孔连接有进液管；下开口管的外壁底部设有用于与顶升机构螺纹连接的外螺纹；进液堵头的轴线处设有用于与下压块的通气孔对应贯通的渗流进气孔；

所述顶升机构包括中空的机架，机架内设有低速电动推杆，低速电动推杆的伸出杆朝向正上方；低速电动推杆的伸出杆正上方的机架顶壁上设有安装孔，下开口管螺纹连接在安装孔内；

低速电动推杆的伸出杆顶端设置有顶盘，顶盘上设置有用于顶升进液堵头的垫块；所述夹持器总成中，渗流出气管顶部设有用于拆卸出液压块的外螺纹；

渗流进气孔下端设有用于通气和拆卸进液堵头的扩径部，扩径部设有用于拆卸进液堵头或者连接通气接头的内螺纹；

煤样总成中，所述上压块下部径向凸起两道环形筋，该处两道环形筋之间形成上环形槽；所述下压块上部径向凸起两道环形筋，该处两道环形筋之间形成下环形槽；橡胶套管上部套在上环形槽上且下部套在下环形槽上，上环形槽处的橡胶套管上套设有用于压紧橡胶套管的橡皮筋，下环形槽处的橡胶套管上套设有用于压紧橡胶套管的橡皮筋；

出液压块底端中心处设有上定位槽，煤样总成的上压块的顶端中心处向上设有与上定位槽相适配的上定位凸块；

进液堵头上端中心处设有下定位槽，煤样总成的下压块的底端中心处向下设有与下定位槽相适配的下定位凸块；

所述上压块的底面和下压块的顶面均沿水平面设有用于均匀透气的米字型通气槽，上压块底面上的通气槽与上压块内的通气孔相通，下压块顶面上的通气槽与下压块内的通气孔相通。

2.根据权利要求1所述的煤岩试样CT三轴实验装样方法，其特征在于：

将橡胶套管的上端部由装样管上端外壁处翻折下来并包覆上压块的底部时，使橡胶套管包覆在上压块下部的上环形槽内，然后使用橡皮筋，该橡皮筋自然收缩时的直径小于上压块的直径；使该橡皮筋将橡胶套管紧压在上环形槽内；

将橡胶套管的下端部由装样管下端外壁处翻折下来并包覆下压块的顶部时，使橡胶套管包覆在下压块上部的下环形槽内，然后使用橡皮筋，该橡皮筋自然收缩时的直径小于下压块的直径；使该橡皮筋将橡胶套管紧压在下环形槽内。

3.根据权利要求1或2所述的煤岩试样CT三轴实验装样方法，其特征在于：第三步骤即安装夹持器总成具体是：第一子步骤是连接煤样总成与进液堵头；把煤样总成的下压块的下定位凸块压入进液堵头上端的下定位槽，保证煤样总成与进液堵头同轴线；

第二子步骤是在顶升机构上安装煤样总成和夹持器总成的壳体；

操作低速电动推杆，将低速电动推杆的伸出杆下降到最低位置，并在伸出杆顶端的顶盘上放置用于顶升进液堵头的垫块；将连接有煤样总成的进液堵头由上至下穿过安装孔，将进液堵头底端放在垫块上面，此时煤样总成的中上部高于安装孔；将夹持器总成的壳体由上至下套在安装孔上方的的煤样总成上，使与壳体一体设置的下开口管旋入安装孔并与安装孔螺纹连接；

第三子步骤是顶升煤样总成和进液堵头；

用刻度尺测量出液压块和螺纹法兰的总厚度为X毫米，然后在夹持器总成的上开口管的顶部设置深度尺，使深度尺的尺框架在上开口管的顶端，使深度尺的尺身向下落在上压块的顶端；在进液堵头底部套设环形密封圈，再控制低速电动推杆，使其伸出杆向上缓慢匀速顶升，直至深度尺刻度恰好为X毫米时，立即控制低速电动推杆停止动作，确保出液压块和螺纹法兰恰好能装入上开口管中，此时进液堵头向上顶入下开口管且环形密封圈在进液堵头和下开口管内壁之间形成密封，防止进行后续实验时围压液向下渗出下开口管；

第四子步骤是装配夹持器总成；

使用拉杆，拉杆包括手柄，手柄向下连接有竖杆，竖杆上套设有螺帽，螺帽具有顶盖且下端开口；螺帽的顶盖下方的竖杆上固定连接有用于支撑螺帽顶盖的环形板，竖杆向下连接有用于在装配夹持器总成时起导向作用的导向针；

在出液压块顶部套设环形密封圈，将拉杆的导向针插入出液压块的通气孔，然后对准并插入上压块的通气孔，以此作导向将出液压块压入上开口管，保证出液压块与煤样总成同轴线，同时也确保上压块的上定位凸块恰好进入出液压块底端的上定位槽中；向上拔出拉杆，将螺纹法兰旋入上开口管，装好夹持器总成，完成装样。

4.根据权利要求3所述的煤岩试样CT三轴实验装样方法，其特征在于：装样完成后，从机架上旋下夹持器总成，将夹持器总成安装到CT机上进行CT三轴实验；

CT三轴实验后，按以下四个子步骤进行试样拆卸：

第一子步骤，实验结束后，将连接在夹持器总成上的管道拧松拆下后，再将装有煤岩试样的夹持器总成整体从加载缸上拆卸下来；

第二子步骤，使用（图2所示的）拉手，拉手顶端具有与渗流进气孔的扩径部的内螺纹相适配的外螺纹，拉手底端设有连接盘，连接盘用于与低速电动推杆的伸出杆的顶盘通过螺栓相连接；

将拉手顶端旋入渗流进气孔的扩径部，将连接盘与低速电动推杆的伸出杆的顶盘用螺栓相连接，然后操作低速电动推杆使其伸出杆向下收回，将进液堵头从煤样总成的下开口管内拉出；

整个拉出过程不会撬坏进液堵头，既保护了进液堵头，又能够方便省力地将进液堵头取出；

第三子步骤，使用拉杆，拉杆包括手柄，手柄向下连接有竖杆，竖杆上套设有螺帽，螺帽具有顶盖且下端开口；螺帽的顶盖下方的竖杆上固定连接有用于支撑螺帽顶盖的环形板，竖杆向下连接有用于在装配夹持器总成时起导向作用的导向针；

将螺纹法兰用法兰扳手拧松并拆卸下来，将拉杆的螺帽旋紧在渗流出气管顶部的外螺纹上，向上拉动手柄即可方便地将出液压块拔出，解决拆卸出液压块时不方便施力的问题；

第四子步骤是取出煤样总成，完成试样拆卸。

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