一种水油隔离型浸水三轴试验箱及试验方法技术

本发明专利技术提供了一种水油隔离型浸水三轴试验箱及试验方法，涉及试验设备技术领域，解决了试件长期浸水的条件下难以进行变围压试验的技术问题，该试验箱包括浸水压力舱、液压油舱、加热器、压力传感器、温度传感器、渗流通道、制冷装置、油压控制装置和渗流调节装置，浸水压力舱设置在液压油舱内，浸水压力舱和液压油舱之间设置有柔性薄膜，渗流通道连通浸水压力舱和渗流调节装置。利用上述装置对浸水压力舱内的试件直接进行围压加载和卸围压等操作，模拟矿井不同充水状态下开采时岩石的变形情况。本发明专利技术提供的试验箱结构具有结构简单，操作方便等优点，利用试验箱进行试验的方法还具有实验误差小，模拟范围广等优点。

A Water-Oil Isolated Triaxial Immersion Test Box and Its Test Method

The invention provides a water-oil isolation type immersion triaxial test box and test method, which relates to the technical field of test equipment, and solves the technical problem that it is difficult to carry out variable confining pressure test under the condition of long-term immersion of test pieces. The test box includes immersion pressure chamber, hydraulic oil chamber, heater, pressure sensor, temperature sensor, seepage passage, refrigeration device, oil pressure control device and seepage. Flow regulating device, the immersion pressure chamber is arranged in the hydraulic oil tank, and a flexible film is arranged between the immersion pressure chamber and the hydraulic oil tank. The seepage passage connects the immersion pressure chamber and the seepage regulating device. Using the above device, the confining pressure loading and unloading of the specimen in the immersed pressure chamber are carried out directly to simulate the rock deformation under different water filling conditions. The structure of the test box provided by the invention has the advantages of simple structure and convenient operation. The method of using the test box to carry out the test also has the advantages of small experimental error and wide simulation range.

【技术实现步骤摘要】
一种水油隔离型浸水三轴试验箱及试验方法
本专利技术涉及岩石力学试验设备
，尤其是一种水油隔离型的浸水三轴试验箱以及利用该装置进行三轴试验的方法。
技术介绍
近年来随着我国经济的不断发展，我国采矿工程、隧道工程、地铁工程以及其它地下工程得到迅速发展。但是有一些工程在施工中会遇到软岩，软岩遇水容易软化，导致岩石强度降低，对施工造成巨大的困难，同时对工作人员安全产生严重的影响。因此，通过岩石力学实验分析岩石在水中长期浸水的力学性能，对实际施工具有重要的作用。现有针对水作用下岩石试件的力学实验研究中，大部分多采用控制不同浸水时间和测算试件含水率等方法，但是在实验加载过程中没有试件浸水加载装置，均是用浸水后取出的试件进行实验，加载过程一般要经历几个小时，在这种情况下容易使得岩石试件内的水分蒸发，导致实验结果有较大误差。中国专利CN201810004350提出了一种考虑干湿循环的岩土体剪切蠕变仪，通过该装置可对试件进行饱水和脱湿的干湿循环模拟，但未考虑长期浸水与围压改变的情况，不能做到对该种工况下的力学实验研究。中国专利CN2017214773提出了一种用于单轴压缩试验的湿度控制装置，通过该装置可控制试件的湿度用以测试不同干湿情况下试件的力学性质，但该专利未考虑长期浸水与不同围压的工况，无法进行相应工况下的力学实验研究。另外，中国专利CN201110198841、CN201720459789、CN201730487413、CN201721715979、CN201721697658等现有的三轴实验装置，利用改变密封试件周围液压油的体积控制密封试件的围压，通过用一些密封措施分隔试件与液压油，这种设置虽能改变试件围压但通过实际操作发现实验中液压油仍会与试件接触，渗入的液压油会在一定程度上改变试件的力学性能，造成对试件的影响从而改变实验结果，因此需要对现有的试验装置作进一步的改进。另外现有的三轴加载实验方法也未考虑长期浸水矿柱、岩体的实际工况，无法模拟相似工况下的力学实验研究，尤其是对不同液高、不同材料试件、不同围压、不同加载形式的水油隔离不同围压浸水三轴实验方法。现有的三轴力学实验方法是通过改变试件周围液压油的体积控制密封试件的围压，这种实验方法虽能做到改变试件围压但通过实际操作发现实验中液压油仍会与试件接触，渗入的液压油会在一定程度上改变试件的力学性能，现有的加载方法在实验加载过程中对浸水中岩石试件围压的改变以及加载，为了令实验结果与实际工程情况更为接近，继而通过实验结果分析，可以为类似工况施工提供较为科学合理的施工参考，因此需要对现有的实验方法作进一步的改进。
技术实现思路
为解决试件长期浸水的条件下难以进行变围压试验的技术问题，本专利技术提供了一种水油隔离型浸水三轴试验箱及试验方法，具体技术方案如下：一种水油隔离型浸水三轴试验箱，包括浸水压力舱、液压油舱、加热器、压力传感器、温度传感器、渗流通道、制冷装置、油压控制装置和渗流调节装置；所述加热器设置在浸水压力舱内，所述制冷装置设置在液压油舱外；所述压力传感器设置在底座上，所述浸水压力舱设置在液压油舱内，浸水压力舱和液压油舱之间设置有柔性薄膜；所述渗流通道设置在底座上，渗流通道连通浸水压力舱和渗流调节装置，所述渗流通道内设置有压力平衡阀；所述油压控制装置和液压油舱通过油管相连，油管上设置有方向控制阀，所述温度传感器设置在浸水压力舱内。优选的是，液压油舱和浸水压力舱的外壳由透明钢化玻璃制作而成，所述温度传感器为耐压型温度传感器，所述压力传感器为防水型压力传感器，所述压力平衡阀具体为高压压力平衡阀，所述方向控制阀具体为高压方向控制阀。优选的是，柔性薄膜将试件完全包裹，所述柔性薄膜的上边缘固定在浸水压力舱上部的外壳上，所述柔性薄膜的下边缘固定在底座上。优选的是，渗流调节装置内设置有稳压泵，所述浸水压力舱边缘还设置有压力表；所述油管上还设置有安全阀。一种浸水单轴试验的方法，利用上述水油隔离型浸水三轴试验箱进行试验，其试验步骤包括：步骤一.制备试件，将试件放置在水油隔离型浸水三轴试验箱的浸水压力舱内，在浸水压力舱内注入水，并控制注水后试件的淹没高度；步骤二.利用试验机的压头进行轴向加压，直至试件破坏，同时记录试件的应力和应变监测数据。一种浸水三轴试验的方法，利用上述水油隔离型浸水三轴试验箱进行试验，其试验步骤包括：步骤一.制备试件，将试件放置在水油隔离型浸水三轴试验箱的浸水压力舱内，在浸水压力舱内注满水，完全淹没试件；步骤二.利用试验机的压头进行轴向施加预应力，并向液压油舱内注入液压油保持压力稳定；步骤三.继续利用试验机的压头进行轴向加压，直至试件破坏，记录试件的应力和应变监测数据。一种浸水三轴卸围压试验的方法，利用上述水油隔离型浸水三轴试验箱进行试验，其试验步骤包括：步骤一.制备试件，将试件放置在水油隔离型浸水三轴试验箱的浸水压力舱内，在浸水压力舱内注满水，完全淹没试件；步骤二.利用试验机的压头进行轴向施加预应力，并逐渐向液压油舱内注入液压油，持续增大液压油舱内液压油的压力至围压值，监测浸水压力舱的压力值；步骤三.调整卸载围压的速率，记录试件的应力和应变监测数据。一种浸水采动影响三轴试验的方法，利用上述水油隔离型浸水三轴试验箱进行试验，其试验步骤包括：步骤一.制备试件，将试件放置在水油隔离型浸水三轴试验箱的浸水压力舱内，在浸水压力舱内注满水，完全淹没试件；步骤二.利用试验机的压头进行轴向施加预应力，并逐渐向液压油舱内注入液压油；步骤三.调整卸载围压的速率和轴向加压的速率，持续增大液压油舱内液压油的压力至围压值；同时进行轴向加压直至试件破坏，监测浸水压力舱的压力值；记录试件的应力和应变监测数据。优选的是，浸水压力舱内还注入酸性溶液或碱性溶液，记录腐蚀情况下试件的应力和应变监测数据；所述制冷装置工作冷冻试件，记录封冻情况下试件的应力和应变监测数据，或者将所述制冷装置冷冻试件后，加热器工作解冻试件，循环冷冻和解冻过程，记录循环冷冻解冻情况下试件的应力和应变监测数据。本专利技术的有益效果包括：(1)水油隔离浸水三轴实验箱利用柔性材料制成具有一定强度的柔性薄膜，用于分隔液压油与水，避免了液压油渗入水中污染试件从而对实验造成影响的问题；柔性薄膜也能最大限度的将液压油舱内的围压传递至浸水压力舱中，做到使浸水压力舱和液压油舱内的围压一致，避免造成机械误差。(2)利用水油隔离浸水三轴实验箱进行三轴试验，可以在力学试验加载过程中实现对带有可控制围压长期浸水情况下的岩石试件进行直接加载，根据实验结果和实际工程情况进行分析，从而为类似工况提供较为科学合理的施工参考。利用该装置还可以模拟不同温度、不同材料、不同围压、不同浸水条件下的不同加载形式的工况，测试不同情况下的岩石等材料的力学性能。(3)在浸水压力舱内加入化学试剂，进而研究不同试剂浸水情况下岩石的力学性质；同理在进行单轴压缩试验时，试剂的液面高度也可根据不同的需求调整，还可以模拟完全浸水与完全排干交替的干湿循环现象。(4)利用该装置进行试验的方法和步骤简单易行，试验装置操作方便，实验数据收集便利。通过实验箱加载底座内布置的专用防水压力传感器和浸水压力舱上设置的压力表等监测设备，实时记录试验过程中的围压参数，避免了柔性薄膜使油压在传递过程中本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种水油隔离型浸水三轴试验箱，其特征在于，包括浸水压力舱、液压油舱、加热器、压力传感器、温度传感器、渗流通道、制冷装置、油压控制装置和渗流调节装置；所述加热器设置在浸水压力舱内，所述制冷装置设置在液压油舱外；所述压力传感器设置在底座上，所述浸水压力舱设置在液压油舱内，浸水压力舱和液压油舱之间设置有柔性薄膜；所述渗流通道设置在底座上，渗流通道连通浸水压力舱和渗流调节装置，所述渗流通道内设置有压力平衡阀；所述油压控制装置和液压油舱通过油管相连，油管上设置有方向控制阀，所述温度传感器设置在浸水压力舱内。

【技术特征摘要】
1.一种水油隔离型浸水三轴试验箱，其特征在于，包括浸水压力舱、液压油舱、加热器、压力传感器、温度传感器、渗流通道、制冷装置、油压控制装置和渗流调节装置；所述加热器设置在浸水压力舱内，所述制冷装置设置在液压油舱外；所述压力传感器设置在底座上，所述浸水压力舱设置在液压油舱内，浸水压力舱和液压油舱之间设置有柔性薄膜；所述渗流通道设置在底座上，渗流通道连通浸水压力舱和渗流调节装置，所述渗流通道内设置有压力平衡阀；所述油压控制装置和液压油舱通过油管相连，油管上设置有方向控制阀，所述温度传感器设置在浸水压力舱内。2.根据权利要求1所述的一种水油隔离型浸水三轴试验箱，其特征在于，所述液压油舱和浸水压力舱的外壳由透明钢化玻璃制作而成，所述温度传感器为耐压型温度传感器，所述压力传感器为防水型压力传感器，所述压力平衡阀具体为高压压力平衡阀，所述方向控制阀具体为高压方向控制阀。3.根据权利要求1所述的一种水油隔离型浸水三轴试验箱，其特征在于，所述柔性薄膜将试件完全包裹，所述柔性薄膜的上边缘固定在浸水压力舱上部的外壳上，所述柔性薄膜的下边缘固定在底座上。4.根据权利要求3述的一种水油隔离型浸水三轴试验箱，其特征在于，所述渗流调节装置内设置有稳压泵，所述浸水压力舱边缘还设置有压力表；所述油管上还设置有安全阀。5.一种浸水单轴试验的方法，利用权利要求1至4任一项所述的一种水油隔离型浸水三轴试验箱进行试验，其特征在于，试验步骤包括：步骤一.制备试件，将试件放置在水油隔离型浸水三轴试验箱的浸水压力舱内，在浸水压力舱内注入水，并控制注水后试件的淹没高度；步骤二.利用试验机的压头进行轴向加压，直至试件破坏，同时记录试件的应力和应变监测数据。6.一种浸水三轴试验的方法，利用权利要求1至4任一项所述的一种水油隔离型浸水三轴试验箱进行试验，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈绍杰，姜天琦，李志远，杜兆文，尹大伟，
申请(专利权)人：山东科技大学，
类型：发明
国别省市：山东,37