CN211453275U - 一种软岩损伤破坏失稳及动态渗透特性基础数据采集装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种软岩损伤破坏失稳及动态渗透特性基础数据采集装置。其包括可控进液单元、可控出液单元、加载单元和具有温度调节功能的压力室，压力室底部设置有安装件，安装件上竖向放置有软岩试件，安装件靠近软岩试件的一面嵌套设置有超声波探头；软岩试件的顶部放置有压板，压板上设置有第一环状限位凸起，压板靠近软岩试件的一面嵌套设置有超声波探头；软岩试件的顶部和底部设置有应变片和铜片电极，两个应变片和两个铜片电极各自关于软岩试件的横向中轴面对称；软岩试件侧面上靠近压板的一侧和靠近安装件的一侧上设置有4个声发射传感器，8个声发射传感器分别位于一立方体或横截面为正方形的长方体的8个顶角；压力室内设置有EC探头。
Description
技术领域
本实用新型涉及岩土工程测试领域，具体涉及一种软岩损伤破坏失稳及动态渗透特性基础数据采集装置。
背景技术
随着我国基础建设事业的迅猛发展，在铁路、公路、水电、采矿等行业中出现了很多深部岩体工程，对于长大深埋隧道、深采矿巷道、海底隧道等复杂条件下的渗流-温度场耦合条件下的软岩损坏破坏失稳及动态渗透特性研究具有十分重要的意义。然而测量软岩损伤破坏失稳及动态渗透特性的仪器在我国基本处于空白领域，大部分都是通过观测反应前后岩样的变化特征、矿物组成及抗拉强度等研究岩石的损伤破坏失稳过程，该试验测得数据不连续，不能实时监测岩石损伤破坏失稳和动态渗透特性，进而限制了软岩损伤破坏失稳和动态渗透特性机理的研究。
实用新型内容
针对现有技术中的上述不足，本实用新型旨在提供一种能够渗流-温度场耦合条件下实时采集软岩损伤破坏失稳及动态渗透特性基础数据的软岩损伤破坏失稳及动态渗透特性基础数据采集装置，为研究软岩损伤破坏失稳及动态渗透特性奠定基础。
为了达到上述发明创造的目的，本实用新型采用的技术方案为：
提供一种软岩损伤破坏失稳及动态渗透特性基础数据采集装置，其包括可控进液单元、可控出液单元、加载单元和具有温度调节功能的压力室，压力室底部设置有安装件，安装件上竖向放置有软岩试件，安装件靠近软岩试件的一面嵌套设置有超声波探头；软岩试件的顶部放置有压板，压板上设置有与软岩试件顶部配合的第一环状限位凸起，压板靠近软岩试件的一面嵌套设置有超声波探头，加载单元的伸缩端与压板远离软岩试件的一面配合；
软岩试件的顶部和底部设置有应变片和铜片电极，两个应变片和两个铜片电极各自关于软岩试件的横向中轴面对称；软岩试件侧面上靠近压板的一侧和靠近安装件的一侧上分别设置有4个声发射传感器，8个声发射传感器分别位于一立方体或横截面为正方形的长方体的8个顶角；压力室内设置有EC探头；
超声波探头、应变片、铜片电极、声发射传感器和EC探头分别通过导线与位于压力室外、且与计算机连接的超声波检测仪、电阻应变仪、视电阻率仪、声发射仪和EC测试仪连接；
可控进液单元的出水管和可控出液单元的进水管与压力室内连通。
进一步地，压力室包括内壳体和安装在内壳体外的外壳体，内壳体和外壳体具有开口，安装件和软岩试件位于内壳体内，外壳体的内壁上设置有保温层，内壳体的外壁上设置有热阻线圈，热阻线圈与位于外壳体外的电源连接。
进一步地，安装件包括安装在压力室底部的安装板，安装板上设置有与软岩试件底部配合的第二限位环状凸起，超声波探头嵌套在安装板上。
进一步地，靠近压板一侧和靠近安装件一侧上的4个声发射传感器通过环状安装座与软岩试件侧壁抵靠，环状安装座包括两个可拆卸连接的半环状安装子座，靠近压板一侧和靠近安装件一侧的半环状安装子座分别与压板和安装件可拆卸连接，半环状安装子座靠近软岩试件的一侧开设有4个第一安装槽，第一安装槽上远离软岩试件的一面安装有压簧，声发射传感器一一对应安装在压簧的另一端。
进一步地，应变片和铜片电极位于软岩试件内，软岩试件顶部和底部靠近应变片和铜片电极的外壁上设置有防水层。
进一步地，EC探头位于压力室内侧壁。
进一步地，可控进液单元包括储水箱，储水箱内设置有潜水泵，出水管一端安装在潜水泵的出水口，另一端安装在压力室侧壁，出水管上设置有单向阀。
进一步地，可控出液单元包括安装在进水管上的阀门，进水管安装在压力室侧壁底部，进水管的另一端与位于压力室外的回收水箱配合。
进一步地，加载单元包括电液伺服万能试验机。
本实用新型的有益效果为：
可控出液单元和可控出液单元分别用于向压力室内注入和排出水化学溶液。
加载单元与压板的配合用于改变加载在压板上的负荷，从而改***岩试件上下两端的渗透压差，具有温度调节功能的压力室的设置使得能够改变压力室内水化学溶液的温度，进而创造了渗流-温度场耦合条件。
电阻应变仪通过应变片实时测量软岩试件的应力-应变数据并将该数据实时传输至计算机；视电阻率仪通过铜片电极实时测量软岩试件的视电阻率值并将该数据实时传输至计算机；超声波检测仪通过超声波探头实时测量软岩试件的超声波波速并将该数据实时传输至计算机；声发射仪通过声发射传感器实时采集软岩试件的声发射事件数量和位置的基础数据并将该基础数据实时传输至计算机从而得到软岩试件的声发射事件数量和位置；EC测试仪通过EC探头实时测量水化学溶液的电导率。
基于控制变量法获得渗流、温度耦合条件下软岩试件损伤破坏失稳过程中的超声波波速变化规律、应力应变演化规律、声发射事件数量和位置、渗透所引起的溶液电导率变化规律和岩石视电阻率变化规律，为获得不同渗流-温度耦合作用下软岩的损伤破坏失稳过程及其与之相对应的动态渗透特性的研究奠定了数据基础。
附图说明
图1为具体实施例中软岩损伤破坏失稳及动态渗透特性基础数据采集装置的结构示意图；
图2为图1中A部非放大示意图；
图3为另一实施例中，非应用状态下环状安装座的剖视图。
其中，1、可控进液单元；2、EC测试仪；3、电源；4、可控出液单元；5、超声波检测仪；6、电阻应变仪；7、视电阻率仪；8、声发射仪；9、计算机； 10、加载单元；11、压板；12、软岩试件；13、超声波探头；14、内壳体；15、保温层；16、外壳体；17、铜片电极；18、EC探头；19、热阻线圈；20、安装板；21、第二限位环状凸起；22、应变片；23、声发射传感器；24、第一限位环状凸起；25、半环状安装子座；26、压簧。
具体实施方式
下面结合附图，对本实用新型的具体实施方式做详细说明，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，下文所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部实施例。在不脱离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，本领域技术人员在没有做出任何创造性劳动所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型的保护范围。
如图1所示，该一种软岩损伤破坏失稳及动态渗透特性基础数据采集装置包括可控进液单元1、可控出液单元4、加载单元10和具有温度调节功能的压力室，压力室底部设置有安装件，安装件上竖向放置有软岩试件12，安装件靠近软岩试件12的一面嵌套设置有超声波探头13；软岩试件12的顶部放置有压板11，压板11上设置有与软岩试件12顶部配合的第一环状限位凸起，压板11 靠近软岩试件12的一面嵌套设置有超声波探头13，加载单元10的伸缩端与压板11远离软岩试件12的一面配合。
软岩试件12的顶部和底部设置有应变片22和铜片电极17，两个应变片22 和两个铜片电极17各自关于软岩试件12的横向中轴面对称；软岩试件12侧面上靠近压板11的一侧和靠近安装件的一侧上分别设置有4个声发射传感器23， 8个声发射传感器23分别位于一立方体或横截面为正方形的长方体的8个顶角；压力室内设置有EC探头18。
超声波探头13、应变片22、铜片电极17、声发射传感器23和EC探头18 分别通过导线与位于压力室外、且与计算机9连接的超声波检测仪5、电阻应变仪6、视电阻率仪7、声发射仪8和EC测试仪2连接。
可控进液单元1的出水管和可控出液单元4的进水管与压力室内连通。
值得注意的是，虽然在权利要求书中提到了岩石试件，但其是为了充分说明本采集装置中各个部分的位置关系，要求保护的本采集装置并不包括岩石试件。
一般软岩试件12为圆柱体状。应用时，需要进行下一组数据采集前，先利用可控出液单元将压力室内的水化学溶液排出，然后利用可控出液单元向压力室内注入新的水化学溶液。
实施时，关于加载单元10，其作用为向压板11施加不同的负荷，其可以为现有技术中土木工程试验中常用于改变加载负荷的电液伺服万能试验机。电液伺服万能试验机的压缩端不同程度地挤压压板11，从而改变压板11上加载的负荷。
如图2所示，压力室包括内壳体14和安装在内壳体14外的外壳体16，内壳体14和外壳体16具有开口，安装件和软岩试件12位于内壳体14内，外壳体16的内壁上设置有保温层15，内壳体14的外壁上设置有热阻线圈19，热阻线圈19与位于外壳体16外的电源3连接。同时内壳体14内设置有温度传感器，温度传感器与位于外壳体16外的显示处理装置连接，从而采集和显示内壳体14 内水化学溶液的温度。
如图2所示，安装件包括安装在压力室底部的安装板20，安装板20上设置有与软岩试件12底部配合的第二限位环状凸起21，超声波探头13嵌套在安装板20上。
在另一实施例中，如图3所示，靠近压板11一侧和靠近安装件一侧上的4 个声发射传感器23通过环状安装座与软岩试件12侧壁抵靠，环状安装座包括两个可拆卸连接的半环状安装子座25，靠近压板11一侧和靠近安装件一侧的半环状安装子座25分别与压板11和安装件可拆卸连接，半环状安装子座25靠近软岩试件12的一侧开设有4个第一安装槽，第一安装槽上远离软岩试件12的一面安装有压簧26，声发射传感器23一一对应安装在压簧26的另一端。其中，两个半环状安装子座25之间通过螺栓可拆卸连接，半环状安装子座25与压板11和安装件之间也通过螺栓可拆卸连接。其中，第一安装槽为两面开口的矩形槽，其一面开口朝向软岩试件12，另一面开口朝向正上方，不仅为安装压簧26 和声发射传感器23提供了空间，还为声发射传感器23提供了导向功能，其中，声发射传感器23通过与压簧26端部设置的固定粘接而与压簧26另一端固定，粘接用胶为HY-303金属胶水。使得应用时，在压簧26的作用下，声发射传感器23始终保持与软岩试件12侧面紧密接触，从而提高数据采集的准确性。
如图2所示，应变片22和铜片电极17位于软岩试件12内，软岩试件12 顶部和底部靠近应变片22和铜片电极17的外壁上设置有防水层。防水层的材质为热熔胶或HY-303金属胶水。同时EC探头18位于压力室内侧壁。
如图1所示，可控进液单元1包括储水箱，储水箱内设置有潜水泵，出水管一端安装在潜水泵的出水口，另一端安装在压力室侧壁，出水管上设置有单向阀。可控进液单元1包括高度高于压力室的储水槽，出水管一端安装在储水槽内，另一端安装在压力室侧壁，出水管上安装有调节阀。
如图2所示，可控出液单元4包括安装在进水管上的阀门，进水管安装在压力室侧壁底部，进水管的另一端与位于压力室外的回收水箱配合。
在又一实施例中，声发射传感器23通过环绕软岩试件12的弹性胶圈与软岩试件12固定。应变片22和铜片电极17通过医用粘合剂粘接在软岩试件12 顶部和底部。同时应变片22和铜片电极17上设置有防水层，防水层的材质为热熔胶或HY-303金属胶水。
如图1所示，加载单元10包括测量架，测量架包括固定架，固定架包括底座，底座通过若干支撑柱与顶板连接，顶板中部套设有固定台，固定台中部套设有液压千斤顶，所述液压千斤顶通过导液管与电液伺服试验机连接；电液伺服试验机与试验机控制终端连接。液压千斤顶位于压板11正上方，从而向压板 11施加不同负荷。
其中，储水箱、回收水箱和压力室内壁的材质为钛合金。
其中，超声波检测仪5为ZBL-U520型非金属超声波检测仪5，超声波探头13 为TCT40-16T防水型超声波探头；声发射仪8为DS5-16B型全信息声发射信息分析仪，声发射传感器23为AE204SW防水绝缘型声发射传感器；电阻应变仪 6为LB-IV型多通道数字应变仪；视电阻率仪7为U-RT-1型岩石电阻率测量仪； EC测试仪2为C66sharp型防水EC测试仪。
Claims (9)
1.一种软岩损伤破坏失稳及动态渗透特性基础数据采集装置，其特征在于，包括可控进液单元、可控出液单元(4)、加载单元(10)和具有温度调节功能的压力室，所述压力室底部设置有安装件，所述安装件上竖向放置有软岩试件(12)，所述安装件靠近软岩试件(12)的一面嵌套设置有超声波探头(13)；所述软岩试件(12)的顶部放置有压板(11)，所述压板(11)上设置有与软岩试件(12)顶部配合的第一环状限位凸起，所述压板(11)靠近软岩试件(12)的一面嵌套设置有超声波探头(13)，所述加载单元(10)的伸缩端与压板(11)远离软岩试件(12)的一面配合；
软岩试件(12)的顶部和底部设置有应变片(22)和铜片电极(17)，两个应变片(22)和两个铜片电极(17)各自关于软岩试件(12)的横向中轴面对称；所述软岩试件(12)侧面上靠近压板(11)的一侧和靠近安装件的一侧上分别设置有4个声发射传感器(23)，8个声发射传感器(23)分别位于一立方体或横截面为正方形的长方体的8个顶角；所述压力室内设置有EC探头(18)；
所述超声波探头(13)、应变片(22)、铜片电极(17)、声发射传感器(23)和EC探头(18)分别通过导线与位于压力室外、且与计算机(9)连接的超声波检测仪(5)、电阻应变仪(6)、视电阻率仪(7)、声发射仪(8)和EC测试仪(2)连接；
所述可控进液单元的出水管和可控出液单元(4)的进水管与压力室内连通。
2.根据权利要求1所述的软岩损伤破坏失稳及动态渗透特性基础数据采集装置，其特征在于，所述压力室包括内壳体(14)和安装在内壳体(14)外的外壳体(16)，所述内壳体(14)和外壳体(16)具有开口，所述安装件和软岩试件(12)位于内壳体(14)内，所述外壳体(16)的内壁上设置有保温层(15)，所述内壳体(14)的外壁上设置有热阻线圈(19)，所述热阻线圈(19)与位于外壳体(16)外的电源(3)连接。
3.根据权利要求1所述的软岩损伤破坏失稳及动态渗透特性基础数据采集装置，其特征在于，安装件包括安装在压力室底部的安装板(20)，所述安装板(20)上设置有与软岩试件(12)底部配合的第二限位环状凸起(21)，所述超声波探头(13)嵌套在安装板(20)上。
4.根据权利要求1所述的软岩损伤破坏失稳及动态渗透特性基础数据采集装置，其特征在于，靠近压板(11)一侧和靠近安装件一侧上的4个声发射传感器(23)通过环状安装座与软岩试件(12)侧壁抵靠，所述环状安装座包括两个可拆卸连接的半环状安装子座(25)，靠近压板(11)一侧和靠近安装件一侧的半环状安装子座(25)分别与压板(11)和安装件可拆卸连接，所述半环状安装子座(25)靠近软岩试件(12)的一侧开设有4个第一安装槽，所述第一安装槽上远离软岩试件(12)的一面安装有压簧(26)，所述声发射传感器(23)一一对应安装在所述压簧(26)的另一端。
5.根据权利要求1所述的软岩损伤破坏失稳及动态渗透特性基础数据采集装置，其特征在于，所述应变片(22)和铜片电极(17)位于软岩试件(12)内，所述软岩试件(12)顶部和底部靠近应变片(22)和铜片电极(17)的外壁上设置有防水层。
6.根据权利要求1所述的软岩损伤破坏失稳及动态渗透特性基础数据采集装置，其特征在于，所述EC探头(18)位于压力室内侧壁。
7.根据权利要求1所述的软岩损伤破坏失稳及动态渗透特性基础数据采集装置，其特征在于，所述可控进液单元包括储水箱，所述储水箱内设置有潜水泵，所述出水管一端安装在潜水泵的出水口，另一端安装在压力室侧壁，所述出水管上设置有单向阀。
8.根据权利要求1所述的软岩损伤破坏失稳及动态渗透特性基础数据采集装置，其特征在于，所述可控出液单元(4)包括安装在进水管上的阀门，所述进水管安装在压力室侧壁底部，所述进水管的另一端与位于压力室外的回收水箱配合。
9.根据权利要求1-8任一所述的软岩损伤破坏失稳及动态渗透特性基础数据采集装置，其特征在于，所述加载单元(10)包括电液伺服万能试验机。
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| CN115950745A (zh) * | 2022-12-23 | 2023-04-11 | 平顶山天安煤业股份有限公司 | 一种多煤层综合监测主体模型 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20200908 |