CN118168999A - 一种动态变角剪切渗流装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及岩石渗流检测技术领域，公开了一种动态变角剪切渗流装置，包括：注入管组、背压管组以及由上至下依次设置的第一压头和第二压头，所述第一压头的输出端设有第一夹具，所述第二压头的输出端设有第二夹具；所述第一压头和所述第二压头内设有齿轮驱动组件，所述试样一端设有渗流进口，所述试样另一端设有和所述渗流进口连通的渗流出口，所述注入管组内的压力大于所述背压管组内的压力，渗流介质从所述注入管组流入所述渗流进口从所述渗流出口流出至所述背压管组。本发明的有益效果：在岩石试样固定后可改变岩石节理面倾角，无需更换夹具，并制备不同节理面的岩石试样，降低实验成本，同时可研究不同渗流介质在试样中的渗流特性。
Description
技术领域
本发明涉及岩石渗流检测技术领域，特别是涉及一种动态变角剪渗流装置
背景技术
目前，为了研究岩石节理面倾角对岩石渗流特性的影响，现有的渗流装置在研究过程中，将岩石试样进行固定后，岩石节理面倾角固定，需要更换不同的夹具，以及制备不同节理面倾角的岩石试样，制备工艺复杂，实验成本较高，无法研究不同渗流介质在岩石试样中的渗流特性。
发明内容
本发明的目的是：提供一种动态变角剪切渗流装置，在岩石试样固定后可改变岩石节理面倾角，无需更换夹具，并制备不同节理面的岩石试样，降低实验成本，同时可研究不同渗流介质在试样中的渗流特性。
为了实现上述目的，本发明提供了一种动态变剪切渗流装置，包括：注入管组、背压管组以及由上至下依次设置的第一压头和第二压头，所述第一压头的输出端设有第一夹具，所述第二压头的输出端设有第二夹具；所述第一夹具和所述第二夹具相对的侧壁配合形成用于夹紧试样的装夹区；所述第一压头和所述第二压头内设有齿轮驱动组件，所述第一夹具朝向所述第一压头的侧壁设有和一所述齿轮驱动组件的输出端啮合的第一从动齿，所述第二夹具朝向所述第二压头的侧壁设有和另一所述齿轮驱动组件的输出端啮合的第二从动齿；
所述试样一端设有渗流进口，所述试样另一端设有和所述渗流进口连通的渗流出口，所述渗流进口和所述注入管组的输出端连接，所述渗流出口和所述背压管组的输入端连接，所述注入管组内的压力大于所述背压管组内的压力，渗流介质从所述注入管组流入所述渗流进口从所述渗流出口流出至所述背压管组。
更进一步地，所述注入管组包括通过依次连通的储料瓶、注入泵、第一控温单元，所述储料瓶用于存放所述渗流介质，所述渗流介质经所述注入泵导入控温管道经所述第一控温单元控温后通过输出管道流入所述渗流进口。
更进一步地，所述注入管组还包括恒温水循环单元，所述恒温水循环单元包括循环泵、循环管道，所述循环管道和所述输出管道贴合且并联。
更进一步地，所述背压管组包括背压泵、废液收集瓶、第二控温单元，所述背压泵通过输入管道和所述渗流出口连通，所述渗流介质经所述背压泵通过所述输入管道经所述第二控温单元控温后流入所述废液收集瓶。
更进一步地，所述注入管组的输出端以及所述背压管组的输入端均设有温度传感器以及压力传感器。
更进一步地，还包括数据采集装置，所述数据采集装置用于采集所述温度传感器的温度值，以及所述压力传感器的压力值。
更进一步地，所述试样包括第一主体和第二主体，所述第一主体的一端面和所述第二主体的一端面贴合，所述渗流进口开设在所述第一主体侧壁，所述渗流出口开设在所述第二主体侧壁，或所述渗流进口开设在所述第二主体的侧壁，所述渗流出口开设在所述第一主体的侧壁，所述渗流进口和所述渗流出口错位相对设置，所述第一主体和所述第二主体外还套设有密封套。
更进一步地，还包括有DPT传感器，所述DPT传感器一端和所述注入管组的输出端连接，所述DPT传感器另一端和所述背压管组的输入端连接。
更进一步地，所述第一压头和所述第二压头相互背离的一端均设有变法向刚度箱，用于推动所述第一压头和所述第二压头相向运动，以使所述第一夹具和所述第二夹具夹紧所述试样。
更进一步地，还包括有变温试验箱，所述第一压头、所述第二压头、所述第一夹具以及所述第二夹具均位于所述变温试验箱内。
本发明实施例一种动态变角剪切渗流装置与现有技术相比，其有益效果在于：第一压头和第二压头内设有齿轮驱动组件，第一夹具和第二夹具相对的侧壁配合形成用于夹紧试样的装夹区，齿轮驱动组件可带动第一夹具以及第二夹具同步转动，进而调节试样的节理面倾角，无需制备不同节理面倾角的试样，降低实验成本。此外，在试样一端设有渗流进口，试样另一端设有和渗流进口连通的渗流出口，渗流进口和注入管组的输出端连接，渗流出口和背压管组的输入端连接，注入管组内的压力大于背压管组内的压力，渗流介质从注入管组流入渗流进口从渗流出口流出至背压管组注入管组，可在注入管组中注入不同的渗流介质，研究不同渗流介质在试样中的渗流特性。
附图说明
图1是本发明实施例动态变角剪切渗流装置的原理图；
图2是本发明实施例动态变角剪切渗流装置的试样的结构示意图；
图3是本发明实施例动态变角剪切渗流装置的试样的剖视图；
图4是本发明实施例动态变角剪切渗流装置的第一夹具的装配示意图；
图5是本发明实施例动态变角剪切渗流装置的第一夹具的零件爆炸图。
图中，1、注入管组；11、储料瓶；12、注入泵；13、输出管道；2、背压管组；21、背压泵、22、废液收集瓶；23、输入管道；3、第一压头；31、第一夹具；4、第二压头；41、第二夹具；5、齿轮驱动组件；51、齿轮；52、齿轮控制杆；61、第一控温单元；62、第二控温单元；7、恒温水循环单元；71、循环泵；72、循环管道；8、温度传感器；9、压力传感器；10、数据采集装置；100、变法向刚度箱；101、变温试验箱；A、试样；a11、渗流进口；a21、渗流出口；a1、第一主体；a2、第二主体；a3、密封套。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
在本发明的描述中，应当理解的是，本发明中采用术语“上”、“下”、“前”、“后”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的位置关系，仅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和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。
在本发明的描述中，应当理解的是，本发明中采用术语“第一”、“第二”等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语，这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本发明范围的情况下，“第一”信息也可以被称为“第二”信息，类似的，“第二”信息也可以被称为“第一”信息。
如图1所示，本发明优选实施例的一种动态变角剪切渗流装置，包括注入管组1、背压管组2，以及由上至下依次设置的第一压头3和第二压头4，为了便于对试样进行装夹，在第一压头3的输出端设有第一夹具31，第二压头4的输出端设有第二夹具41，第一夹具31和第二夹具41相对的侧壁配合形成用于夹紧试样的装夹区，如图1所示，为了便于调整试样的节理面倾角，在第一压头3和第二压头4内设有齿轮驱动组件5，第一夹具31朝向第一压头3的侧壁设有和齿轮驱动组件5的输出端啮合的第一从动齿，第二夹具41朝向第二压头4的侧壁设有和另一齿轮驱动组件5的输出端啮合的第二从动齿，两个齿轮驱动组件5分别驱动第一夹具31、第二夹具41转动，进而调整试样的节理面倾角，为了便于进行渗流实验，在试样一端设有渗流进口，试样另一端设有和渗流进口连通的渗流出口，渗流进口和注入管组1的输出端连接，渗流出口和背压管组2的输入端连接，为了便于渗流介质流通，形成通路，注入管组1内的压力大于背压管组2内的压力，由于存在压差，可使渗流介质从注入管组1流入渗流进口从渗流出口流出至背压管组2。
在一些实施例中，为了便于简化试样A加工，具体地，参阅图2、图3，试样A包括第一主体a1和第二主体a2，第一主体a1的一端面和第二主体a2的一端面贴合，渗流进口a11开设在第一主体a1侧壁，渗流出口a21开设在第二主体a2侧壁，或渗流进口a11开设在第二主体a2的侧壁，渗流出口a21开设在第一主体a1的侧壁，渗流进口a11和渗流出口a21错位相对设置，第一主体a1和第二主体a2外还套设有密封套a3，其中，密封套a3是为了放置渗流介质从第一主体a1以及第二主体a2的贴合面渗出，渗流进口a11以及渗流出口a21可根据实际实验需求进行设计。
在一些实施例中，为了便于对注入管组1的结构进行设计，参阅图1，注入管组1包括依次连通的储料瓶11、注入泵12、第一控温单元61，其中，储料瓶11用于存放渗流介质，渗流介质经注入泵12导入控温管道经第一控温单元61控温后通过输出管道13流入渗流进口，注入泵12的压力可调节，可根据实际渗流情况，改变渗流介质流速，此外，第一控温单元61为控温水浴设备，可调整渗流介质的温度，可模拟不同温度以及不同压力对渗流介质的渗流特性影响。进一步地，为了避免渗流介质在流通过程中，由于温度发生变化，对渗流结果产生影响，在本实施例中，注入管组1还包括恒温水循环单元7，恒温水循环单元7包括循环泵71、循环管道72，循环管道72和输出管道13贴合且并联，可保证渗流介质在流动过程中，温度保持不变。在本实施例中，渗流介质可为气体或液体介质。
在一些实施例中，参阅图4、图5，齿轮驱动组件5包括齿轮、齿轮控制杆以及驱动单元，驱动单元可通过齿轮控制杆驱动齿轮转动，并带动齿轮驱动杆和齿轮移动，其为现有技术中常见装置，故对此结构不做赘述。
在一些实施例中，参阅图1，背压管组2包括背压泵21、废液收集瓶22、第二控温单元62，背压泵21通过输入管道23和渗流出口连通，渗流介质经背压泵21通过输入管道23经第二控温单元62控温后流入废液收集瓶22，其中，第二控温单元62为保证和注入管组1内的渗流介质温度相同，避免实验结果产生误差，同理，在背压管组2内也设置有恒温水循环单元7，其作用不再赘述。进一步地，为了便于测得渗流过程中的温度参数，以及压力参数，在注入管组1的输出端以及背压管组2的输入端均设有温度传感器8以及压力传感器9。更进一步地，为了便于对数据进行收集，还包括数据采集装置10，数据采集装置10用于采集温度传感器8的温度值，以及压力传感器9的压力值。更进一步地，为了便于分析注入管组1和背压管组2的压差和温度差是否对渗流结果产生影响，本发明动态变角剪切渗流装置还包括有DPT传感器，DPT传感器一端和注入管组1的输出端连接，DPT传感器另一端和背压管组2的输入端连接，可直接测得二者温度差以及压差。
在一些实施例中，参阅图1，为了便于调节作用在试样上的力，在第一压头3和第二压头4相互背离的一端均设有变法向刚度箱100，在实验中，不仅能对试样施加变法向力和变剪切力，还能改变法向刚度，研究法向刚度对试样剪切渗流特性的影响，变法向刚度箱用于推动第一压头3和第二压头4相向运动，以使第一夹具31和第二夹具41夹紧试样，第一夹具31用于将第一压头3传递过来的动态荷载分解成轴力和剪切力，第二夹具41用于将第二压头4传递过来的动态荷载分解成轴力和剪切力。
在一些实施例中，为了便于对试样温度进行调整，本发明还包括有变温试验箱101，第一压头3、第二压头4、第一夹具31以及第二夹具41均位于变温试验箱101内。其中，变温试验箱101的箱体使用恒温隔热材料制成，并且在变温试验箱101内设有控温装置，可改变舱体内的温度，进而影响实验试样温度，进而分析不同试样温度对渗流实验结构的影响，本发明动态变角剪切渗流装置可同时调节渗流介质温度、压力以及试样温度，可模拟不同渗流介质在不同温度以及压力下在不同温度试样中的渗流特性。
本发明动态变角剪切渗流装置的工作过程为：将使用密封套密封好的试样通过第一夹具31以及第二夹具41进行装夹，并转动至预设的倾角位置，调整变温实验舱温度至设定值；打开第一控温单元61以及第二控温单元62使渗流介质温度调整至设定值；打开恒温水循环泵71，确保渗流介质流动时的温度不便；打开注入泵12，调整流体压力至设定值，可动态变化；打开背压泵21，压力小于注入泵12，提供渗流压力差；开始变角剪渗流实验，打开储料瓶11阀门，开始输送渗流介质流体；实验过程中，试样在夹具内受到荷载作用，渗流介质从渗流进口注入断裂面中，并从渗流出口排出，最终进入废液收集瓶22中，通过数据采集装置10采集压力、温度等实验数据，并通过数据采集装置10内部的系统记录并反馈到计算机上；实验结束后卸去荷载，恢复各管组内的流体温度和压力平衡。
综上，本发明实施例提供一种动态变角剪切渗流装置：第一压头3和第二压头4内设有齿轮驱动组件5，第一夹具31和第二夹具41相对的侧壁配合形成用于夹紧试样的装夹区，齿轮驱动组件5可带动第一夹具31以及第二夹具41同步转动，进而调节试样的节理面倾角，无需制备不同节理面倾角的试样，降低实验成本。此外，在试样一端设有渗流进口，试样另一端设有和渗流进口连通的渗流出口，渗流进口和注入管组1的输出端连接，渗流出口和背压管组2的输入端连接，注入管组1内的压力大于背压管组2内的压力，渗流介质从注入管组1流入渗流进口从渗流出口流出至背压管组2注入管组1，可在注入管组1中注入不同的渗流介质，研究不同渗流介质在试样中的渗流特性。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种动态变角剪切渗流装置，其特征在于，包括：注入管组、背压管组以及由上至下依次设置的第一压头和第二压头，所述第一压头的输出端设有第一夹具，所述第二压头的输出端设有第二夹具；所述第一夹具和所述第二夹具相对的侧壁配合形成用于夹紧试样的装夹区；所述第一压头和所述第二压头内设有齿轮驱动组件，所述第一夹具朝向所述第一压头的侧壁设有和一所述齿轮驱动组件的输出端啮合的第一从动齿，所述第二夹具朝向所述第二压头的侧壁设有和另一所述齿轮驱动组件的输出端啮合的第二从动齿；
所述试样一端设有渗流进口，所述试样另一端设有和所述渗流进口连通的渗流出口，所述渗流进口和所述注入管组的输出端连接，所述渗流出口和所述背压管组的输入端连接，所述注入管组内的压力大于所述背压管组内的压力，渗流介质从所述注入管组流入所述渗流进口从所述渗流出口流出至所述背压管组。
2.如权利要求1所述的动态变角剪切渗流装置，其特征在于：所述注入管组包括通过依次连通的储料瓶、注入泵、第一控温单元，所述储料瓶用于存放所述渗流介质，所述渗流介质经所述注入泵导入控温管道经所述第一控温单元控温后通过输出管道流入所述渗流进口。
3.如权利要求2所述的动态变角剪切渗流装置，其特征在于：所述注入管组还包括恒温水循环单元，所述恒温水循环单元包括循环泵、循环管道，所述循环管道和所述输出管道贴合且并联。
4.如权利要求1所述的动态变角剪切渗流装置，其特征在于：所述背压管组包括背压泵、废液收集瓶、第二控温单元，所述背压泵通过输入管道和所述渗流出口连通，所述渗流介质经所述背压泵通过所述输入管道经所述第二控温单元控温后流入所述废液收集瓶。
5.如权利要求1所述的动态变角剪切渗流装置，其特征在于：所述注入管组的输出端以及所述背压管组的输入端均设有温度传感器以及压力传感器。
6.如权利要求5所述的动态变角剪切渗流装置，其特征在于：还包括数据采集装置，所述数据采集装置用于采集所述温度传感器的温度值，以及所述压力传感器的压力值。
7.如权利要求1所述的动态变角剪切渗流装置，其特征在于：所述试样包括第一主体和第二主体，所述第一主体的一端面和所述第二主体的一端面贴合，所述渗流进口开设在所述第一主体侧壁，所述渗流出口开设在所述第二主体侧壁，或所述渗流进口开设在所述第二主体的侧壁，所述渗流出口开设在所述第一主体的侧壁，所述渗流进口和所述渗流出口错位相对设置，所述第一主体和所述第二主体外还套设有密封套。
8.如权利要求1所述的动态变角剪切渗流装置，其特征在于：还包括有DPT传感器，所述DPT传感器一端和所述注入管组的输出端连接，所述DPT传感器另一端和所述背压管组的输入端连接。
9.如权利要求1所述的动态变角剪切渗流装置，其特征在于：所述第一压头和所述第二压头相互背离的一端均设有变法向刚度箱，用于推动所述第一压头和所述第二压头相向运动，以使所述第一夹具和所述第二夹具夹紧所述试样。
10.如权利要求1所述的动态变角剪切渗流装置，其特征在于：还包括有变温试验箱，所述第一压头、所述第二压头、所述第一夹具以及所述第二夹具均位于所述变温试验箱内。
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