CN219830602U - 一种岩石材料试验机真三轴渗流试验压头模块 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种岩石材料试验机真三轴渗流试验压头模块，涉及岩石力学测试设备领域，包括三轴腔室底座，还包括上压头和下压头，下压头的轴心处设置有底端渗流通道，且底端渗流通道贯穿下压头；三轴腔室底座设置有与底端渗流通道配合的底腔室渗流通道；底腔室渗流通道与岩石三轴试验机的底端气压管接口连通；本实用新型通过热缩管将上压头、下压头和岩石样品包覆，上压头、下压头上设置有密封圈，将岩石三轴试验机的气压管接口连接渗流液供应装置，通过设置的底端渗流通道、底腔室渗流通道和顶端渗流通道，使得原有岩石三轴试验机能够通过本实用新型进行真三轴渗流试验，整个压头模块结构简单，加工难度低，能够有效节省实验室的成本。
Description
技术领域
本实用新型涉及岩石力学测试设备领域，具体涉及一种岩石材料试验机真三轴渗流试验压头模块。
背景技术
材料试验机是进行岩石力学基础实验研究的条件保障，其功能模块的完善是提升岩石力学测试的重要突破。常规的岩石三轴材料试验机，像MTS公司生产的815材料试验机，一般可实现单轴抗压、伪三轴力学和渗流实验，不能进行真三轴测试，GCTS高温高压岩石三轴试验机内置了真三轴压力室，也可以实现真三轴力学性能的测试，但目前该设备无法实现真三轴渗流实验的测定。纵观国内和国际上全部岩石力学性能测试试验机，目前还没有能够同时实现单轴抗压、伪三轴力学和渗流测定、真三轴力学和渗流测定的试验机。
在现有技术中，实验室利用真三轴力学压头进行真三轴渗流实验测定时，通过热熔胶或玻璃胶将岩石样品进行密封，但是，这种方式在岩石样品的装载过程中需要等待热熔胶或玻璃胶冷却，能够将金属与岩石粘接密封的热熔胶或玻璃胶冷却时间较长，且密封效果差，漏油率达80％以上；并且，在进行真三轴试验联同渗流试验时，会研究高温高压环境的渗流情况，而高温环境下，热熔胶或玻璃胶会熔化，导致密封效果丧失，渗液直接在高压环境下激射而出污染设备，若渗液为不带有腐蚀性的油性液，对设备不会造成侵蚀，仅需要简单清理就能继续使用，但更多的渗液为水性液或者对金属带有一定的腐蚀能力，不清理干净对设备会造成较大侵蚀，导致之后的实验精度降低。
实用新型内容
针对现有技术的上述不足，本实用新型提供了一种成本低，能够在普通的岩石三轴试验机上进行真三轴渗流试验的岩石材料试验机真三轴渗流试验压头模块。
为达到上述实用新型目的，本实用新型所采用的技术方案为：
提供一种岩石材料试验机真三轴渗流试验压头模块，其包括三轴腔室底座，还包括上压头和下压头，下压头的轴心处设置有底端渗流通道，且底端渗流通道贯穿下压头；三轴腔室底座设置有与底端渗流通道配合的底腔室渗流通道；底腔室渗流通道与岩石三轴试验机的底端气压管接口连通；上压头的内部设置有顶端渗流通道，顶端渗流通道包括位于上压头轴心的第一渗流通道和垂直于上压头轴心的第二渗流通道；第一渗流通道的底端穿出上压头，第一渗流通道的顶端与第二渗流通道连通，第二渗流通道与岩石三轴试验机的顶端气压管接口连通；
岩石样品装载在上压头和下压头之间，且装载岩石样品时，上压头、下压头和岩石样品包覆在同一热缩管内；热缩管与上压头顶部和下压头底部均留有间隙。
进一步的，上压头包括上圆柱体和下正方柱，上圆柱体的直径与下正方柱的宽度相等；第二渗流通道位于上圆柱体内；
下压头包括上正方柱和下圆柱体，下圆柱体的直径与上正方柱的宽度相等；上圆柱体和下圆柱体上均设置有环槽，且环槽处套设有密封圈。
环槽和密封圈的设置使热缩管具有良好的密封性能，在岩石三轴试验机上使用本实用新型做渗流试验时，不会出现渗液从岩石样品中渗出后污染岩石三轴试验机。
进一步的，下正方柱靠近上圆柱体的四个棱角设置有倒角；上正方柱靠近下圆柱体的四个棱角设置有倒角；下正方柱顶端的侧壁上设置有防溢槽。
倒角的设置在对热缩管进行热处理时，正方柱的棱角不会将热缩管刺穿。
进一步的，下压头的底面对称设置有两个限位槽，三轴腔室底座内设置有与限位槽配合的限位柱。
限位柱和限位槽的配合方便将上压头、下压头和岩石样品一同安装至三轴腔室底座上，方便使岩石样品的平面对准岩石三轴试验机的夹持部，简化岩石样品的装载过程。
进一步的，三轴腔室底座与下压头的接触面设置有辅助环槽，底腔室渗流通道的通道口位于辅助环槽的中心处；辅助环槽处放置有辅助密封圈，辅助环槽的深度为辅助密封圈线径的一半，且辅助环槽的直径小于下圆柱体的直径。
辅助环槽以及辅助密封圈的设置使底腔室渗流通道的渗液能够直接对岩石样品进行渗透，不会出现渗液从岩石样品与下压头之间的缝隙直接漏出，导致渗流试验不准确。
进一步的，热缩管内设置有四组加强筋结构，加强筋结构包括平行嵌设在热缩管上的两条筋条，且筋条与热缩管平行，两条筋条的间距为下正方柱或上正方柱宽度的四分之一；筋条的长度L＝l+10mm，l为岩石样品的长度；筋条的热缩性小于热缩管的热缩性。
加强筋的设置使得热缩管在热处理时，筋条收缩量小于热缩管，筋条能够对岩石样品进行限位，使岩石样品四周表面与上正方柱四周表面和下正方柱四周表面均能够齐平。在岩石样品装载时不会出现与上压头和下压头错位的情况。
进一步的，上压头和下压头装载岩石样品时，热缩管的表面粘接有四块均力薄板，四块均力薄板分别位于岩石样品四个侧面的中心，且均力薄板的宽度小于岩石样品的宽度，均力薄板的长度度小于岩石样品的长度。
本实用新型的有益效果为：
本实用新型通过热缩管将上压头、下压头和岩石样品包覆，上压头、下压头上设置有密封圈，将岩石三轴试验机的气压管接口连接渗流液供应装置，通过设置的底端渗流通道、底腔室渗流通道和顶端渗流通道，使得原有岩石三轴试验机能够通过本实用新型进行真三轴渗流试验，整个压头模块结构简单，加工难度低，能够有效节省实验室的成本。使用本实用新型进行真三轴渗流试验时，无需使用玻璃胶密封热缩管边缘，一次性密封率由原来的10％提高到97％，密封时间由10小时缩短为1分钟，简化了实验操作步骤，提高了密封效果。
本实用新型通过对常规材料试验机功能模块的拓展，在常规力学参数测定的基础上同时可实现真三轴渗流实验，使得所有实验可以同一台设备上实现，避免系统误差对结果带来的影响。
附图说明
图1为本实用新型的爆炸结构示意图；
图2为本实用新型装载岩石样品后的剖视示意图；
图3为三轴腔室底座的结构示意图；
图4为热缩管未热处理前的立体结构示意图；
其中，1、三轴腔室底座；2、上压头；3、下压头；4、底端渗流通道；5、底腔室渗流通道；6、顶端渗流通道；7、第一渗流通道；8、第二渗流通道；9、岩石样品；10、热缩管；11、上圆柱体；12、下正方柱；13、上正方柱；14、下圆柱体；15、环槽；16、密封圈；17、倒角；18、防溢槽；19、限位槽；20、限位柱；21、辅助环槽；22、辅助密封圈；23、筋条；24、均力薄板。
具体实施方式
下面对本实用新型的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本实用新型，但应该清楚，本实用新型不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本实用新型的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本实用新型构思的实用新型创造均在保护之列。
如图1-4所示，一种岩石材料试验机真三轴渗流试验压头模块，包括三轴腔室底座1，还包括上压头2和下压头3，下压头3的轴心处设置有底端渗流通道4，且底端渗流通道4贯穿下压头3；三轴腔室底座1设置有与底端渗流通道4配合的底腔室渗流通道5；底腔室渗流通道5与岩石三轴试验机的底端气压管接口连通；上压头2的内部设置有顶端渗流通道6，顶端渗流通道6包括位于上压头2轴心的第一渗流通道7和垂直于上压头2轴心的第二渗流通道8；第一渗流通道7的底端穿出上压头2，第一渗流通道7的顶端与第二渗流通道8连通，第二渗流通道8与岩石三轴试验机的顶端气压管接口连通；
岩石样品9装载在上压头2和下压头3之间，且装载岩石样品9时，上压头2、下压头3和岩石样品9包覆在同一热缩管10内；热缩管10与上压头2顶部和下压头3底部均留有间隙。
上压头2包括上圆柱体11和下正方柱12，上圆柱体11的直径与下正方柱12的宽度相等；第二渗流通道8位于上圆柱体11内；
下压头3包括上正方柱13和下圆柱体14，下圆柱体14的直径与上正方柱13的宽度相等；上圆柱体11和下圆柱体14上均设置有环槽15，且环槽15处套设有密封圈16。热缩管10的顶端位于上压头2的环槽15的上方，且不会遮挡第二渗流通道8；热缩管10的顶端位于下压头3的环槽15的下方，且不会超过下圆柱体14的底端。实际设置时，上压头2和下压头3上均设置有两个环槽15，两个环槽15内均设置有密封圈16，使密封性更好。
下正方柱12靠近上圆柱体11的四个棱角设置有倒角17；上正方柱13靠近下圆柱体14的四个棱角设置有倒角17；下正方柱12顶端的侧壁上设置有防溢槽18。
下压头3的底面对称设置有两个限位槽19，三轴腔室底座1内设置有与限位槽19配合的限位柱20。
三轴腔室底座1与下压头3的接触面设置有辅助环槽21，底腔室渗流通道5的通道口位于辅助环槽21的中心处；辅助环槽21处放置有辅助密封圈22，辅助环槽21的深度为辅助密封圈22线径的一半，且辅助环槽21的直径小于下圆柱体14的直径。
热缩管10内设置有四组加强筋结构，加强筋结构包括平行嵌设在热缩管10上的两条筋条23，且筋条23与热缩管10平行，两条筋条23的间距为下正方柱12或上正方柱13宽度的四分之一；筋条23的长度L＝l+10mm，l为岩石样品9的长度；筋条23的热缩性小于热缩管10的热缩性。热缩管10采用TPR制成，筋条23采用CN111234302A公开的改性TPR，改性TPR的热缩性小于TPR的热缩性。
上压头2和下压头3装载岩石样品9时，热缩管10的表面通过瞬干胶粘接有四块均力薄板24，四块均力薄板24分别位于岩石样品9四个侧面的中心，且均力薄板24的宽度小于岩石样品9的宽度，均力薄板24的长度度小于岩石样品9的长度。
本实用新型的使用流程及工作原理：
需要进行真三轴渗流试验时，将制备好的方柱形岩石样品9放置在上压头2和下压头3之间，将密封圈16套在上压头2和下压头3的环槽15中，再将热缩管10套在外侧，调节热缩管10，使岩石样品9的棱边位于加强筋结构的两条筋条23之间，并使热缩管10顶端不会遮挡第二渗流通道8且上压头2的两个密封圈16和下压头3的两个密封圈16均被热缩管10包裹。使用热风枪对热缩管10热处理，热缩管10受热收缩，筋条23的热缩性小于热缩管10，则在热缩管10热缩过程中，共八条筋条23的相互配合下会使岩石样品9的四个侧面与上正方柱13和下正方柱12的侧面齐平。
接着将辅助密封圈22放置在辅助环槽21中，使下压头3的限位槽19对准限位柱20，将岩石样品9、上压头2和下压头3一起置于三轴腔室底座1上，再放置在岩石三轴试验机中，将岩石三轴试验机原本通向三轴腔室底座1底部中心的气压管和通向上压头2第二渗流通道8的气压管取下，连接渗液供应设备。使用岩石三轴试验机对岩石样品9进行真三轴试验，同时，渗液供应设备将渗液同时供应至底腔室渗流通道5和顶端渗流通道6；渗液从底腔室渗流通道5流至底端渗流通道4中，渗液分别从岩石样品9的顶端和底端渗入岩石样品9，从岩石样品9侧面渗出的渗液在热缩管10和密封圈16的配合下不会溢出，对岩石三轴试验机造成污染。
Claims (7)
1.一种岩石材料试验机真三轴渗流试验压头模块，包括三轴腔室底座(1)，其特征在于，还包括上压头(2)和下压头(3)，所述下压头(3)的轴心处设置有底端渗流通道(4)，且底端渗流通道(4)贯穿下压头(3)；所述三轴腔室底座(1)设置有与底端渗流通道(4)配合的底腔室渗流通道(5)；所述底腔室渗流通道(5)与岩石三轴试验机的底端气压管接口连通；所述上压头(2)的内部设置有顶端渗流通道(6)，所述顶端渗流通道(6)包括位于上压头(2)轴心的第一渗流通道(7)和垂直于上压头(2)轴心的第二渗流通道(8)；所述第一渗流通道(7)的底端穿出上压头(2)，所述第一渗流通道(7)的顶端与第二渗流通道(8)连通，所述第二渗流通道(8)与岩石三轴试验机的顶端气压管接口连通；
岩石样品(9)装载在上压头(2)和下压头(3)之间，且上压头(2)和下压头(3)装载岩石样品(9)时，上压头(2)、下压头(3)和岩石样品(9)包覆在同一热缩管(10)内。
2.根据权利要求1所述的岩石材料试验机真三轴渗流试验压头模块，其特征在于，所述上压头(2)包括上圆柱体(11)和下正方柱(12)，所述上圆柱体(11)的直径与下正方柱(12)的宽度相等；所述第二渗流通道(8)位于上圆柱体(11)内；
所述下压头(3)包括上正方柱(13)和下圆柱体(14)，所述下圆柱体(14)的直径与上正方柱(13)的宽度相等；所述上圆柱体(11)和下圆柱体(14)上均设置有环槽(15)，且所述环槽(15)处套设有密封圈(16)；
上压头(2)和下压头(3)装载岩石样品(9)时，所述热缩管(10)将密封圈(16)包裹，且所述热缩管(10)不会遮挡第二渗流通道(8)。
3.根据权利要求2所述的岩石材料试验机真三轴渗流试验压头模块，其特征在于，所述下正方柱(12)靠近上圆柱体(11)的四个棱角设置有倒角(17)；所述上正方柱(13)靠近下圆柱体(14)的四个棱角设置有倒角(17)；所述下正方柱(12)顶端的侧壁上设置有防溢槽(18)。
4.根据权利要求1所述的岩石材料试验机真三轴渗流试验压头模块，其特征在于，所述下压头(3)的底面对称设置有两个限位槽(19)，所述三轴腔室底座(1)内设置有与限位槽(19)配合的限位柱(20)。
5.根据权利要求1所述的岩石材料试验机真三轴渗流试验压头模块，其特征在于，所述三轴腔室底座(1)与下压头(3)的接触面设置有辅助环槽(21)，所述底腔室渗流通道(5)的通道口位于辅助环槽(21)的中心处；所述辅助环槽(21)处放置有辅助密封圈(22)，所述辅助环槽(21)的深度为辅助密封圈(22)线径的一半，且辅助环槽(21)的直径小于下圆柱体(14)的直径。
6.根据权利要求1所述的岩石材料试验机真三轴渗流试验压头模块，其特征在于，所述热缩管(10)内设置有四组加强筋结构，所述加强筋结构包括平行嵌设在热缩管(10)上的两条筋条(23)，且筋条(23)与热缩管(10)平行，所述两条筋条(23)的间距为下正方柱(12)或上正方柱(13)宽度的四分之一；所述筋条(23)的长度L＝l+10mm，l为岩石样品(9)的长度；所述筋条(23)的热缩性小于热缩管(10)的热缩性。
7.根据权利要求1所述的岩石材料试验机真三轴渗流试验压头模块，其特征在于，所述上压头(2)和下压头(3)装载岩石样品(9)时，所述热缩管(10)的表面粘接有四块均力薄板(24)，所述四块均力薄板(24)分别位于岩石样品(9)四个侧面的中心，且所述均力薄板(24)的宽度小于岩石样品(9)的宽度，均力薄板(24)的长度度小于岩石样品(9)的长度。
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