CN213022654U - 一种单轴且控温条件下岩石拉伸蠕变实验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种单轴且控温条件下岩石拉伸蠕变实验装置，包括拉伸组件、加压组件、测量组件以及恒温加热组件。通过在吊桶中添加配重块，使吊桶通过牵引绳将第二拉头向下拉动，对岩石试样持续不断地产生向下的拉伸力，同时，恒温加热组件通过循环水对岩石试样进行温度传导，使岩石试样保持恒温，再由应变片将岩石试样的实时情况通过电连接传导至数据采集装置，由数据采集装置对应变片采集到的数据进行记录处理。本装置对岩石试样在不同温度时，长时间受到单轴条件下的拉伸力的变化反应进行记录，可以更加完善对研究岩石蠕变现象的研究。

Description

一种单轴且控温条件下岩石拉伸蠕变实验装置

技术领域

本实用新型涉及岩土工程技术领域，具体来说，涉及一种单轴且控温条件下岩石拉伸蠕变实验装置。

背景技术

利用深部岩石洞穴进行能源地下储备是国际上广泛认可的能源储备方式，也是我国能源战略储备的重点部署方向之一。尽管相对于其它地下能源储备围岩体，岩石能源地下储备库具有较好的安全性，但近三十年来，受到岩石蠕变现象的影响，国外岩石地下储库灾难性事故，如油气渗漏、溶腔失效和库区地表沉陷等仍时有发生，且事故突发性强、破坏力大，对安全及环境产生巨大灾难性影响。因此，对于岩石蠕变的研究必不可少。

目前国内对岩石蠕变实验研究的过程中，普遍存在着流变时间短的问题，一般来说仅100小时左右，导致实验研究主要局限于岩石减速蠕变、等速蠕变两个阶段，为解决研究时间较短，现有技术中【公开号CN208109601U】采用杠杆传动的方式对单轴条件下岩石蠕变进行研究，但是，因为其杠杆原理的限制，结构占地面积较大，安装复杂，且并没有模拟岩石在不同温度情况下的反应，没有真实地模拟岩石在地下的蠕变过程，导致无法发现岩石在地下蠕变的规律，进而无法推论出完整能源储库设计过程中的完整参数。

发明内容

针对现有技术存在的上述问题，本实用新型要解决的技术问题是：现有技术设备安装复杂，适用性低，缺少单轴条件下，不同温度情况对岩石拉伸蠕变的研究的装置。

为解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案：一种单轴且控温条件下岩石拉伸蠕变实验装置，包括拉伸组件、加压组件、测量组件以及恒温加热组件。

所述拉伸组件包括支架结构、温控压力室和牵引绳。

所述支架结构包括：第一方钢板，第二方钢板，第一钢立柱，第二钢立柱和高强螺帽。

所述第一方钢板位于第二方钢板上方，且第一方钢板与第二方钢板的四角均设置有通孔。所述第一钢立柱有四根，且四根第一钢立柱结构相同，四根第一钢立柱分别竖直穿过第一方钢板与第二方钢板四角的通孔，且第一钢立柱分别与第一方钢板和第二方钢板滑动配合。

所述第一钢立柱具有螺纹结构，第一钢立柱上配合连接着有四个高强螺帽，所述四个高强螺帽两两成组，第一组高强螺帽的两个高强螺帽分别位于第一方钢板上下侧，且第一组高强螺帽与第一方钢板表面贴合，第二组高强螺帽的两个高强螺帽分别位于第二方钢板上下侧，且第二组高强螺帽与第二方钢板表面贴合。

所述第二钢立柱为具有螺纹结构，第二钢立柱竖直穿过第一方钢板，且第二钢立柱与第一方钢板滑动配合，第二钢立柱还配合安装有紧固螺帽，且紧固螺帽位于第一方钢板上方。

所述温控压力室包括位于温控压力室内的第一拉头和第二拉头。

所述温控压力室竖直位于第一方钢板下方，且温控压力室顶盖上表面与第二钢立柱下端固定连接。

所述第一拉头位于第二拉头的上方，且第一拉头上端与温控压力室顶盖下表面可拆卸连接。

所述第二拉头与温控压力室侧壁滑动连接，且第二拉头沿温控压力室侧壁上下滑动。

所述牵引绳位于第二拉头下方，且牵引绳上端与第二拉头下表面可拆卸连接，牵引绳下端穿过第二方钢板，且牵引绳与第二方钢板间隙配合。

所述加压组件包括吊桶和配重块。

所述吊桶位于第二方钢板下方，且吊桶上端与牵引绳下端固定连接。所述配重块装载在吊桶中。

所述测量组件包括数据采集装置和应变片。

所述应变片用于采集岩石试样的应变数据，应变片与数据采集装置电连接。

所述恒温加热组件包括循环导水管，循环导热管，温度传感器，恒温循环仪和数据储存装置。

所述循环导水管为两根，其中的一根循环导水管的进水端与恒温循环仪的出水端连接，循环导水管的出水端与循环导热管的进水端连接，另一根循环导水管的进水端与循环导热管的出水端连接，循环导水管的出水端与恒温循环仪的进水端连接。

所述循环导热管位于温控压力室内部。

所述温度传感器固定设置在第二拉头上方，且温度传感器用于检测岩石试样的温度。

所述数据储存装置的信号输入端与温度传感器电连接，数据储存装置的信号输出端和恒温循环仪电连接。

本实用新型中，通过在吊桶中添加配重块，使吊桶通过牵引绳将第二拉头向下拉动，对岩石试样持续不断地产生向下的拉伸力，同时，恒温加热组件通过循环水对岩石试样进行温度传导，使岩石试样保持恒温，再由应变片将岩石试样的实时情况通过电连接传导至数据采集装置，由数据采集装置对应变片采集到的数据进行记录处理。本装置对岩石试样在不同温度时，长时间受到单轴条件下的拉伸力的变化反应进行记录，可以更加完善对研究岩石蠕变现象的研究。

作为优选，所述第一钢立柱还包括调平螺帽，所述调平螺帽固定设置在第一钢立柱下端。安装本装置时，使用调平螺帽将拉伸组件调至平衡状态，一方面防止拉升组件不平稳导致晃动，使牵引力发生变化，影响实验真实情况，另一方面防止牵引绳因拉升组件不平衡，与第二方钢板接触影响牵引力，且对牵引绳进行磨损。

作为优选，所述温控压力室侧壁采用隔热玻璃制成。温控压力室侧壁使用隔热玻璃，可以在保证岩石试样温度稳定的情况下，观测到岩石试样在长时间受到拉伸力的作用下的宏观变化情况。

作为优选，还包括加固杆，所述加固杆横向位于第一方钢板与第二方钢板之间，且加固杆两端分别与同侧的第一钢立柱固定连接。加固杆将同侧的第一钢立柱连接起来，可以增加拉伸组件的稳定性，有效防止拉伸组件在实验过程中发生晃动。

作为优选，所述牵引绳为高强度抗拉型金属绳。采用高强度抗拉型金属绳避免牵引绳在长时间收到拉力的情况下发生断裂，影响实验进行。

作为优选，所述循环导热管为螺旋状结构。循环导热管螺旋式将岩石试样围绕，使得岩石试样均匀地受到循环导热管的热传导，保证岩石试样温度整体均衡，不会因受热不均影响实验进行。

与现有技术相比，本实用新型至少具有如下优点：

1.通过在吊桶中添加配重块，对岩石试样持续不断对产生向下的拉伸力，在恒温加热组件的配合下，再由应变片将岩石试样的实时情况通过电连接传导至数据采集装置，由数据采集装置对应变片采集到的数据进行记录处理。可以对岩石试样在不同温度时，长时间受到单轴条件下的拉伸力的变化反应进行记录，能够模拟研究岩石在各个蠕变阶段下的应变情况。

2.本技术方案提供的装置通过使用高强螺帽进行安装支架结构，以及通过调节调平螺帽，可以非常方便的对该装置进行装卸，使该装置能够满足不同空间，不同环境下的使用要求。

附图说明

图1为一种单轴且控温条件下岩石拉伸蠕变实验装置的整体前视剖面示意图。

图2为图1中选区A的放大示意图。

图3为一种单轴且控温条件下岩石拉伸蠕变实验装置的整体立体示意图。

图4为一种单轴且控温条件下岩石拉伸蠕变实验装置的温控压力室放大立体示意图。

1-第一方钢板、2-第二方钢板、3-第一钢立柱、4-第二钢立柱、5-第一组高强螺帽、6-第二组高强螺帽、7-紧固螺帽、8-加固杆、9-温控压力室、10-第一拉头、11-岩石试样、12-第二拉头、13-牵引绳、14-吊桶、15-数据采集装置、16-应变片、17-循环导水管、18-循环导热管、19-温度传感器、20-恒温循环仪、21-数据储存装置、22-调平螺帽。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

术语“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“横向”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图1所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，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实用新型的限制；术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

参阅图1-4本实用新型提供了一种技术方案：包括拉伸组件、加压组件、测量组件以及恒温加热组件；

所述拉伸组件包括支架结构、温控压力室9和牵引绳13。所述支架结构包括：第一方钢板1，第二方钢板2，第一钢立柱3，第二钢立柱4和高强螺帽。

所述第一方钢板1位于第二方钢板2上方，且方钢第一方钢板1与第二方钢板2的四角均设置有通孔，通孔与第一钢立柱3滑动配合。

所述第一钢立柱3有四根，且多个第一钢立柱3结构相同，四根第一钢立柱3分别竖直穿过第一方钢板1与第二方钢板2四角的通孔，且第一钢立柱3分别与第一方钢板1和第二方钢板2滑动配合。所述第一钢立柱3具有螺纹结构，第一钢立柱3上通过螺纹连接着有四个高强螺帽，所述四个高强螺帽两两成组，第一组高强螺帽5的两个高强螺帽分别位于第一方钢板1上下侧，且第一组高强螺帽5与第一方钢板1表面贴合，第二组高强螺帽6的两个高强螺帽分别位于第二方钢板2上下侧，且第二组高强螺帽6与第二方钢板2表面贴合。

具体实施时，通过同一组两个高强螺帽分别朝不同方向旋拧，从而将方钢板与第一钢立柱3之间固定连接。通过高强螺帽将方钢板与第一钢立柱3连接，一方面，这种连接方式螺帽与螺纹之间的摩擦较大，螺帽不会松脱，使得连接稳固，装置不会发生抖动倾斜，另一方面，这种方式方便本装置的安装和拆卸。

所述第二钢立柱4具有螺纹结构，第二钢立柱4竖直穿过第一方钢板1，且第二钢立柱4与第一方钢板1滑动配合，第二钢立柱4还通过螺纹安装有紧固螺帽7，且紧固螺帽7位于第一方钢板1上方。

所述温控压力室9包括位于温控压力室9内的第一拉头10和第二拉头12。所述温控压力室9竖直位于第一方钢板1下方，且温控压力室9顶盖上表面与第二钢立柱4下端固定连接。

所述第一拉头10位于第二拉头12的上方，且第一拉头10上端与温控压力室9顶盖下表面可拆卸连接；

所述第二拉头12与温控压力室9侧壁滑动连接，且第二拉头12沿温控压力室9侧壁上下滑动。

具体实施时，岩石试样11与第一拉头10和第二拉头12均通过高强度树脂进行粘结，保证了岩石试样11与拉头不会松脱。

具体实施时，第一拉头10上端中心焊接有丝杆，温控压力室9顶盖下表面有与丝杆对应的螺孔，第一拉头10通过丝杆与螺孔螺纹配合紧固，方便更换岩石试样11。

具体实施时，将紧固螺帽7旋拧至温控压力室9顶盖与第一方钢板1贴合。当温控压力室9顶盖与第一方钢板1贴合的情况下，温控压力室9不会产生不必要的晃动，影响实验进行。

具体实施时，所述第二拉头12侧面设置有隔热橡胶，隔热橡胶将温控压力室9进行密封，防止温控压力室9内岩石试样11的温度不均匀，影响实验数据的真实性。

具体实施时，安装调整好岩石试样11后，在第二拉头12下方的温控压力室9侧壁上设置限位装置，防止岩石试样11在实验过程中发生断裂，导致第二拉头12掉落造成损坏。具体限位装置提供一种方案：在温控压力室9侧壁底部对称设置两个螺纹孔，将岩石试样11安装调整好之后，旋拧两颗与螺纹孔配合的螺丝，来防止第二拉头12掉落。

所述牵引绳13位于第二拉头12下方，且牵引绳13上端与第二拉头12下表面通过挂钩、卡扣或螺栓等方式进行连接，牵引绳13下端穿过第二方钢板2，且牵引绳13与第二方钢板2间隙配合。

所述加压组件包括吊桶14和配重块。所述吊桶14位于第二方钢板2下方，且吊桶14上端与牵引绳13下端固定连接；所述配重块装载在吊桶14中。具体实施时，配重块为工整的立方体，根据实验情况进行装载，工整的立方体的配重块保证在实验进行中，不会在吊桶14中发生掉落移动，避免了瞬时受力改变影响实验数据。

所述测量组件包括数据采集装置15和应变片16。

所述应变片16用于采集岩石试样11的应变数据，应变片16与数据采集装置15电连接。具体实施时，应变片16与岩石试样11通过高强度树脂粘结固定。

所述恒温加热组件包括循环导水管17，循环导热管18，温度传感器19，恒温循环仪20和数据储存装置21。

所述循环导水管17为两根，其中的一根循环导水管17的进水端与恒温循环仪20的出水端连接，循环导水管17的出水端与循环导热管18的进水端连接，另一根循环导水管17的进水端与循环导热管18的出水端连接，循环导水管17的出水端与恒温循环仪20的进水端连接。

具体实施中，所述循环导水管17与循环导热管18均通过抱箍可拆卸连接，循环导水管17与恒温循环仪20均通过抱箍连接。使用抱箍连接的方式，方便

所述循环导热管18位于温控压力室9内部。

所述温度传感器19固定设置在第二拉头12上方，且温度传感器19与岩石试样11进行接触，用于检测岩石试样11的温度。

具体实施时，第一钢立柱3下端还设置有调平螺帽22，通过调节调平螺帽22旋拧圈数，保证实验装置能够在多种环境条件处于平衡稳定的状态。

具体实施时，温控压力室9侧壁采用隔热玻璃制成，隔热玻璃一方面可以保证岩石试样11温度稳定，另一方面，可以让实验人员观测到岩石试样11在长时间受到拉伸力的作用下的宏观变化情况。

具体实施时，在同一侧的第一钢立柱3之间通过螺栓固定设置有加固杆8，在同一侧的第一钢立柱3上加固杆8可以设置多个，加固杆8可以增加拉伸组件的稳定性，防止拉伸组件在实验过程中发生晃动。

具体实施时，牵引绳13为高强度抗拉型金属绳，能够有效避免牵引绳13在长时间收到拉力的情况下发生断裂，影响实验进行。

具体实施时，循环导热管18为螺旋状结构。循环导热管18将岩石试样11围绕起来，可以使得岩石试样11均匀地受到循环导热管18的热传导，保证岩石试样11温度整体均衡，不会因受热不均影响实验进行。

本实用新型的工作原理是：

首先将制作好的岩石试样11使用高强度树脂粘在第一拉头10和第二拉头12之间，并且将应变片16粘连在岩石试样11表面，将岩石试样11从下往上竖直伸入温控压力室9中，第一拉头10朝上，且岩石试样11位于循环导水管17螺纹状结构中间位置，将第一拉头10上端与温控压力室9顶壁通过螺纹安装固定后，在温控压力室9侧壁安装调节好限位装置。设定数据采集装置15采集数据频率，此实施例中，设定每十秒对应变片16反馈的实时数据进行收集整理。

开启恒温循环仪20，恒温循环仪20出水端将加热后的导热液通过循环导水管17导入循环导热管18进水端，导热液再由循环导热管18出水端进入循环导水管17，实现导热液的循环。导热液通过循环导热管18与岩石试样11进行热传导，来升高或者降低岩石试样11的温度，在温控压力室9内的温度传感器19将感应到的岩石试样11温度数据传输至数据储存装置21，同时数据储存装置21根据温度传感器19反馈的温度数据对恒温循环仪20发送指令，使恒温循环仪20调整导热液得温度，从而调整温控压力室9中岩石试样11的温度。

当岩石试样11的温度达到设定值后，将牵引绳13与第二拉头12下端固定连接，此时，抬高吊桶14，使吊桶14不对牵引绳13做功，将与此次试验设定重力对应重量的配重块平稳放进吊桶14之中，缓慢放下吊桶14，使吊桶14通过牵引绳13对岩石试样11保持一个平稳的向下的拉伸力。

对数据采集装置15收集整理好的数据进行研究，该数据能够反映出岩石试样11在恒定温度下受到单轴方向上的拉伸力发生蠕变的变化，从而研究岩石试样11的蠕变规律。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。

Claims (6)

1.一种单轴且控温条件下岩石拉伸蠕变实验装置，其特征在于，包括拉伸组件、加压组件、测量组件以及恒温加热组件；

所述拉伸组件包括支架结构、温控压力室（9）和牵引绳（13）；

所述支架结构包括：第一方钢板（1），第二方钢板（2），第一钢立柱（3），第二钢立柱（4）和高强螺帽；

所述第一方钢板（1）位于第二方钢板（2）上方，且第一方钢板（1）与第二方钢板（2）的四角均设置有通孔；

所述第一钢立柱（3）有四根，且四根第一钢立柱（3）结构相同，四根第一钢立柱（3）分别竖直穿过第一方钢板（1）与第二方钢板（2）四角的通孔，且第一钢立柱（3）分别与第一方钢板（1）和第二方钢板（2）滑动配合；

所述第一钢立柱（3）具有螺纹结构，第一钢立柱（3）上配合连接着有四个高强螺帽，所述四个高强螺帽两两成组，第一组高强螺帽（5）的两个高强螺帽分别位于第一方钢板（1）上下侧，且第一组高强螺帽（5）与第一方钢板（1）表面贴合，第二组高强螺帽（6）的两个高强螺帽分别位于第二方钢板（2）上下侧，且第二组高强螺帽（6）与第二方钢板（2）表面贴合；

所述第二钢立柱（4）具有螺纹结构，第二钢立柱（4）竖直穿过第一方钢板（1），且第二钢立柱（4）与第一方钢板（1）滑动配合，第二钢立柱（4）还配合安装有紧固螺帽（7），且紧固螺帽（7）位于第一方钢板（1）上方；

所述温控压力室（9）包括位于温控压力室（9）内的第一拉头（10）和第二拉头（12）；

所述温控压力室（9）竖直位于第一方钢板（1）下方，且温控压力室（9）顶盖上表面与第二钢立柱（4）下端固定连接；

所述第一拉头（10）位于第二拉头（12）的上方，且第一拉头（10）上端与温控压力室（9）顶盖下表面可拆卸连接；

所述第二拉头（12）与温控压力室（9）侧壁滑动连接，且第二拉头（12）沿温控压力室（9）侧壁上下滑动；

所述牵引绳（13）位于第二拉头（12）下方，且牵引绳（13）上端与第二拉头（12）下表面可拆卸连接，牵引绳（13）下端穿过第二方钢板（2），且牵引绳（13）与第二方钢板（2）间隙配合；

所述加压组件包括吊桶（14）和配重块；

所述吊桶（14）位于第二方钢板（2）下方，且吊桶（14）上端与牵引绳（13）下端固定连接；

所述配重块装载在吊桶（14）中；

所述测量组件包括数据采集装置（15）和应变片（16）；

所述应变片（16）用于采集岩石试样（11）的应变数据，应变片（16）与数据采集装置（15）电连接；

所述恒温加热组件包括循环导水管（17），循环导热管（18），温度传感器（19），恒温循环仪（20）和数据储存装置（21）；

所述循环导水管（17）为两根，其中的一根循环导水管（17）的进水端与恒温循环仪（20）的出水端连接，循环导水管（17）的出水端与循环导热管（18）的进水端连接，另一根循环导水管（17）的进水端与循环导热管（18）的出水端连接，循环导水管（17）的出水端与恒温循环仪（20）的进水端连接；

所述循环导热管（18）位于温控压力室（9）内部；

所述温度传感器（19）固定设置在第二拉头（12）上方，且温度传感器（19）用于检测岩石试样（11）的温度；

所述数据储存装置（21）的信号输入端与温度传感器（19）电连接，数据储存装置（21）的信号输出端和恒温循环仪（20）电连接。

2.根据权利要求1所述的一种单轴且控温条件下岩石拉伸蠕变实验装置，其特征在于，所述第一钢立柱（3）还包括调平螺帽（22），所述调平螺帽（22）固定设置在第一钢立柱（3）下端。

3.根据权利要求1或2所述的一种单轴且控温条件下岩石拉伸蠕变实验装置，其特征在于，所述温控压力室（9）侧壁采用隔热玻璃制成。

4.根据权利要求3所述的一种单轴且控温条件下岩石拉伸蠕变实验装置，其特征在于，还包括加固杆（8），所述加固杆（8）横向位于第一方钢板（1）与第二方钢板（2）之间，且加固杆（8）两端分别与同侧的第一钢立柱（3）固定连接。

5.根据权利要求3所述的一种单轴且控温条件下岩石拉伸蠕变实验装置，其特征在于，所述牵引绳（13）为高强度抗拉型金属绳。

6.根据权利要求3所述的一种单轴且控温条件下岩石拉伸蠕变实验装置，其特征在于，所述循环导热管（18）为螺旋状结构。

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