一種氣液協同滲流-應力耦合的試驗裝置的制造方法
【專利摘要】本發明公開了一種氣液協同滲流?應力耦合的試驗裝置。將孔隙氣壓和孔隙水壓同時添加到壓力添加固定器上，將氣壓水壓輸送到氣液混合器中充分混合，將混合后的水氣體一起添加到試樣端面。可以均勻地添加氣液混合體，不會出現因氣液壓力集中引起的試樣端面應力集中，可以進行氣液滲流?應力耦合試驗研究，減小試驗誤差,結果更加符合實際情況。
【專利說明】
一種氣液協同滲流-應力耦合的試驗裝置
技術領域
[0001]本發明涉及一種氣液協同滲流-應力耦合的試驗裝置，可用于氣、液滲流條件下的應力添加，尤其是氣體和液體兩種不同介質共同添加的滲流-應力耦合試驗裝置。
【背景技術】
[0002]巖石材料的原生裂隙、孔隙和節理為氣體和液體在巖石中的流動提供了通道，巖石受到氣、液滲流-應力耦合的作用，其應力狀態極其復雜。為了研究這類環境中巖石的變形滲流特性，各種巖石試驗裝置應運而生。但是，現階段的巖石三軸壓縮裝置只能單方面地提供孔隙水壓或者孔隙氣壓，且在試樣和裝置接觸面上水壓氣壓分布不夠均勻，容易造成試樣端面應力集中，不能確切地反應巖石在復雜環境中的受力狀況，而且還會加速試樣破壞，給試驗研究帶來困難，試驗結果不夠真實可靠，容易造成錯誤判斷。
【發明內容】
[0003]為了克服現有的試驗裝置的不足，本發明一種氣液協同滲流-應力耦合的試驗裝置，該裝置不僅可以單方面地添加水壓或氣壓，也可以同時對試驗添加水壓和氣壓，氣壓孔壓添加孔直徑為1.5cm，間距為2cm;在固定器內部，設置高效率圓柱形氣液協同混合倉，其直徑為50mm，高度為40mm，將輸入進來的氣體和液體充分混合，然后送到固定器端頭孔壓添加孔內；在固定器端頭上，孔隙水壓力添加孔的個數太多，會使固定器端頭的強度和剛度減弱，從而導致測試壓力施加不均勻且產生應力集中現象會導致巖石試件提前破壞，造成試驗數據不真實的后果；而如果個數過少，會使孔隙水壓力不能夠充分均勻地分布在試件端面上。通過大量試驗研究發現:孔隙水壓力隨著離孔隙水壓力添加孔中心距離的增加而減小，試驗得出的孔壓、孔隙水壓力添加孔直徑、端面上任一點距離孔隙水壓力添加孔中心的距離的關系表達式如下式所示。
[0004]q = p( 1-1/ 2d)
注:式中的g為折減后的孔壓^為原始孔壓;2為端面上任一點距離孔隙水壓力添加孔中心的距離;c/為孔隙水壓力添加孔直徑。
[0005]原孔隙水壓力添加孔直徑為2.5_，根據上式，得出兩個孔壓添加孔中心距離2 =
7.通過這樣設置兩個孔壓添加孔中心的距離，在可以保持固定器強度和剛度的基礎上將所提供的壓力均勻分布到試樣端部，固定器端頭上一共設置25個孔壓添加孔。
[0006]本發明解決其技術問題所采用的技術方案是:將試樣固定器分為單相壓力添加和雙相壓力添加固定器。單向壓力添加固定器可以給試樣單方面地提供氣壓或者水壓，雙相壓力添加固定器則可以給試樣同時提供氣壓和水壓。根據試驗方案，選擇合適的固定器，進行壓力添加。當選擇雙相壓力添加固定器時，將孔隙氣壓添加裝置和孔隙水壓添加裝置同時連接到固定器上，在固定器內部設置高效率氣液混合器，將所添加的氣體和液體充分混合，達到氣液一體化的效果，對試樣進行雙相壓力添加。在固定器與試樣接觸面上，將原來的單孔固定器端頭改進成多孔端頭，將所添加的壓力均勻分布到試樣端面上，避免局部應力集中的問題，達到應力均勻分布的目的。
[0007]本發明的有益效果是，可以同時對試樣添加氣壓和水壓，而且將氣液充分混合，均勻地添加到試樣端面；同時保持固定器強度和剛度，從而確保測試壓力的均勻有效施加。裝置改進只需改進試樣固定器，試驗結果可靠性增加;而且本發明原理簡單，容易實現。
【附圖說明】
[0008]圖1為單相壓力添加固定器結構示意圖，其中，標號I為氣體或液體添加孔。
[0009]圖2為雙相壓力添加固定器結構示意圖，其中，標號2和3分別為氣體和液體添加孔。
[0010]圖3為固定器縱斷面示意圖，其中，標號4和5分別為氣體通道和液體通道;標號6為氣液體通道，標號7為協同氣液混合倉。
[0011]圖4為固定器端頭截面示意圖，其中，標號8為孔壓添加孔。
[0012]圖5為固定器端頭孔壓添加孔示意圖。
【具體實施方式】
[0013]為了克服現有的試驗裝置的不足，本發明提供了一種氣液協同滲流-應力耦合的試驗裝置，該裝置不僅可以單方面地添加水壓或氣壓，也可以同時對試驗添加水壓和氣壓，氣壓孔壓添加孔直徑為1.5cm，間距為2cm;在固定器內部，設置高效率氣液混合器，將輸入進來的氣體和液體充分混合，然后送到固定器端頭孔壓添加孔內；在固定器端頭上，孔隙水壓力添加孔的個數太多，會使固定器端頭的強度和剛度減弱，從而導致測試壓力施加不均勻且產生應力集中現象會導致巖石試件提前破壞，造成試驗數據不真實的后果;而如果個數過少，會使孔隙水壓力不能夠充分均勻地分布在試件端面上。通過大量試驗研究發現:孔隙水壓力隨著離孔隙水壓力添加孔中心距離的增加而減小，試驗得出的孔壓、孔隙水壓力添加孔直徑、端面上任一點距離孔隙水壓力添加孔中心的距離的關系表達式如下式所示。
[0014]g = P ( 1-1/ 2 d )
其中4為折減后的孔壓4為原始孔壓d為端面上任一點距離孔隙水壓力添加孔中心的距離;c/為孔隙水壓力添加孔直徑。
[0015]原固定器端頭孔隙水壓力添加孔直徑為2.5mm，根據上式，得出兩個孔壓添加孔中心距離2 = 7.5mm。通過這樣設置兩個孔壓添加孔中心的距離，在可以保持固定器強度和剛度的基礎上將所提供的壓力均勻分布到試樣端部，固定器端頭上一共設置25個孔壓添加孔。
[0016]本發明解決其技術問題所采用的技術方案是:將試樣固定器分為單相壓力添加和雙相壓力添加固定器。單向壓力添加固定器可以給試樣單方面地提供氣壓或者水壓，雙相壓力添加固定器則可以給試樣同時提供氣壓和水壓。根據試驗方案，選擇合適的固定器，進行壓力添加。當選擇雙相壓力添加固定器時，將孔隙氣壓添加裝置和孔隙水壓添加裝置同時連接到固定器上，在固定器內部設置高效率氣液混合器，將所添加的氣體和液體充分混合，達到氣液一體化的效果，對試樣進行雙相壓力添加。在固定器與試樣接觸面上，將原來的單孔固定器端頭改進成多孔端頭，將所添加的壓力均勻分布到試樣端面上，避免局部應力集中的問題，達到應力均勻分布的目的。
[0017]本發明的有益效果是，可以同時對試樣添加氣壓和水壓，而且將氣液充分混合，均勻地添加到試樣端面；同時保持固定器強度和剛度，從而確保測試壓力的均勻有效施加。裝置改進只需改進試樣固定器，試驗結果可靠性增加;而且本發明原理簡單，容易實現。
[0018]當需要添加孔隙氣壓或者孔隙水壓時，選擇圖1所示固定器，將試樣安裝在上下兩個固定器上，然后放入三軸壓縮室內；預先試加孔隙水壓或者孔隙氣壓，如果試加順利，將孔隙水壓或者孔隙氣壓的接頭連接到圖1壓力添加固定器接頭I上，然后用扳手固定緊。開始單相壓力添加試驗。
[0019]當需要同時對試樣添加孔隙水壓和孔隙氣壓時，選擇圖2所示固定器，將試樣安裝在上下固定器上，然后放入到三軸壓縮室內；預先試加孔隙水壓和孔隙氣壓，試加順利，將孔隙水壓接頭和孔隙氣壓接頭分別接到圖2壓力添加固定器接頭2和3上，然后用扳手固定緊，放下三軸腔，進行沖油，打開圍壓添加器添加圍壓，然后同時打開孔隙水壓添加器和孔隙氣壓添加器，隨后打開氣液混合器，讓氣體和液體充分混合后添加到試樣斷面，進行氣液滲流-應力耦合試驗。
【主權項】
1.一種氣液協同滲流-應力耦合的試驗裝置，其特征在于:在試樣固定器上同時添加孔隙水壓和孔隙氣壓，氣壓孔壓添加孔直徑為1.5cm，間距為2cm;在固定器內部，設置高效率圓柱形氣液協同混合倉，其直徑為50mm，高度為40mm，將輸入進來的氣體和液體充分混合，然后將混合體送入固定器端頭孔壓添加孔中；端頭孔壓添加孔直徑為2.5_，兩個相鄰的添加孔中心間距7.5mm，整個固定器端頭上一共設置25個固定器端頭孔壓添加孔。2.根據權利要求1所述的一種氣液協同滲流-應力耦合的試驗裝置，其特征在于:可以單相添加孔隙水壓或者孔隙氣壓，也可以同時進行添加，雙相壓力添加固定器內部設置有高效率氣液混合器，可以將同時添加進來的水壓和氣壓充分混合，形成水氣體添加到試樣端面。3.根據權利要求1所述的一種氣液協同滲流-應力耦合的試驗裝置，其特征在于，可以將液體、氣體或者水氣體均勻添加到試樣端面，避免出現試樣端面應力集中問題。4.一種氣液協同滲流-應力耦合的試驗裝置，其特征在于:孔隙水壓力隨著離孔隙水壓力添加孔中心距離的增加而減小，試驗得出的孔壓、孔隙水壓力添加孔直徑、端面上任一點距離孔隙水壓力添加孔中心的距離的確定應按照公式^ = P ( 1-1/ 2d」確定，其中^為折減后的孔壓^為原始孔壓；2為端面上任一點距離孔隙水壓力添加孔中心的距離；c/為孔隙水壓力添加孔直徑。
【文檔編號】G01N15/08GK106018110SQ201610522719
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年7月5日
【發明人】劉文博, 張樹光
【申請人】遼寧工程技術大學