本发明专利技术公开了一种研究动/静水压对岩石力学性质的影响的实验装置，包括静水压系统、动水压系统、控制系统和试验仓。通过将试验仓，第一水仓，第二水仓装满水，使用真空泵将机架桶与加压外桶之间空气抽出产生气压差，在大气压的作用下加压外桶带动活塞向下移动，从而使活塞对试验仓内放置的岩石试样产生较大的水压力，并且通过第一水泵和第二水泵间歇式工作，使得水仓内的第一活塞与第二活塞循环左右移动，从而在试验仓内对岩石试样产生了动水压。本发明专利技术通过大气压转化为水压的方式，水压大，且持续时间长，维持较大压力的成本仅为真空泵做功，成本较低，同时也能制造动水压。
【技术实现步骤摘要】
一种研究动/静水压对岩石力学性质的影响的实验装置
本专利技术涉及岩土工程
，具体来说，涉及一种研究动/静水压对岩石力学性质的影响的实验装置。
技术介绍
岩石力学性质是指岩石在应力作用下表现的弹性、塑性、弹塑性、流变性、脆性、韧性等力学性质。不同性质岩石的应力应变关系、变形条件或破裂条件等都不同。由于各种岩石的组分和结构各异，形成的年代不同，其中还有许多裂隙，致使其力学性质相差很大，小块岩石与大块岩石，以及岩块和地块的各点之间，差别也很大，此种性质还受时间、温度、湿度、围压、加力的方式和快慢、变形的历史，以及岩石所处的周围介质等因素的影响。矿山开采及隧道开挖等许多岩土工程中，存在大量深部岩石力学工程。开挖等人为因素或自然因素，改变了深部岩体的应力平衡状态，使深部岩体弹性应变能得到释放，岩体中原有微裂隙扩展，并使相邻裂纹贯通，影响深部岩体稳定性，使矿山开采及隧道开挖等岩土工程存在安全隐患。同时深部岩体开挖中有大量地下水存在，当深部岩体微裂纹扩展贯通后，原本裂纹中存在的高静水压，将随裂纹扩展转化为极大的动水压力，同时动水压又将导致岩体裂纹的进一步扩展及相邻裂纹间的贯通，最终导致岩体的破坏和失稳。因此，动\静水压作用于裂隙岩体，是深部岩体开挖工程面临的现实问题。如何对岩石加水压研究岩石力学性质，一直以来都是业内的难题，给岩石加水压试验所需水压力较大且需要维持很长时间，专利利用高频循环水压进行岩石动三轴试验的系统【CN201610696029.7】公开了一种方案，使用转轴传动作为动力加压的方式对岩石增加水压，这种方式受到自身设备的性能限制，很难达到对岩石产生较大水压力，并且，想要长时间维持长时间的较大水压力的话，一方面，需要增加设备的性能，另一方面，需要使用电动设备或是传动设备长时间工作，都会造成实验成本增加。并且，现有技术中没有可以对岩石施加可控速动水压的实验装置。
技术实现思路
针对现有技术存在的上述问题，本专利技术要解决的技术问题是：1)现有加压方式很难对岩石产生较大水压力，且想要维持较大水压力的情况下成本较高；2)缺少对岩石施加可控速动水压的实验装置。为解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案：一种研究动/静水压对岩石力学性质的影响的实验装置，包括静水压组件、动水压组件、试验仓和检测组件。所述静水压组件包括机架桶，加压外桶和真空泵。所述机架桶桶壁为内侧桶壁和外侧桶壁组成的双层结构，其中机架桶内侧桶壁和外侧桶壁之间具有间隙，且机架桶外侧桶壁下端设置有排气孔。所述加压外桶位于机架桶上方，加压外桶的桶口朝下，加压外桶桶壁位于机架桶内侧桶壁和外侧桶壁之间的间隙内，且加压外桶桶壁与所述间隙滑动配合。所述加压外桶内部设置有活塞和活塞杆，所述活塞杆竖直位于加压外桶内部中心，活塞杆分为上下两段，活塞杆上段直径小于活塞杆下段直径，且活塞杆上段具有螺纹结构，活塞杆上段穿过加压外桶顶部，且活塞杆上段与加压外桶顶部滑动配合，活塞杆上段配合连接有一螺母，所述螺母位于加压外桶外，活塞杆下段与活塞同轴心固定连接。所述试验仓位于机架桶内侧桶壁内部，且试验仓与机架桶底部固定连接；所述试验仓上端还设置有加压内桶，所述加压内桶竖直位于试验仓上方，且加压内桶与试验仓固定连接，加压内桶空间与试验仓的空间连通。所述活塞与加压内桶内侧壁滑动配合，且所述活塞沿加压内桶内侧壁上下移动。所述真空泵位于机架桶外侧，且真空泵与机架桶内侧桶壁内空间通过第一导气管连接。所述第一导气管上设有加压阀门，加压阀门位于机架桶外靠近真空泵的位置。所述动水压系统包括第一水仓，第二水仓，第一水泵，第二水泵，第一水管，第二水管和连接杆。所述第一水仓和第二水仓均位于机架桶内侧桶壁内，第一水仓和第二水仓分别固定连接在试验仓的左侧和右侧，且第一水仓，第二水仓和试验仓的空间均连通。所述第一水泵和第二水泵分别位于机架桶的左侧和右侧。所述第一水仓左端的输出端与第一水泵输入端连接，第一水泵输出端与第一水管一端连接，所述第一水管另一端与第二水仓的右端的输入端连接。所述第二水仓右端的输出端与第二水泵输入端连接，第二水泵输出端与第二水管一端连接，所述第二水管另一端与第一水仓的左端的输入端连接。所述第一水仓和第二水仓内分别竖直设置有第一活塞和第二活塞，且第一活塞可沿第一水仓长度方向左右滑动，第二活塞可沿第二水仓长度方向左右滑动。所述连接杆左端与第一活塞中心固定连接，且连接杆右端穿过试验仓与第二活塞中心固定连接。所述检测组件包括压力传感器和控制系统。所述压力传感器固定设置在所述活塞下方，且压力传感器与控制系统电连接。所述控制系统分别与真空泵，第一水泵和第二水泵电连接。本专利技术通过将试验仓，第一水仓，第二水仓装满水，使用真空泵将机架桶与加压外桶之间空气抽出产生气压差，在大气压的作用下加压外桶带动活塞向下移动，从而使活塞对试验仓内放置的岩石试样产生较大的水压力，并且通过第一水泵和第二水泵间歇式工作，使得水仓内的第一活塞与第二活塞循环左右移动，从而在试验仓内对岩石试样产生了动水压。本专利技术通过大气压转化为水压的方式，水压大，且持续时间长，维持较大压力的成本仅为真空泵做功，成本较低，同时也能制造动水压。作为优选，所述检测组件还包括第一电控传感器和第二电控传感器。所述第一电控传感器固定设置在第一水仓与试验仓的连接处，且第一电控传感器与控制系统电连接；所述第二电控传感器固定设置在第二水仓与试验仓的连接处，且第二电控传感器与控制系统电连接；所述第一电控传感器和第二电控传感器分别用于将第一活塞和第二活塞的接触信号传输至控制系统。在本专利技术的装置对岩石试样产生动水压的过程中，第一水泵从第二水仓向第一水仓抽水，使第一活塞与第二活塞向右移动，当第一活塞触碰到第一电控传感器，控制系统控制第一水泵停机，控制第二水泵从第一水仓向第二水仓抽水，使第一活塞与第二活塞向左移动，同理，当第二活塞触碰第二电控传感器时，控制系统控制第一活塞和第二活塞向右移动，循环往复，就可以实现设备自动控制试验仓内不停的产生动水压。作为优选，所述活塞上具有贯通活塞上下表面的排气口，所述排气口上具有将其密封的密封盖。在活塞上设置排气口，在准备实验时，可以使活塞下表面与加压外桶的水面贴合，不会产生气腔，影响压力传感器接收到的岩石试样收到水压力的准确性。排出加压外桶中的气体后密封盖将排气口密封，保证实验能够正常进行。作为优选，还包括密封胶圈，所述密封胶圈固定设置在加压外桶下方，且密封胶圈与机架桶内侧桶壁和外侧桶壁之间的间隙密封连接。密封胶圈使得真空泵将加压外桶与机架桶之间的空气抽离过程中，空气不会由排气孔进入加压外桶，影响实验进行。作为优选，还包括密封环，所述密封环位于螺母与加压外桶之间，拧紧螺母后，密封环将活塞杆与加压外桶之间的缝隙密封。在装配活塞杆时，不可避免活塞杆与加压外桶之间会产生缝隙，螺母拧紧后密封环可以将加压外桶与活塞杆之间的缝隙堵住，使机架桶内空间保持密封状态，使本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种研究动/静水压对岩石力学性质的影响的实验装置，其特征在于：包括静水压组件、动水压组件、试验仓(8)和检测组件；/n所述静水压组件包括机架桶(1)，加压外桶(2)和真空泵(3)；/n所述机架桶(1)桶壁为内侧桶壁和外侧桶壁组成的双层结构，其中机架桶(1)内侧桶壁和外侧桶壁之间具有间隙，且机架桶(1)外侧桶壁下端设置有排气孔(4)；/n所述加压外桶(2)位于机架桶(1)上方，加压外桶(2)的桶口朝下，加压外桶(2)桶壁位于机架桶(1)内侧桶壁和外侧桶壁之间的间隙内，且加压外桶(2)桶壁与所述间隙滑动配合；/n所述加压外桶(2)内部设置有活塞(5)和活塞杆(6)，所述活塞杆(6)竖直位于加压外桶(2)内部中心，活塞杆(6)分为上下两段，活塞杆(6)上段直径小于活塞杆(6)下段直径，且活塞杆(6)上段具有螺纹结构，活塞杆(6)上段穿过加压外桶(2)顶部，且活塞杆(6)上段与加压外桶(2)顶部滑动配合，活塞杆(6)上段配合连接有一螺母(7)，所述螺母(7)位于加压外桶(2)外，活塞杆(6)下段与活塞(5)同轴心固定连接；/n所述试验仓(8)位于机架桶(1)内侧桶壁内部，且试验仓(8)与机架桶(1)底部固定连接；/n所述试验仓(8)上端还设置有加压内桶(9)，所述加压内桶(9)竖直位于试验仓(8)上方，且加压内桶(9)与试验仓(8)固定连接，加压内桶(9)空间与试验仓(8)的空间连通；/n所述活塞(5)与加压内桶(9)内侧壁滑动配合，且所述活塞(5)沿加压内桶(9)内侧壁上下移动；/n所述真空泵(3)位于机架桶(1)外侧，且真空泵(3)与机架桶(1)内侧桶壁内空间通过第一导气管(10)连接；/n所述第一导气管(10)上设有加压阀门(11)，加压阀门(11)位于机架桶(1)外靠近真空泵(3)的位置；/n所述动水压系统包括第一水仓(12)，第二水仓(13)，第一水泵(14)，第二水泵(15)，第一水管(16)，第二水管(17)和连接杆(20)；/n所述第一水仓(12)和第二水仓(13)均位于机架桶(1)内侧桶壁内，第一水仓(12)和第二水仓(13)分别固定连接在试验仓(8)的左侧和右侧，且第一水仓(12)，第二水仓(13)和试验仓(8)的空间均连通；/n所述第一水泵(14)和第二水泵(15)分别位于机架桶(1)外侧的左侧和右侧；/n所述第一水仓(12)左端的输出端与第一水泵(14)输入端连接，第一水泵(14)输出端与第一水管(16)一端连接，所述第一水管(16)另一端与第二水仓(13)的右端的输入端连接；/n所述第二水仓(13)右端的输出端与第二水泵(15)输入端连接，第二水泵(15)输出端与第二水管(17)一端连接，所述第二水管(17)另一端与第一水仓(12)的左端的输入端连接；/n所述第一水仓(12)和第二水仓(13)内分别竖直设置有第一活塞(18)和第二活塞(19)，且第一活塞(18)可沿第一水仓(12)长度方向左右滑动，第二活塞(19)可沿第二水仓(13)长度方向左右滑动；/n所述连接杆(20)左端与第一活塞(18)中心固定连接，且连接杆(20)右端穿过试验仓(8)与第二活塞(19)中心固定连接；/n所述检测组件包括压力传感器(21)和控制系统(22)；/n所述压力传感器(21)固定设置在所述活塞(5)下方，且压力传感器(21)与控制系统(22)电连接；/n所述控制系统(22)分别与真空泵(3)，第一水泵(14)和第二水泵(15)电连接。/n...
【技术特征摘要】
1.一种研究动/静水压对岩石力学性质的影响的实验装置，其特征在于：包括静水压组件、动水压组件、试验仓(8)和检测组件；
所述静水压组件包括机架桶(1)，加压外桶(2)和真空泵(3)；
所述机架桶(1)桶壁为内侧桶壁和外侧桶壁组成的双层结构，其中机架桶(1)内侧桶壁和外侧桶壁之间具有间隙，且机架桶(1)外侧桶壁下端设置有排气孔(4)；
所述加压外桶(2)位于机架桶(1)上方，加压外桶(2)的桶口朝下，加压外桶(2)桶壁位于机架桶(1)内侧桶壁和外侧桶壁之间的间隙内，且加压外桶(2)桶壁与所述间隙滑动配合；
所述加压外桶(2)内部设置有活塞(5)和活塞杆(6)，所述活塞杆(6)竖直位于加压外桶(2)内部中心，活塞杆(6)分为上下两段，活塞杆(6)上段直径小于活塞杆(6)下段直径，且活塞杆(6)上段具有螺纹结构，活塞杆(6)上段穿过加压外桶(2)顶部，且活塞杆(6)上段与加压外桶(2)顶部滑动配合，活塞杆(6)上段配合连接有一螺母(7)，所述螺母(7)位于加压外桶(2)外，活塞杆(6)下段与活塞(5)同轴心固定连接；
所述试验仓(8)位于机架桶(1)内侧桶壁内部，且试验仓(8)与机架桶(1)底部固定连接；
所述试验仓(8)上端还设置有加压内桶(9)，所述加压内桶(9)竖直位于试验仓(8)上方，且加压内桶(9)与试验仓(8)固定连接，加压内桶(9)空间与试验仓(8)的空间连通；
所述活塞(5)与加压内桶(9)内侧壁滑动配合，且所述活塞(5)沿加压内桶(9)内侧壁上下移动；
所述真空泵(3)位于机架桶(1)外侧，且真空泵(3)与机架桶(1)内侧桶壁内空间通过第一导气管(10)连接；
所述第一导气管(10)上设有加压阀门(11)，加压阀门(11)位于机架桶(1)外靠近真空泵(3)的位置；
所述动水压系统包括第一水仓(12)，第二水仓(13)，第一水泵(14)，第二水泵(15)，第一水管(16)，第二水管(17)和连接杆(20)；
所述第一水仓(12)和第二水仓(13)均位于机架桶(1)内侧桶壁内，第一水仓(12)和第二水仓(13)分别固定连接在试验仓(8)的左侧和右侧，且第一水仓(12)，第二水仓(13)和试验仓(8)的空间均连通；
所述第一水泵(14)和第二水泵(15)分别位于机架桶(1)外侧的左侧和右侧；
所述第一水仓(12)左端的输出端与第一水泵(14)输入端连接，第一水泵(14)输出端与第一水管(16)一端连接，所述第一水管(16)另一端与第二水仓(13)的右端的输入端连接；
所述第二水仓(13)右端的输出端与第二水泵(15)输入端连接，第二水泵(15)输出端与第二水管(17)一端连接，所述第二水管(17)另一端与第一水仓(12)的左端的输入端连接；
所述第一水仓(12)和第二水仓(13)内分别竖直设置有第一活塞(18)和第二活塞(19)，且第一活塞(18)可沿第一水仓(12)长度方向左右滑动，第二活塞(...
【专利技术属性】
技术研发人员：郭建强，杨前冬，陈建行，蒋建国，卢雪峰，
申请(专利权)人：贵州大学，
类型：发明
国别省市：贵州;52
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