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原文传递基于声发射技术的空心岩样径向渗流试验装置和试验方法

专利名称：	基于声发射技术的空心岩样径向渗流试验装置和试验方法
摘要：	本发明公开了一种基于声发射技术的空心岩样径向渗流试验装置和试验方法，该试验装置由轴向加载系统、声发射系统、水压供给系统和径向渗流系统四部分组成。轴向加载系统作用于径向渗流系统，水压供给系统为空心岩样提供外围水压和内围水压，声发射系统用于研究岩样破坏过程中的损伤和裂纹扩展规律。此装置具体应用时，能够开展不同胶结强度空心岩样的径向渗流试验，以及研究应力‑渗流耦合作用下的损伤机制和径向渗流规律。本发明还提供了一种基于声发射技术的空心岩样径向渗流试验方法，具体以轴向加载系统为动力源和水压供给系统为水压源进行声发射试验和径向渗流试验，具有多功能性和稳定性的优点。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	江苏;32
申请人：	中国矿业大学
发明人：	马丹;王佳军;张吉雄;马晓桐;黄艳利;周子龙
专利状态：	有效
申请日期：	2019-08-01T00:00:00+0800
发布日期：	2019-10-08T00:00:00+0800
申请号：	CN201910707081.1
公开号：	CN110308052A
代理机构：	南京瑞弘专利商标事务所(普通合伙)
代理人：	张联群
分类号：	G01N3/12(2006.01);G;G01;G01N;G01N3
申请人地址：	221116 江苏省徐州市大学路1号中国矿业大学南湖校区
主权项：	1.一种基于声发射技术的空心岩样径向渗流试验装置，包括轴向加载系统Ⅰ、径向渗流系统Ⅳ、水压供给系统Ⅲ以及声发射系统Ⅱ，其特征在于：所述轴向加载系统Ⅰ包括试验机和控制试验机的控制台，所述径向渗流系统Ⅳ设在轴向加载系统Ⅰ的试验机加载台上，所述的声发射系统Ⅱ和水压供给系统Ⅲ位于径向渗流系统Ⅳ的一侧，分别经信号线和管线与径向渗流系统Ⅳ相连；所述径向渗流系统Ⅳ包括设置在试验机内加载台上的底座（18）、设在底座（18）上的下端盖（16），下端盖（16）上设有缸筒(8)，缸筒(8)的顶部设有上端盖（6）以及密封滑动穿过上端盖（6）进入缸筒（8）内的活塞（1），所述的下端盖（16）与上端盖（6）外圆周之间设置有多个将缸筒(8)夹持固紧固的螺栓（7），所述缸筒（8）内设有自下而上依次密封装配的下压头（13）、空心岩样（10）和上压头（9），空心岩样（10）的内侧壁或外侧壁上设有探头（11），所述下压头（13）呈十字形凸台，十字形上凸台嵌装于空心岩样（10）的底端，十字形下凸台嵌装于下端盖（16）内，所述的上压头（9）呈槽形下凸台，槽形下凸台嵌装于空心岩样（10）的项端，进入缸筒（8）内的活塞（1）嵌装于上压头（9）槽形下凸台的凹形槽内；所述活塞（1）和上压头（9）内开有连通外界与空心岩样内腔的第一通道（3），第一通道(3)的出口处设置有第一截止阀(2)，所述上端盖(6)内开设有连通外界与缸筒内腔的第二通道(5)，第二通道(5)的出口处设置有第二截止阀(4)；所述下端盖(16)的一侧开有向缸筒内腔通入压力水的第五通道(19)，另一侧开有供空心岩样外侧壁探头的信号线引出的第三通道（14）；所述下压头(13)和下端盖(16)中部开设有向空心岩样(10)内腔通入压力水的第六通道(20)，中部一侧开有供空心岩样内侧壁探头的信号线引出的第四通道（15）。 2.根据权利要求1所述的基于声发射技术的空心岩样径向渗流试验装置，其特征在于：所述声发射系统Ⅱ包括由信号线依次与探头（11）连接的信号放大器、信号采集仪和计算机。 3.根据权利要求1所述的基于声发射技术的空心岩样径向渗流试验装置，其特征在于：所述水压供给系统Ⅲ包括油泵、水泵、分别与油泵和水泵相连的双作用液压缸，油泵通过供油管道与双作用液压缸的油腔室连通，水泵通过供水管道与双作用液压缸的水腔室连通，所述双作用液压缸的出水端连接有进水主管，进水主管通过两路进水支管分别与第五通道和第六通道连通，进水支管与进水主管的连接处设置有换向阀。 4.根据权利要求3所述的基于声发射技术的空心岩样径向渗流试验装置，其特征在于：所述油泵与双作用液压缸油腔室相连的供油管道上设有油压数据采集的油压计；与进水主管相连的两路进水支管上均设有分别对水流量以及水压的数据采集的水压计和流量计。 5.根据权利要求1所述的基于声发射技术的空心岩样径向渗流试验装置，其特征在于：所述缸筒（8）、活塞（1）、上压头（9）、空心岩样（10）和下压头（13）同轴设置。 6.实施权利要求1所述基于声发射技术的空心岩样径向渗流试验装置的试验方法，其特征在于，包括如下步骤：当进行由空心岩样内腔向缸筒内腔径向渗流的试验时： S1：将声发射系统Ⅱ的信号线与粘贴在空心岩样（10）上的探头相连，依次安装好空心岩样（10）和各个部件； S2：启动轴向加载系统Ⅰ的试验机，通过径向渗流系统Ⅳ的活塞（1）给空心岩样（10）施加试验预定应力后停机； S3：打开径向渗流系统Ⅳ的第一截止阀（2），开启水压供给系统Ⅲ，通过换向阀切换，使水流经过第六通道（20）进入空心岩样（10）的内腔，当径向渗流系统Ⅳ的第一通道（3）有水流溢出时，关闭第一截止阀（2），调整水压到试验预设压力值； S4：通过轴向加载系统Ⅰ对活塞（1）进行加载，使得活塞（1）下移，进而通过上压头（9）对空心岩样（10）加载；同时，通过水压供给系统Ⅲ向空心岩样（10）的内腔施加水压，开展不同水压条件下的声发射和渗流试验，并实时记录水压、水流量、轴向加载系统以及声发射系统输出的数据，根据试验数据分析空心岩样（10）的损伤机制、裂纹扩展规律以及渗流特性的演化规律；当进行由缸筒内腔向空心岩样内腔径向渗流的试验时： S1：将探头粘贴在空心岩样内侧壁，并依次安装好空心岩样和各个部件； S2：启动试验机，通过活塞（1）给空心岩样（10）施加试验预定应力后停机； S3：打开第二截止阀(4)，开启水压供给系统，通过换向阀切换，使水流经过第五通道（19）进入缸筒内腔，当第二通道（5）有水流溢出时关闭第二截止阀（4），接着调整水压到试验预设压力值； S4：通过轴向加载系统对活塞（1）进行加载，使得活塞（1）下移，进而通过上压头(9)对空心岩样(10)加载；同时，通过水压供给系统对缸筒（8）的外腔施加稳定水压，开展不同水压条件下的声发射和渗流试验，并实时记录水压、水流量、轴向加载系统以及声发射系统输出的数据，根据试验数据分析空心岩样的损伤机制、裂纹扩展规律以及渗流特性的演化规律。 7.根据权利要求6所述的基于声发射技术的空心岩样径向渗流试验方法，其特征在于：所述给空心岩样（10）施加试验预定应力为450-550N。 8.根据权利要求6所述的基于声发射技术的空心岩样径向渗流试验方法，其特征在于：所述当径向渗流系统Ⅳ的第一通道（3）有水流溢出时，关闭第一截止阀（2），调整水压到试验预定压力值为0-15Mpa。
所属类别：	发明专利