CN112461654A - 一种标准圆柱形岩石试样多场耦合实验装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种标准圆柱形岩石试样多场耦合实验装置，包括压力室本体、承样台、压头、热缩密封套、加载机构、供水机构、升温机构和气压机构，其将圆柱形岩石试样包覆在热缩密封套与承样台和压头所合围形成的密闭的试样内腔里，通过供水机构、升温机构、气压机构与压力室本体的相互作用配合，来形成水环境、温度环境和围压环境的影响，从而模拟密闭试样内腔中的圆柱形岩石试样在水环境、温度环境和围压环境中受单一或多种环境影响因素作用下的力学行为，进而实现在单一或复杂环境作用影响下的岩石力学实验。

Description

一种标准圆柱形岩石试样多场耦合实验装置

技术领域

本发明涉及岩体力学实验技术领域，具体涉及一种标准圆柱形岩石试样多场耦合实验装置。

背景技术

岩石的强度与变形特性对于地下工程领域而言至关重要，受到所处环境场的影响，其表现出的力学特性随之发生改变，掌握其强度与变形特性的变化规律是进行地下岩石类工程的必要前提。随着地下岩石工程由浅入深，深部岩体所处环境变得十分复杂，包括温度、应力、水和化学等外界环境因素都会对岩体的力学特性产生影响，在多重因素耦合作用的情况下，深部岩体产生了由固态特性向流变特性转变的力学行为变化，为了研究深部岩体在多种环境因素影响下的力学行为，需要研制一款专用的设备来实现复杂环境下岩体的力学实验。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种标准圆柱形岩石试样多场耦合实验装置。

为了实现上述目的，本发明提供一种标准圆柱形岩石试样多场耦合实验装置，包括压力室本体，其内部形成有腔室；加载机构，其用于提供向下的压力，所述加载机构活动贯穿腔室的顶部，并上下滑动密封配合在腔室内；承样台，其安装在所述腔室底部，用于承载试样；压头，其连接在所述加载机构的底部并位于在所述承样台的上方，所述压头与承样台同轴线布置；热缩密封套，其两端分别密封套装在所述承样台和压头上，并合围形成密闭的试样内腔；压头内贯穿有与所述试样内腔连通的渗水通道，承样台内贯穿有与试样内腔连通的出水通道；供水机构，其用于对所述试样内腔提供水源，所述供水机构的送水端与所述渗水通道连通，供水机构的回水端与所述出水通道连通；升温机构，其用于对所述腔室内部温度进行加热；气压机构，其用于对腔室内部气压进行调节。

优选地，所述渗水通道包括进水孔、若干径向渗水孔a和若干轴向渗水孔a；所述进水孔设在压头的顶部，进水孔沿压头的高度方向向下延伸；压头的底部设有圆柱状的上凸台，所述上凸台的中轴线与进水孔的中轴线重合，所述热缩密封套的上端口密封套装在上凸台的外壁上；所述径向渗水孔a设在上凸台的内部并沿上凸台的径向方向延伸，若干径向渗水孔a位于同一水平面上并沿进水孔的中轴线呈环形阵列分布，每个径向渗水孔a均与进水孔连通；所述轴向渗水孔a设在上凸台的底部并沿平行于上凸台的轴向方向向上延伸，上凸台同一径向上的若干轴向渗水孔a均匀间隔分布，并与同一径向方向的径向渗水孔a连通。

优选地，所述压头的上部形成有锥形头部，所述锥形头部的小端向上；所述加载机构包括压柱，所述压柱的底部设有圆盘，所述圆盘滑动密封配合在腔室内；圆盘的底部设有连接头，所述连接头朝向锥形头部的一端设置有连接孔，所述连接孔的端口设有连接盘，所述连接盘上开设通孔，所述通孔的直径小于连接孔的直径；还包括对位头，所述对位头的顶部安装在连接孔内，对位头的底部设有与锥形头部密封配合的锥形凹槽，对位头中部设有环形的容纳槽，连接盘活动配合在所述容纳槽内，所述锥形凹槽、容纳槽、对位头、连接孔、连接盘和通孔同中轴线布置；连接盘与容纳槽之间设有可使对位头沿通孔的径向方向活动的微调机构。

优选地，所述微调机构包括多个弹性件和多个滚珠，多个所述滚珠沿连接盘的中轴线呈环形阵列分别布置在连接盘的顶面和底面，滚珠与容纳槽的槽壁贴合；多个所述弹性件沿对位头的中轴线呈环形阵列布置在容纳槽内，弹性件的两端分别连接容纳槽的槽底和通孔的内壁；所述压柱内设有第一过水管，所述第一过水管的顶端伸出压柱的顶部外并与供水机构的进水端连通，第一过水管的底端伸入连接孔内；连接头内设有第二过水管，所述第二过水管的顶端伸入连接孔内并与第一过水管通过软管连通，第二过水管的底端伸入锥形凹槽内；所述进水孔的上端形成有呈锥形的对位口，所述锥形对位口的大端朝上，第二过水管的底端伸入锥形凹槽内。

优选地，所述出水通道包括出水孔、若干径向渗水孔b和若干轴向渗水孔b；所述出水孔设在承样台的底部，出水孔沿承样台的高度方向向上延伸；承样台的顶部设有圆柱状的下凸台，所述下凸台、出水孔、上凸台的中轴线重合，热缩密封套的下端口密封套装在下凸台的外壁上；

所述径向渗水孔b设在下凸台的内部并沿下凸台的径向方向延伸，若干径向渗水孔b位于同一水平面上并沿出水孔的中轴线呈环形阵列分布，每个径向渗水孔b均与出水孔连通；所述轴向渗水孔b 设在下凸台的顶部并沿平行于下凸台的轴向方向向下延伸，下凸台同一径向上的若干轴向渗水孔b均匀间隔分布，并与同一径向方向的径向渗水孔b连通。

优选地，所述压力室本体包括基座、连接筒和上盖；所述基座的顶部设有呈圆柱状的支撑平台，承样台安装在所述支撑平台上；支撑平台上设有环形凹槽，所述环形凹槽、支撑平台和下凸台同中轴线布置；所述连接筒的底部适形密封安装在环形凹槽内，所述上盖安装在连接筒的顶部，压柱活动贯穿上盖。

优选地，所述连接筒的顶部连接有上筒体，所述上筒体的内径大于连接筒的外径，上盖螺纹配合在上筒体内；所述连接筒的底部连接有下筒体，所述下筒体的内径大于连接筒的外径，连接筒的底部设有延伸部，所述延伸部伸进下筒体内并密封安装在环形凹槽内，延伸部的高度小于下筒体的高度，支撑平台螺纹配合在下筒体内；所述支撑平台的外周壁上开设有多个与环形凹槽连通的变形缺口，多个所述变形缺口沿支撑平台的中轴线呈环形阵列分布。

优选地，所述供水机构包括水箱、进水管和回水管，所述进水管的一端与所述水箱连通，进水管的另一端与第一过水管连通，进水管沿其输送方向依次设有水泵和水阀a；所述支撑平台的中心位置设有与出水孔适形配合的第三过水管，所述第三过水管安装在出水孔内；回水管的一端与水箱连通，回水管的另一端穿过支撑平台并与第三过水管连通，回水管上设有水阀b。

优选地，所述基座上设有连通腔室的进气孔，所述进气孔内设有过滤网；所述气压机构包括空气压缩机和进气管，所述进气管的一端与所述进气孔连通，进气管的另一端与所述空气压缩机连通，进气管沿其输送方向上依次设有进气阀、限压阀和气压计。

优选地，所述连接筒的筒壁内设有安装腔，所述安装腔沿连接筒的周向延伸并连通；所述升温机构包括电阻丝，所述电阻丝安装在安装腔内。

本发明的有益效果：

(1)本发明公开了一种标准圆柱形岩石试样多场耦合实验装置，其将圆柱形岩石试样包覆在热缩密封套与承样台和压头所合围形成密闭的试样内腔里，通过供水机构、升温机构、气压机构与压力室本体的相互作用配合，来形成水环境、温度环境和围压环境的影响，从而模拟密闭试样内腔中的圆柱形岩石试样在水环境、温度环境和围压环境中受单一或多种环境影响因素作用下的力学行为，进而实现在单一或复杂环境作用影响下的岩石力学实验。

该多场耦合实验装置能够模拟多种环境影响因素，便于实现岩石力学试验的多场耦合条件，模拟效果好，从而提升了实验结果的准确性和科学性。

(2)该多场耦合实验装置采用的均是常规元件，具有制造成本低、通用性强、操作方便快捷等优点，且各元件组合合理，结构紧凑可靠，性能稳定，利于推广。

(3)在模拟水环境影响因素时，水流通过供水机构进入到进水孔后，由于所有的径向渗水孔a位于同一水平面上且沿进水孔的中轴线呈环形阵列分布，因此，水流能够在水压作用下均匀地流进各个径向渗水孔a内，并从与每个径向渗水孔a连通的多个轴向渗水孔a均匀地流出，从而使水流均匀地分散施加到承样台上的岩石试样里，从而精确模拟水环境影响因素。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。

图1为本发明一实施例提供的标准圆柱形岩石试样多场耦合实验装置的结构示意图；

图2为该实验装置另一结构示意图；

图3为图2中A处的局部放大图；

图4为承样台的结构示意图；

图5为承样台的剖面示意图；

图6为承样台内部(径向渗水孔b)的示意图；

图7为基座的结构示意图。

附图标记：

1-压力室本体，11-腔室，12-基座，121-支撑平台，122-环形凹槽，123-变形缺口，124-进气孔，13-连接筒，131-延伸部，132- 安装腔，14-上盖，15-上筒体，16-下筒体，17-第三过水管，18-过滤网，2-压柱，21-圆盘，22-连接头，221-连接孔，23-连接盘，24- 对位头，241-锥形凹槽，242-容纳槽，25-弹性件，26-滚珠，27-第一过水管，28-第二过水管，29-软管，3-承样台，31-出水孔，32- 径向渗水孔b，33-轴向渗水孔b，34-下凸台，4-压头，41-进水孔， 411-对位口，42-径向渗水孔a，43-轴向渗水孔a，44-上凸台，45- 锥形头部，5-热缩密封套，6-试样内腔，7-供水机构，71-水箱，72- 进水管，73-回水管，74-水泵，75-水阀a，76-水阀b，8-电阻丝， 9-气压机构，91-空气压缩机，92-进气管，93-进气阀，94-限压阀， 95-气压计。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。

需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

如图1-7所示，本发明提供一种标准圆柱形岩石试样多场耦合实验装置，包括压力室本体1、承样台3、压头4、热缩密封套5、加载机构、供水机构7、升温机构和气压机构9，其中，压力室本体 1的内部形成有腔室11，加载机构用于对岩石试样提供向下的压力，加载机构活动贯穿腔室11的顶部，并上下滑动密封配合在腔室11 内；承样台3安装在腔室11的底部，用于承载岩石试样；压头4连接在加载机构的底部并位于在承样台3的上方，压头4与承样台3 同轴线布置；热缩密封套5的两端分别热缩密封套5装在承样台3 和压头4上，并合围形成密闭的试样内腔6从而来包覆岩石试样；压头4内贯穿有与试样内腔6连通的渗水通道，承样台3内贯穿有与试样内腔6连通的出水通道；供水机构7用于对试样内腔6提供水源，供水机构7的送水端与渗水通道连通，供水机构7的回水端与出水通道连通；升温机构用于对腔室11内部温度进行加热；气压机构9用于对腔室11内部气压进行调节。

在本实施例中，热缩密封套5采用耐高温、耐高压、耐腐蚀的热塑性材料，通过将热缩密封套5装在承样台3和压头4上，可形成密闭的试样内腔6，从而将标准圆柱形岩石试样包覆其中，包覆后可使用热风枪加热热缩密封套5使其与承样台3和压头4紧密包覆岩石试样，从而充分模拟土壤结构环境。本发明的标准圆柱形岩石试样多场耦合实验装置，其将圆柱形岩石试样包覆在热缩密封套5 与承样台3和压头4所合围形成的密闭内腔里，通过供水机构7、升温机构、气压机构9与压力室本体1的相互作用配合，来模拟形成水环境、温度环境和围压环境的影响因素，从而模拟密闭试样内腔6 中的圆柱形岩石试样在水环境、温度环境和围压环境中受单一或多种环境影响因素作用下的力学特性的变化规律，进而实现在单一或复杂环境作用影响下的岩石力学实验。

该多场耦合实验装置能够模拟多种环境影响因素，便于实现岩石力学试验的多场耦合条件，模拟效果好，从而提升了实验结果的准确性。

在一具体实施例中，渗水通道包括进水孔41、若干径向渗水孔 a42和若干轴向渗水孔a43；进水孔41设在压头4的顶部，进水孔 41沿压头4的高度方向向下延伸；压头4的底部设有圆柱状的的上凸台44，上凸台44的中轴线与进水孔41的中轴线重合，热缩密封套5的上端口密封套装在上凸台44的外壁上；径向渗水孔a42设在上凸台44的内部并沿上凸台44的径向方向延伸，若干径向渗水孔 a42位于同一水平面上并沿进水孔41的中轴线呈环形阵列分布，每个径向渗水孔a42均与进水孔41连通；轴向渗水孔a43设在上凸台 44的底部并沿平行于上凸台44的轴向方向向上延伸，上凸台44同一径向上的若干轴向渗水孔a43均匀间隔分布，并与同一径向方向的径向渗水孔a42连通。

在模拟水环境影响因素时，水流通过供水机构7进入到进水孔 41后，由于所有的径向渗水孔a42位于同一水平面上且沿进水孔41 的中轴线呈环形阵列分布，因此，水流能够均匀地流进各个径向渗水孔a42内，并从与每个径向渗水孔a42连通的多个轴向渗水孔a43 均匀地流出，从而使水流均匀地分散施加到试样内腔6的岩石试样表面。

在一具体实施例中，压头4的上部形成有锥形头部45，锥形头部45的小端向上；加载机构包括压柱2，压柱2的底部设有圆盘21，圆盘21滑动密封配合在腔室11内；圆盘21的底部设有连接头22，连接头22朝向锥形头部45的一端设置有连接孔221，连接孔221 的端口设有连接盘23，连接盘23上开设通孔，通孔的直径小于连接孔221的直径；还包括对位头24，对位头24的顶部安装在连接孔 221内，对位头24的底部设有与锥形头部45密封配合的锥形凹槽 241，对位头24中部设有环形的容纳槽242，容纳槽242、锥形凹槽 241、对位头24、连接孔221、连接盘23和通孔同中轴线布置；连接盘23活动配合在容纳槽242内，连接盘23与容纳槽242之间设有可使对位头24沿通孔的径向方向活动的微调机构。

压柱2可配合外接的标准材料力学实验机，从而对圆柱岩石试样施加向下的载荷，来配合完成岩石力学实验。材料力学实验机带动压柱2沿竖向方向移动，压柱2同步带动圆盘21沿连接筒13的内部滑动，由于圆盘21的外壁与腔室11的内壁滑动密封配合，因此，圆盘21与腔室11的空间始终保持密闭状态，配合供水机构7、升温机构和气压机构9，来模拟形成水环境、温度环境和围压环境。

在将承样台3安装固定在腔室11底部时可能会出现些许的误差，如承样台3和压头4与压柱2的中轴线产生一定的偏离，这样一来可能会造成压柱2对位压头4时不准确，从而对实验过程和结果造成不好的影响。为了避免这一现象，当压柱2在下压过程中，如果压头4的中轴线与对位头24的中轴线存在偏差，锥形头部45 斜面与锥形凹槽241斜面相互配合，会适应性地带动对位头24沿通孔(或连接孔221)的径向方向做微小的移动，从而使锥形凹槽241 对准锥形头部45。通过容纳槽242、微调机构与连接盘23之间的相互配合，能够使对位头24不会脱离掉落，并且，使得对位头24只能沿通孔的径向方向活动，而不会沿通孔的轴向方向活动，从而更加精确的使压柱2与压头4连接对位。

具体地，微调机构包括多个弹性件25和多个滚珠26，多个滚珠 26沿连接盘23的中轴线呈环形阵列分别布置在连接盘23的顶面和底面，滚珠26与容纳槽242的槽壁贴合；多个弹性件25沿对位头 24的中轴线呈环形阵列布置在容纳槽242内，弹性件25的两端分别连接容纳槽242的槽底和通孔的内壁；压柱2内设有第一过水管27，第一过水管27的顶端伸出压柱2的顶部外并与供水机构7的进水端连通，第一过水管27的底端伸入连接孔221内；连接头22内设有第二过水管28，第二过水管28的顶端伸入连接孔221内并与第一过水管27通过软管29连通，第二过水管28的底端伸入锥形凹槽241 内；进水孔41的上端形成有呈锥形的对位口411，锥形对位口411 的大端朝上，第二过水管28的底端伸入对位口411内。

滚珠26能够增加连接盘23与容纳槽242槽壁之间的滑动流畅性，而多个弹性件25沿对位头24的中轴线呈环形阵列布置，使得对位头24在初始位置时，容纳槽242、锥形凹槽241、对位头24、连接孔221、连接盘23和通孔的中轴线始终保持重合。同时，在对位头24脱离压头4后，对位头24也能够在弹性件25的作用下，快速地复位。

通过将第二过水管28与第一过水管27设计成用软管29连通，这样一来，在对位头24沿通孔(或连接孔221)的径向方向活动过程中，保证了第二过水管28与第一过水管27的通畅。同时，呈锥形设计的对位口411保证了第二过水管28的下端与进水孔41连通，当然，锥形头部45设有密封圈，从而在避免第二过水管28的水从对位头24与锥形头部45之间渗入腔室11内。

在一具体实施例中，出水通道包括出水孔31、若干径向渗水孔 b32和若干轴向渗水孔b33；出水孔31设在承样台3的底部，出水孔31沿承样台3的高度方向向上延伸；承样台3的顶部设有圆柱状的下凸台34，下凸台34、出水孔31、上凸台44的中轴线重合，热缩密封套5的下端口密封套装在下凸台34的外壁上；径向渗水孔b32 设在下凸台34的内部并沿下凸台34的径向方向延伸，若干径向渗水孔b32位于同一水平面上并沿出水孔31的中轴线呈环形阵列分布，每个径向渗水孔b32均与出水孔31连通；轴向渗水孔b33设在下凸台34的顶部并沿平行于下凸台34的轴向方向向下延伸，下凸台34同一径向上的若干轴向渗水孔b33均匀间隔分布，并与同一径向方向的径向渗水孔b32连通。

在模拟水环境影响因素时，由于岩石试样在处于密闭的试样内腔6中，水流作用在岩石试样后，会流入到承样台3的下凸台34上的轴向渗水孔b33中，由于所有的轴向渗水孔b33沿下凸台34的中轴线呈环形阵列分布在下凸台34的上端面，因此，水流能够从岩石试样底部与下凸台34之间的缝隙流进各个轴向渗水孔b33内，并从与每个轴向渗水孔b33连通的径向渗水孔b32均匀地流入到出水孔31中，并进入到供水机构7的回水端，从而对水资源进行循环利用。

在一具体实施例中，压力室本体1包括基座12、连接筒13和上盖14；基座12的顶部设有呈圆柱状的支撑平台121，承样台3安装在支撑平台121上；支撑平台121上设有环形凹槽122，环形凹槽 122、支撑平台121和下凸台34同中轴线布置；连接筒13的底部适形密封安装在环形凹槽122内，上盖14安装在连接筒13的顶部，压柱2活动贯穿上盖14。

在本实施例中，压力室本体1主要包括三部分：基座12、连接筒13和上盖14，其中，基座12设有支撑平台121，承样台3则安装在支撑平台121上，通过在支撑平台121上设计环形凹槽122，在将岩石试样置入密闭内腔后，通过将连接筒13密封安装到环形凹槽 122内，从而使基座12与加载机构之间的腔室11形成密闭空间，进而为实验创造基础条件。

进一步，连接筒13的顶部连接有上筒体15，上筒体15的内径大于连接筒13的外径，上盖14螺纹配合在上筒体15内；连接筒13 的底部连接有下筒体16，下筒体16的内径大于连接筒13的外径，连接筒13的底部设有延伸部131，延伸部131伸进下筒体16内并密封安装在环形凹槽122内，延伸部131的高度小于下筒体16的高度，支撑平台121螺纹配合在下筒体16内；支撑平台121的外周壁上开设有多个与环形凹槽122连通的变形缺口123，多个变形缺口123 沿支撑平台121的中轴线呈环形阵列分布。

具体地，上筒体15的内壁设有内螺纹a，上盖14的周向外壁设有外螺纹a，上盖14与上筒体15通过内螺纹a与外螺纹a的螺纹配合来进行连接。同样的，下筒体16的内壁设有内螺纹b，支撑平台 121的周向外壁设有外螺纹b，下筒体16与支撑平台121通过内螺纹b与外螺纹b的螺纹配合来进行连接。通过将上盖14与上筒体15，以及下筒体16与支撑平台121设计成螺纹连接，各个元件的通用性好，便于装配，且连接紧密牢固。并且，由于多个变形缺口123布置在支撑平台121的外周壁上，在将下筒体16与支撑平台121进行螺纹连接时，变形缺口123能够使支撑平台121的周向外壁在受到外力作用时可产生沿径向方向的微小变形，从而提高了装配的效率。

在一具体实施例中，水环境影响因素通过供水机构7来实现，供水机构7包括水箱71、进水管72和回水管73，进水管72的一端与水箱71连通，进水管72的另一端与第一过水管27连通，进水管 72沿其输送方向依次设有水泵74和水阀a75；支撑平台121的中心位置设有与出水孔31适形配合的第三过水管17，第三过水管17安装在出水孔31内；回水管73的一端与水箱71连通，回水管73的另一端穿过支撑平台121并与第三过水管17连通，回水管73上设有水阀b76。为了便于连接材料力学实验机，且不影响第一过水管 27和进水管72的正常使用，压柱2的顶部设有转换头，转换头的外壁凹陷形成有开口，第一过水管27的一端伸入开口内，进水管72 的一端伸入开口内并与第一过水管27连通，进水管72的最高点低于转换头的顶面。

在一具体实施例中，基座12上设有连通腔室11的进气孔124，进气孔124内设有过滤网18；气压机构9包括空气压缩机91和进气管92，进气管92的一端与进气孔124连通，进气管92的另一端与空气压缩机91连通，进气管92沿其输送方向上依次设有进气阀93、限压阀94和气压计95。

在一具体实施例中，连接筒13的筒壁内设有安装腔132，安装腔132沿连接筒13的周向延伸并连通；温度环境通过升温机构来实现，升温机构包括电阻丝8，电阻丝8安装在安装腔132内。固定在安装腔132中的电阻丝8为环状金属丝，通过外接电源可进行电加热。

该多场耦合实验装置采用的均是常规元件，具有制造成本低、通用性强、操作方便快捷等优点，且各元件组合合理，结构紧凑可靠，性能稳定，利于推广。

本发明的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。

Claims (10)

1.一种标准圆柱形岩石试样多场耦合实验装置，其特征在于：包括

压力室本体，其内部形成有腔室；

加载机构，其用于提供向下的压力，所述加载机构活动贯穿腔室的顶部，并上下滑动密封配合在腔室内；

承样台，其安装在所述腔室底部，用于承载试样；

压头，其连接在所述加载机构的底部并位于在所述承样台的上方，所述压头与承样台同轴线布置；

热缩密封套，其两端分别密封套装在所述承样台和压头上，并合围形成密闭的试样内腔；压头内贯穿有与所述试样内腔连通的渗水通道，承样台内贯穿有与试样内腔连通的出水通道；

供水机构，其用于对所述试样内腔提供水源，所述供水机构的送水端与所述渗水通道连通，供水机构的回水端与所述出水通道连通；

升温机构，其用于对所述腔室内部温度进行加热；

气压机构，其用于对腔室内部气压进行调节。

2.根据权利要求1所述的实验装置，其特征在于：

所述渗水通道包括进水孔、若干径向渗水孔a和若干轴向渗水孔a；

所述进水孔设在压头的顶部，进水孔沿压头的高度方向向下延伸；压头的底部设有圆柱状的上凸台，所述上凸台的中轴线与进水孔的中轴线重合，所述热缩密封套的上端口密封套装在上凸台的外壁上；

所述径向渗水孔a设在上凸台的内部并沿上凸台的径向方向延伸，若干径向渗水孔a位于同一水平面上并沿进水孔的中轴线呈环形阵列分布，每个径向渗水孔a均与进水孔连通；

所述轴向渗水孔a设在上凸台的底部并沿平行于上凸台的轴向方向向上延伸，上凸台同一径向上的若干轴向渗水孔a均匀间隔分布，并与同一径向方向的径向渗水孔a连通。

3.根据权利要求2所述的实验装置，其特征在于：

所述压头的上部形成有锥形头部，所述锥形头部的小端向上；

所述加载机构包括压柱，所述压柱的底部设有圆盘，所述圆盘滑动密封配合在腔室内；圆盘的底部设有连接头，所述连接头朝向锥形头部的一端设置有连接孔，所述连接孔的端口设有连接盘，所述连接盘上开设通孔，所述通孔的直径小于连接孔的直径；

还包括对位头，所述对位头的顶部安装在连接孔内，对位头的底部设有与锥形头部密封配合的锥形凹槽，对位头中部设有环形的容纳槽，连接盘活动配合在所述容纳槽内，所述锥形凹槽、容纳槽、对位头、连接孔、连接盘和通孔同中轴线布置；连接盘与容纳槽之间设有可使对位头沿通孔的径向方向活动的微调机构。

4.根据权利要求3所述的实验装置，其特征在于：

所述微调机构包括多个弹性件和多个滚珠，多个所述滚珠沿连接盘的中轴线呈环形阵列分别布置在连接盘的顶面和底面，滚珠与容纳槽的槽壁贴合；

多个所述弹性件沿对位头的中轴线呈环形阵列布置在容纳槽内，弹性件的两端分别连接容纳槽的槽底和通孔的内壁；

所述压柱内设有第一过水管，所述第一过水管的顶端伸出压柱的顶部外并与供水机构的进水端连通，第一过水管的底端伸入连接孔内；连接头内设有第二过水管，所述第二过水管的顶端伸入连接孔内并与第一过水管通过软管连通，第二过水管的底端伸入锥形凹槽内；

所述进水孔的上端形成有呈锥形的对位口，所述锥形对位口的大端朝上，第二过水管的底端伸入锥形凹槽内。

5.根据权利要求4所述的实验装置，其特征在于：

所述出水通道包括出水孔、若干径向渗水孔b和若干轴向渗水孔b；

所述出水孔设在承样台的底部，出水孔沿承样台的高度方向向上延伸；承样台的顶部设有圆柱状的下凸台，所述下凸台、出水孔、上凸台的中轴线重合，热缩密封套的下端口密封套装在下凸台的外壁上；

所述径向渗水孔b设在下凸台的内部并沿下凸台的径向方向延伸，若干径向渗水孔b位于同一水平面上并沿出水孔的中轴线呈环形阵列分布，每个径向渗水孔b均与出水孔连通；

所述轴向渗水孔b设在下凸台的顶部并沿平行于下凸台的轴向方向向下延伸，下凸台同一径向上的若干轴向渗水孔b均匀间隔分布，并与同一径向方向的径向渗水孔b连通。

6.根据权利要求5所述的实验装置，其特征在于：

所述压力室本体包括基座、连接筒和上盖；

所述基座的顶部设有呈圆柱状的支撑平台，承样台安装在所述支撑平台上；支撑平台上设有环形凹槽，所述环形凹槽、支撑平台和下凸台同中轴线布置；

所述连接筒的底部适形密封安装在环形凹槽内，所述上盖安装在连接筒的顶部，压柱活动贯穿上盖。

7.根据权利要求6所述的实验装置，其特征在于：

所述连接筒的顶部连接有上筒体，所述上筒体的内径大于连接筒的外径，上盖螺纹配合在上筒体内；

所述连接筒的底部连接有下筒体，所述下筒体的内径大于连接筒的外径，连接筒的底部设有延伸部，所述延伸部伸进下筒体内并密封安装在环形凹槽内，延伸部的高度小于下筒体的高度，支撑平台螺纹配合在下筒体内；

所述支撑平台的外周壁上开设有多个与环形凹槽连通的变形缺口，多个所述变形缺口沿支撑平台的中轴线呈环形阵列分布。

8.根据权利要求6或7所述的实验装置，其特征在于：

所述供水机构包括水箱、进水管和回水管，所述进水管的一端与所述水箱连通，进水管的另一端与第一过水管连通，进水管沿其输送方向依次设有水泵和水阀a；

所述支撑平台的中心位置设有与出水孔适形配合的第三过水管，所述第三过水管安装在出水孔内；回水管的一端与水箱连通，回水管的另一端穿过支撑平台并与第三过水管连通，回水管上设有水阀b。

9.根据权利要求6或7所述的实验装置，其特征在于：

所述基座上设有连通腔室的进气孔，所述进气孔内设有过滤网；所述气压机构包括空气压缩机和进气管，所述进气管的一端与进气孔连通，进气管的另一端与所述空气压缩机连通，进气管沿其输送方向上依次设有进气阀、限压阀和气压计。

10.根据权利要求6或7所述的实验装置，其特征在于：

所述连接筒的筒壁内设有安装腔，所述安装腔沿连接筒的周向延伸并连通；

所述升温机构包括电阻丝，所述电阻丝安装在安装腔内。

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