用于研究充填体热-流-力耦合行为的试验装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种用于研究充填体热-流-力耦合行为的试验装置，包括试验装置容器，试验装置容器的底部设有容器底板，顶部装有能上下移动的容器顶盖，内部装有填充体；试验装置容器内设有温度传感器和孔隙水压力传感器，试验装置的容器侧壁装有应变传感器，温度传感器、孔隙水压力传感器和应变传感器通过导线与无纸记录仪相连接。容器底板上钻凿若干个小孔，并在容器底板上铺一层渗透膜，容器底板的下部设有漏斗，漏斗的下部设有带刻度渗水收集瓶；容器顶盖的上部设有砝码组合。能够同时监测充填体的温度变化、孔隙水压力变化、渗流量变化以及应变数据。

【技术实现步骤摘要】
用于研究充填体热-流-力耦合行为的试验装置
本技术涉及一种矿山地下采空区充填体性能的试验装置，尤其涉及一种用于研究充填体热-流-力耦合行为的试验装置。
技术介绍
矿山地下开采不仅产生了大量的固体废弃物(例如尾矿和煤矸石)，同时还产生了大量的地下采空区。这些固体废弃物的地表堆存不仅会环境污染，而且还有可能成为安全隐患(例如尾矿库的溃坝和矸石山的自燃)。而地下采空区的存在不仅关系到矿工的作业安全，还会导致地表的沉陷。然而，将这些固体废弃物制成充填体填充入地下采空区可以有效地解决上述诸多问题。这种充填体主要由固体废弃物、水泥与水混合制成(必要的情况下会掺入矿物添加剂，如高炉矿渣和粉煤灰等)，它是一种内部充满孔隙结构的多孔介质。 水泥与水相遇发生水化反应，生成水化产物(C-S-H胶凝和AFt晶体等)，这些水化产物将沉淀并积聚在充填体内部的孔隙中，从而通过改变充填体内孔隙自由水的渗流行为而影响孔隙水压力分布。与此同时，水化反应还释放出一定的热量，从而促进充填体自身温度的发展。而充填体自身及外界环境温度的变化不仅会通过改变填体内水的密度和粘度而影响其渗流行为，还会引起充填体结构的热应变。此外，填充入地下采矿区的充填体还会受到其上覆岩层的压力。 综上所述可知，充填体将表现出热(温度变化)-流(孔隙水的渗流和孔隙水压力分布)_力(热应力和上覆压力)耦合作用行为。充填体的关键作用在于支撑上覆岩层，同时还不能对地下环境造成污染(例如从充填体中渗流出来的含有害物质的水会污染地下水)。这就要求充填体具有较强的力学稳定性和较弱的水力渗透性，而这些特性主要取决于充填体的热-流-力耦合作用行为。 目前，还没有一种用于研究充填体热-流-力耦合行为的试验装置。
技术实现思路
本技术的目的是提供一种能够同时监测充填体的温度变化、孔隙水压力变化、渗流量变化以及应变数据的用于研究充填体热-流-力耦合行为的试验装置。 本技术的目的是通过以下技术方案实现的: 本技术的用于研究充填体热-流-力耦合行为的试验装置，包括试验装置容器，所述试验装置容器的底部设有容器底板，顶部装有能上下移动的容器顶盖，内部装有填充体； 所述试验装置容器内设有温度传感器和孔隙水压力传感器，所述试验装置的容器侧壁装有应变传感器，所述温度传感器、孔隙水压力传感器和应变传感器通过导线与无纸记录仪相连接。 所述容器底板上钻凿若干个小孔，并在所述容器底板上铺一层渗透膜，所述容器底板的下部设有漏斗，所述漏斗的下部设有带刻度渗水收集瓶； [0011 ] 所述容器顶盖的上部设有砝码组合。 由上述本技术提供的技术方案可以看出，本技术实施例提供的用于研究充填体热-流-力耦合行为的试验装置，能够同时监测充填体的温度变化、孔隙水压力变化、渗流量变化以及应变数据。 【附图说明】 图1为本技术实施例提供的用于研究充填体热-流-力耦合行为的试验装置的结构示意图。 图中:1 一(不同重量的)砝码组合；2—能上下移动的容器顶盖；3—充填体；4一试验装置容器；5—温度传感器；6—孔隙水压力传感器；7—容器底板；8—漏斗；9一带刻度渗水收集瓶；10—应变传感器；11—开孔；12—容器侧壁；13—无纸记录仪。 【具体实施方式】 下面将对本技术实施例作进一步地详细描述。 本技术的用于研究充填体热-流-力耦合行为的试验装置，其较佳的【具体实施方式】是: 包括试验装置容器，所述试验装置容器的底部设有容器底板，顶部装有能上下移动的容器顶盖，内部装有填充体； 所述试验装置容器内设有温度传感器和孔隙水压力传感器，所述试验装置的容器侧壁装有应变传感器，所述温度传感器、孔隙水压力传感器和应变传感器通过导线与无纸记录仪相连接。 所述容器底板上钻凿若干个小孔，并在所述容器底板上铺一层渗透膜，所述容器底板的下部设有漏斗，所述漏斗的下部设有带刻度渗水收集瓶； 所述容器顶盖的上部设有砝码组合。 所述小孔的直径为0.9至1.1mm。 所述容器顶盖的内壁与所述填充体之间垫一层海绵，所述海绵的面积与所述充填体的截面面积相同。 所述砝码组合包括若干个不同重量的砝码。 所述试验装置容器为长方体。 所述无纸记录仪与电脑相连。 本技术的用于研究充填体热-流-力耦合行为的试验装置，能够同时监测充填体的温度变化、孔隙水压力变化、渗流量变化以及应变数据。 具体实施例: 如图1所示，包括(不同重量的)砝码组合1、能上下移动的容器顶盖2、充填体3、试验装置容器4、温度传感器5、孔隙水压力传感器6、容器底板7、漏斗8、带刻度渗水收集瓶9、应变传感器10、开孔11、容器侧壁12、无纸记录仪13等。 试验装置容器4为长方体。温度传感器5、孔隙水压力传感器6和应变传感器10通过导线与无纸记录仪13相连接，这些传感器所采集到的数据被记录并保存下来。 在容器底板7上钻凿若干个小孔(直径1mm左右)，然后在容器底板7上铺一层渗透膜，渗透膜的面积与容器底板7的面积保持一致。从容器底板7的小孔中渗出的水将通过漏斗8被收集到带刻度渗水收集瓶9中。在试验过程中带刻度渗水收集瓶9始终保持封口状态，仅留一个小孔用来收集从漏斗8中流出的水。 将制备完成的充填体3浇注进试验装置容器4中:当充填体达到一定的浇注高度时，将应变传感器10埋设在该段充填体的表面，传感器的导线通过容器侧壁12的开孔11连接出去；然后继续浇注一段充填体，将孔隙水压力传感器6埋设在该段充填体的表面，传感器的导线同样需要通过开孔11连接出去；接下来再继续浇注一段充填体，将温度传感器5埋设在该段充填体的表面并将相应的导线从试验装置容器4中连接出去；最后浇注充填体直至充满容器，并将充填体的表面刮平。 为了保证充填体3更好地与能上下移动的容器顶盖2接触，可以在它们之间垫一层海绵，该海绵的面积与充填体3的截面面积以及能上下移动的容器顶盖2的面积保持一致。 所述砝码组合1由若干个砝码组成，根据不同的条件选择不同的砝码组合，以模拟不同的上覆压力。通过简单的计算可将砝码的重量换算为对能上下移动的容器顶盖2的相应压力值。 在试验过程中，可以通过改变整套试验装置所处的环境温度、充填体上覆砝码的重量、充填体自身的特性(例如水的用量和水泥用量等)来模拟不同的外界条件对充填体的热-流-力耦合作用行为的影响。 无纸记录仪13可以与电脑相连，将所有传感器采集到的数据输入电脑进行分析，找寻充填体的热-流-力耦合作用规律。 本技术的有益效果是: 可以通过试验找寻充填体的自身温度、孔隙水压力、渗水量以及应变量随上覆压力、环境温度以及充填体自身特性的变化规律，从而为制备出强度更高、渗水量更少的充填体提供科学依据。同时，还能够通过分析所记录下来的传感器数据来揭示充填体的热-流-力耦合作用规律，为多孔介质多场耦合的研究提供参考。 以上所述，仅为本技术较佳的【具体实施方式】，但本技术的保护范围并不局限于此，任何熟悉本
的技术人员在本技术披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本技术的保护范围之内。因此，本技术的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于研究充填体热‑流‑力耦合行为的试验装置，其特征在于，包括试验装置容器，所述试验装置容器的底部设有容器底板，顶部装有能上下移动的容器顶盖，内部装有填充体； 所述试验装置容器内设有温度传感器和孔隙水压力传感器，所述试验装置的容器侧壁装有应变传感器，所述温度传感器、孔隙水压力传感器和应变传感器通过导线与无纸记录仪相连接；所述容器底板上钻凿若干个小孔，并在所述容器底板上铺一层渗透膜，所述容器底板的下部设有漏斗，所述漏斗的下部设有带刻度渗水收集瓶； 所述容器顶盖的上部设有砝码组合。

【技术特征摘要】
1.一种用于研究充填体热-流-力耦合行为的试验装置，其特征在于，包括试验装置容器，所述试验装置容器的底部设有容器底板，顶部装有能上下移动的容器顶盖，内部装有填充体； 所述试验装置容器内设有温度传感器和孔隙水压力传感器，所述试验装置的容器侧壁装有应变传感器，所述温度传感器、孔隙水压力传感器和应变传感器通过导线与无纸记录仪相连接； 所述容器底板上钻凿若干个小孔，并在所述容器底板上铺一层渗透膜，所述容器底板的下部设有漏斗，所述漏斗的下部设有带刻度渗水收集瓶； 所述容器顶盖的上部设有砝码组合。2.根据权利要求1所述的用于研究充填体热-流-力耦合行为的试验装...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴迪，郭利杰，
申请(专利权)人：中国矿业大学北京，
类型：新型
国别省市：北京;11