CN207662827U - 一种基于中子照相平台研究受载岩石非饱和渗流的夹持器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型旨在提出一种基于中子照相平台研究受载岩石非饱和渗流的夹持器,垫圈安置在压力腔体的内部凹槽上,密封圈贴合放置在垫圈上,胶皮套内置于压力腔体的孔槽,压锤的锤头部内置于压力腔体的孔槽,夹板通过六角螺钉旋紧固定在压力腔体的上下两侧,盖板通过六角螺钉旋紧固定在夹持器的上下两侧,最终压机通过压锤对岩心试样施加轴向压力,高压气体通过挤压胶皮套对岩心试样施加围压,水流经内部管道到达压锤的锤头部位,岩心试样的上下表面通过接触水模拟渗吸过程,达到中子射线谱仪可从正面照射并做水沿受载岩石渗吸的图像及数据记录、实时定量化研究流体在非饱和受载岩石渗吸过程中,饱和度随着入渗时间的空间演化过程的目的。
Description
技术领域
本实用新型涉及中子射线、岩石力学与多孔介质非饱和渗流相结合的领域,尤其涉及一种基于中子照相平台研究受载岩石非饱和渗流的夹持器。
背景技术
水圈和岩石圈是人类赖以生存的地球表层的重要组成部分,二者的相互作用即水岩耦合一直是相关领域研究的热点。岩石中的非饱和渗流是多孔介质渗流的典型代表。通过测定水在特定压差下通过岩石的流量,进而利用达西定律测定岩石的渗透率是一种普遍采用的实验手段。这种状态下的岩石往往处于饱和状态,而不论是自然界还是工程界,水在非饱和岩石中的渗流现象更为普遍的存在。在涉及到矿业、隧道、岩土等多个行业的实际工程领域中,岩石在受到应力即加载状态下同时会经受地表与地下水的侵蚀,因此水在受载岩石中的非饱和渗流问题值得深入研究。但目前尚缺乏可靠的手段实时定量化研究流体在非饱和受载岩石渗吸规律,如饱和度随着入渗时间的推移在岩石内部的空间演化过程。由于中子不带电,能轻易的穿透电子层,仅与原子核发生作用,因此其衰减系数与入射的中子能量和物质的原子核截面有关,而与原子序数无关。中子穿过物体时的吸收系数随原子序数的变化很不规则,中子能够穿透重元素物质,对大部分重元素,如铁、铅、铀等,中子衰减系数小;对某些轻元素如水中的氢等,中子衰减系数反而特别大。由于中子的上述特点,使中子照相技术特别适合研究受载多孔介质中水等富氢流体的非饱和渗流问题。基于上述现状,迫切需要研究一种能够将中子成像技术、三轴压缩手段与渗流实验结合起来装置来研究相关问题。
实用新型内容
本实用新型实施例的目的在于提出一种基于中子照相平台研究受载岩石非饱和渗流的夹持器,垫圈安置在压力腔体的内部凹槽上,密封圈贴合放置在垫圈上,胶皮套内置于压力腔体的孔槽,压锤的锤头部内置于压力腔体的孔槽,夹板通过六角螺钉旋紧固定在压力腔体的上下两侧,盖板通过六角螺钉旋紧固定在夹持器的上下两侧,最终将待测岩心试样内置于胶皮套,将夹持器放置于压机上,压机通过压锤对岩心试样施加轴向压力,高压气体通过压力腔体上部分的注气口进入压力腔体内部挤压胶皮套对岩心试样施加围压,水通过压锤外表面的可拆卸注液头流经内部管道到达压锤的锤头部位,岩心试样的上下表面通过接触水模拟渗吸过程,达到中子射线谱仪可从正面照射并做水沿受载岩石渗吸的图像及数据记录、实时定量化研究流体在非饱和受载岩石渗吸过程中,饱和度随着入渗时间的空间演化过程的目的。
为了实现上述目的,本实用新型采用如下技术方案:
一种基于中子照相平台研究受载岩石非饱和渗流的夹持器,包括:
压力腔体、压锤、盖板、夹板、胶皮套、六角螺钉、垫圈和密封圈,垫圈安置在压力腔体的内部凹槽上,密封圈贴合放置在垫圈上,胶皮套内置于压力腔体的孔槽,压锤的锤头部内置于压力腔体的孔槽,夹板通过六角螺钉旋紧固定在压力腔体的上下两侧,盖板通过六角螺钉旋紧固定在夹持器的上下两侧。
优选地,所述压力腔体为铝合金材质做成,压力腔体分为上部分和下部分,上部分开设有注气口,所述压力腔体开设有上下贯通的孔槽,孔槽成工字型,其上下两侧内径大于中部的内径,在上下两侧形成了内部凹槽;
优选地,所述压锤为铝合金材质做成,压锤的外表面安设有可拆卸注液头,压锤的锤头部底表面进行了镂空处理,压锤的内部开设有管道用以联通可拆卸注液头与锤头部底表面;
优选地,所述胶皮套内置于所述压力腔体的孔槽,胶皮套的外表面与所述压力腔体的孔槽内表面贴合且在不施加围压的情况下胶皮套不受挤压,胶皮套材质的选择不影响中子照相平台的成像;
优选地,所述垫圈安置在所述压力腔体的内部凹槽上,所述密封圈贴合放置在所述垫圈上,垫圈与密封圈的组合保证了压力腔体内部的密封性良好;
优选地,所述夹板通过所述六角螺钉旋紧固定在所述压力腔体的上下两侧;
优选地,所述盖板通过所述六角螺钉旋紧固定在夹持器的上下两侧。
与相关装置相比,本实用新型具有如下优点:
本实用新型述及的基于中子照相平台研究受载岩石非饱和渗流的夹持器,通过压锤施加轴压、胶皮套施加围压,且可从上下两侧对岩心试样进行模拟渗流实验,设计合理,安装简单,解决了多孔介质非饱和渗流领域如何基于中子射线平台研究受载岩石渗吸的问题;本装置所有金属制品的零件均为铝合金材质做成,中子射线对铝合金材质极不敏感,但可以敏锐地捕捉到流体中的氢原子,实时定量化研究流体在非饱和岩石渗吸过程中,饱和度随着入渗时间的空间演化过程;中子射线可以敏锐地捕捉到流体中的氢原子,故本实用新型也可用于研究其他富氢流体;本装置安装完毕后可以通过远程操控压机、中子照相平台、高压气体和水的流入进行实验过程,规避了射线照射过程中人直接操作的风险;运用夹板和盖板对本装置进行双重加固,保证了装置使用过程中的密封性与稳定性;本装置所选用压锤的锤头锤头部底表面进行了镂空处理,有效的保证了岩心试样与水的充分接触;不仅仅局限于中子照相平台,本装置也可用于进行岩石的三轴压缩与渗流实验;整体装置操作过程简单,平台搭设小巧方便。
附图说明
图1为本实用新型实施例的立体结构示意图;
图2为本实用新型实施例的内部结构剖面示意图;
图3、图4为本实用新型实施例进行安装过程的立体结构示意图;
图5为本实用新型实施例组成部分中压锤的立体结构示意图;
图6为本实用新型实施例组成部分中压锤的锤头底表面进行镂空处理过后的平面示意图;
图中:1—压力腔体;2—注气口;3—六角螺钉;4—可拆卸注液头;5—压锤;6—胶皮套;7—密封圈;8—垫圈;9—盖板;10—夹板;11—镂空面。
具体实施方式
下面对本实用新型做进一步描述,但本实用新型的保护范围并不局限于以下所描述具体实施方式的范围:
结合图1、图3、图4、图5和图6所示,一种基于中子照相平台研究受载岩石非饱和渗流的夹持器,所述垫圈8安置在所述压力腔体1的内部凹槽上,所述密封圈7贴合放置在所述垫圈8上,所述胶皮套6内置于所述压力腔体1的孔槽,所述压锤5的锤头部内置于压力腔体1的孔槽,所述夹板10通过所述六角螺钉3旋紧固定在所述压力腔体1的上下两侧,所述盖板9通过所述六角螺钉3旋紧固定在夹持器的上下两侧,其中压锤5的锤头部底表面进行了镂空处理形成了镂空面11。具体的安装过程按照图3和图4的指导进行,首先将岩心试样塞入胶皮套6中,将胶皮套6塞入压力腔体1的孔槽中,再将压锤5的锤头部贴合放置在岩心试样的上下表面,依次放置好垫圈8与密封圈7,再依次将夹板10和盖板9通过六角螺钉3依次旋进固定在压力腔体1的上下两侧,最后将可拆卸注液口4旋进压锤5的外表面。
结合图2所示,组装完毕本实用新型后,先将夹持器放置在压机上,再在上下两个压锤5外表面旋进的可拆卸注液口4接入导水管,在压力腔体1上部分的注气口2接入导气管,最后人员撤至安全试验区域,远程控制高压气体、水的进入和中子射线成像谱仪进行实验。首先开启中子成像谱仪实时观测岩心,再通过导水管注入水,水经由压锤5内部的管道到达锤头部使岩心试样的上下表面接触到水,至此模拟渗流过程开始进行,远程控制压机进行加压,压机通过对压锤5施加压力以此对岩心试样施加轴向压力,远程控制高压气体通过导气管进入压力腔体1内部,高压气体通过挤压胶皮套对岩心试样施加围压,实验人员可通过控制压机所施加的力的大小、高压气体进入量的多少来控制所施加轴向压力与围压的大小,进而控制岩心试样的受载程度。在岩心试样受载进行渗流实验的过程中,通过中子成像谱仪进行受载岩石渗吸的图像及相关记录、实时定量化研究流体在非饱和受载岩石渗流过程中,饱和度随着入渗时间的空间演化过程直至实验结束。
本实用新型最终将待测岩心试样内置于胶皮套,将夹持器放置于压机上,压机通过压锤对岩心试样施加轴向压力,高压气体通过压力腔体上部分的注气口进入压力腔体内部挤压胶皮套对岩心试样施加围压,水通过压锤外表面的可拆卸注液头流经内部管道到达压锤的锤头部位,岩心试样的上下表面通过接触水模拟渗吸过程,达到中子射线谱仪可从正面照射并做水沿受载岩石渗吸的图像及数据记录、实时定量化研究流体在非饱和受载岩石渗吸过程中,饱和度随着入渗时间的空间演化过程的目的。
以上所述仅为本实用新型示意性的具体实施方式,并非用以限定本实用新型的范围。为本实用新型的各组成部分在不冲突的条件下可以相互组合,任何本领域的技术人员,在不脱离本实用新型的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改,均应属于本实用新型保护的范围。
Claims (8)
1.一种基于中子照相平台研究受载岩石非饱和渗流的夹持器,其特征在于:所述基于中子照相平台研究受载岩石非饱和渗流的夹持器包括:
压力腔体、压锤、盖板、夹板、胶皮套、六角螺钉、垫圈和密封圈,所述垫圈安置在所述压力腔体的内部凹槽上,所述密封圈贴合放置在所述垫圈上,所述胶皮套内置于所述压力腔体的孔槽,所述压锤的锤头部内置于压力腔体的孔槽,所述夹板通过所述六角螺钉旋紧固定在所述压力腔体的上下两侧,所述盖板通过所述六角螺钉旋紧固定在夹持器的上下两侧。
2.根据权利要求1所述的基于中子照相平台研究受载岩石非饱和渗流的夹持器,其特征在于:所述压力腔体为铝合金材质做成,压力腔体分为上部分和下部分,上部分开设有注气口,所述压力腔体开设有上下贯通的孔槽,孔槽被用以作为对岩心试样施加轴向压力与围压的区域,孔槽成工字型,其上下两侧内径大于中部的内径,在上下两侧形成了内部凹槽。
3.根据权利要求1所述的基于中子照相平台研究受载岩石非饱和渗流的夹持器,其特征在于:所述压锤为铝合金材质做成,压锤的外表面安设有可拆卸注液头,压锤的锤头部底表面进行了镂空处理,压锤的内部开设有管道用以联通可拆卸注液头与锤头部底表面,压锤共计有2个。
4.根据权利要求1所述的基于中子照相平台研究受载岩石非饱和渗流的夹持器,其特征在于:所述胶皮套内置于所述压力腔体的孔槽,胶皮套的外表面与所述压力腔体的孔槽内表面贴合且在不施加围压的情况下胶皮套不受挤压,胶皮套材质的选择不影响中子照相平台的成像。
5.根据权利要求1所述的基于中子照相平台研究受载岩石非饱和渗流的夹持器,其特征在于:所述垫圈安置在所述压力腔体的内部凹槽上,所述密封圈贴合放置在所述垫圈上,垫圈与密封圈的组合保证了压力腔体内部的密封性良好。
6.根据权利要求1所述的基于中子照相平台研究受载岩石非饱和渗流的夹持器,其特征在于:所述夹板通过所述六角螺钉旋紧固定在所述压力腔体的上下两侧,夹板用于将所述压锤、所述胶皮套、所述垫圈、所述密封圈和岩心试样稳定在各自的对应位置。
7.根据权利要求1所述的基于中子照相平台研究受载岩石非饱和渗流的夹持器,其特征在于:所述盖板通过所述六角螺钉旋紧固定在夹持器的上下两侧,盖板用于加固整体装置的稳定性。
8.根据权利要求1所述的基于中子照相平台研究受载岩石非饱和渗流的夹持器,其特征在于:除所述压力腔体与所述压锤外,本装置其余金属制品的零件如所述盖板、所述夹板、所述六角螺钉与所述垫圈也均为铝合金材质做成。
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