实现三轴应力条件下岩盐溶解试验的装置

1.一种实现三轴应力条件下岩盐溶解试验的装置，其特征在于：包括施压杆（1）、可密封的压力室（2）和渗流压头；所述施压杆（1）竖直穿过压力室（2）的顶部并与其径向固定轴向可滑动配合，所述施压杆（1）通过密封圈与压力室（2）的顶部密封配合；所述压力室（2）上设有注油孔、出油孔和排气孔，压力室（2）的底部为可拆卸的底盖（4）；所述渗流压头为上下两个，上渗流压头（31）设置在施压杆（1）的底端，下渗流压头（32）设置在底盖（4）的中部并与上渗流压头（31）竖直对应，待试验的岩盐试件设置在上渗流压头（31）与下渗流压头（32）之间；所述施压杆（1）和上渗流压头（31）沿轴向设置注水孔（5），所述下渗流压头（32）沿轴向设置出水孔（6）。
2.根据权利要求1所述的实现三轴应力条件下岩盐溶解试验的装置，其特征在于：还包括压座（7），所述压座（7）可拆卸的安装在底盖（4）的中部并伸进压力室（2）内，所述下渗流压头（32）可拆卸的安装在压座（7）的顶部，压座（7）上竖直设置与出水孔（6）连通的通孔（61）。
3.根据权利要求1所述的实现三轴应力条件下岩盐溶解试验的装置，其特征在于：还包括升降机构，所述升降机构包括电机（8）、电机驱动的螺母块（9）、丝杆（10）、轴承座（12）和对轴承座（12）竖直导向的导向杆（11）；所述丝杆（10）竖直固定设置，所述螺母块（9）旋套在丝杆（10）上，轴承座（12）通过轴承套在螺母块（9）上并与其轴向固定径向可转动配合；所述导向杆（11）与丝杆（10）平行；所述轴承座（12）与底盖（8）的底部固定连接。
4.根据权利要求2所述的实现三轴应力条件下岩盐溶解试验的装置，其特征在于：所述上渗流压头（31）的中部由中心径向向外至少设置两个径向通孔Ⅰ（311），底部设置与径向通孔Ⅰ（311）数量相等且与待试验的岩盐试件的进水口连通的岩盐连接孔（312），所述注水孔（5）、径向通孔Ⅰ（311）和岩盐连接孔Ⅰ（312）依次连通；所述下渗流压头（32）轴向至少设置两个与待测的验岩盐试件的出水口连通的轴向通孔（322），所述压座（7）的上部由中心径向向外设置与轴向通孔（322）数量相等的径向通孔Ⅱ（321），所述轴向通孔（322）、径向通孔Ⅱ（321）和通孔（61）依次连通。
5.根据权利要求2至5中任一项权利要求所述的实现三轴应力条件下岩盐溶解试验的装置，其特征在于：所述上渗流压头（31）通过螺纹连接在施压杆（1）的底端，上渗流压头（31）的上表面通过密封圈与施压杆（1）的底端面密封配合；所述下渗流压头（32）通过螺纹连接在压座（7）的顶部，下渗流压头（32）的下表面通过密封圈与压座（7）的上表面密封配合。
6.根据权利要求5所述的实现三轴应力条件下岩盐溶解试验的装置，其特征在于：所述施压杆（1）的上部横向设置溶解水进水口（13），所述溶解水进水口（13）与注水孔（5）连通。

实现三轴应力条件下岩盐溶解试验的装置\n技术领域\n[0001] 本发明涉及一种岩盐溶解特性试验装置，尤其涉及一种实现三轴应力条件下岩盐溶解试验的装置。\n背景技术\n[0002] 在进行岩盐溶解特性试验时，常将所取岩盐块样分别加工成方块和圆柱形试样(圆柱试样用作溶解速率的倾角效应实验)，然后将制作的岩盐试样放置在试验装置内，进行溶解试验。\n[0003] 现有技术中的试验装置主要对方块试样的五个表面进行密封处理，让溶解水从方块试样的一个面上流过，溶解仅在一个面上发生。如，汤艳春通过单轴压缩装置进行岩盐在应力-溶解耦合效应下的细观力学试验来研究岩盐的细观力学性质、岩盐溶解阶段力学性质的变化以及在不同破坏状态下岩盐溶蚀速率的变化规律，为进一步研究岩盐的应力-溶解耦合机理提供基本的理论和试验基础。又如，在中国科学院武汉岩土力学研究所自行研制的应力-水流-化学耦合的岩石破裂全过程细观力学实验系统上进行的试验。采用位移加载方式对岩盐试样进行单轴压缩试验；当加载到某一应变值时，暂停加载，保持位移不变。通过一系列的加载、溶解试验，就可以得出单轴压缩条件下岩盐的细观力学性质、岩盐溶解阶段力学性质的变化以及在不同破坏状态下岩盐溶解质量变化规律。\n[0004] 上述的岩盐溶解特性试验装置只能实现对岩盐试件进行单方向施压，因此均存在如下不足：一、岩盐只受单轴应力，无法真实模拟地质所受各个方向的应力；二、溶解水的水压不利于实现高压可调，同样也无法真实模拟岩盐在不断变化的水压和水流时岩盐溶解的速度；三、岩盐受单轴力，溶解水水压不便于调节，岩盐溶解特性试验的结果不能更真实的反应实际情况，所检测的试验数据不能更准确地推广应用到实际工程中。\n发明内容\n[0005] 针对现有技术中的不足之处，本发明提供了一种可实现岩盐三轴受力，水压、浓度、温度和速度可调，且调节方便，同时测试精度更高的实现三轴应力条件下岩盐溶解试验的装置，采用该装置更能真实的反应地质所处的环境，检测的试验数据更真实。\n[0006] 本发明提供的实现三轴应力条件下岩盐溶解试验的装置，包括施压杆、可密封的压力室和渗流压头；所述施压杆竖直穿过压力室的顶部并与其径向固定轴向可滑动配合，所述施压杆通过密封圈与压力室的顶部密封配合；所述压力室上设有注油孔、出油孔和排气孔，压力室的底部为可拆卸的底盖；所述渗流压头为上下两个，上渗流压头设置在施压杆的底端，下渗流压头设置在底盖的中部并与上渗流压头竖直对应，待试验的岩盐试件设置在上渗流压头与下渗流压头之间；所述施压杆和上渗流压头沿轴向设置注水孔，所述下渗流压头沿轴向设置出水孔。\n[0007] 进一步，还包括压座，所述压座可拆卸的安装在底盖的中部并伸进压力室内，所述下渗流压头可拆卸的安装在压座的顶部，压座上竖直设置与出水孔连通的通孔；\n[0008] 进一步，还包括升降机构，所述升降机构包括电机、电机驱动的螺母块、丝杆、轴承座和对轴承座竖直导向的导向杆；所述丝杆竖直固定设置，所述螺母块旋套在丝杆上，轴承座通过轴承套在螺母块上并与其轴向固定径向可转动配合；所述导向杆与丝杆平行；所述轴承座与底盖的底部固定连接；\n[0009] 进一步，所述上渗流压头上的注水孔沿轴线设置，所述下渗流压头上的出水孔沿轴线设置；\n[0010] 进一步，所述上渗流压头的中部由中心径向向外至少设置两个径向通孔I，底部设置与径向通孔I数量相等且与待试验的岩盐试件的进水口连通的岩盐连接孔，所述注水孔、径向通孔I和岩盐连接孔I依次连通；所述下渗流压头轴向至少设置两个与待测的验岩盐试件的出水口连通的轴向通孔，所述压座的上部由中心径向向外设置与轴向通孔数量相等的径向通孔II，所述轴向通孔、径向通孔II和通孔依次连通；\n[0011] 进一步，所述上渗流压头通过螺纹连接在施压杆的底端，上渗流压头的上表面通过密封圈与施压杆的底端面密封配合；所述下渗流压头通过螺纹连接在压座的顶部，下渗流压头的下表面通过密封圈与压座的上表面密封配合；\n[0012] 进一步，所述施压杆的上部横向设置溶解水进水口，所述溶解水进水口与注水孔连通。\n[0013] 与现有技术相比，本发明具有如下优点：\n[0014] 1、本发明利用可密封的压力室和施压杆相结合，在施压杆的底端设置上渗流压头，在压力室的底盖上设置下渗流压头，将待试验的岩盐试件放置于上渗流压头与下渗流压头之间，向压力室内注入压力油，使岩盐试件的周围处于受压状态，通过施压杆向岩盐试件施加轴向压力，岩盐试样完全处于三轴应力条件下，达到真实模拟地质所处的受力环境；\n而且可通过调节压力油和施压杆的压力大小，从而调节岩盐试样的三轴应力，同时也能真实模拟岩盐处于不断变化应力状态下的环境。\n[0015] 2、将溶解水从注水孔通过，以模拟岩盐在溶解水下的溶解特性；同时岩盐试件的围压和轴压可调，溶解水的压力、浓度、温度和速度均可调节，更能真实模拟岩盐处于不断变化的状态下，岩盐的溶解速度，以获得更真实的实验数据，用来指导工程实际。\n[0016] 3、底盖拆卸式安装在压力室的底部，底盖同时安装在升降机构上，拆卸下底盖后，升降机构可驱动底盖以及与底盖连接的压座、下渗流压头和下渗流压头上的岩盐试样一起下降，施压杆也随着一起下降；安装时，将待检测的岩盐试样放置在上渗流压头与下渗流压头之间，通过升降机构便可将岩盐试样上升到压力室内，因此，安装或拆卸极为方便。\n[0017] 4、施压杆和驱动施压杆轴向施压的动力源之间无需固定连接，施压杆易更换，且更换方便；同时，上渗流压头、下渗流压头和压座均为可拆卸式连接，损坏和腐蚀后更换方便。\n[0018] 5、升降机构中采用导向杆导向，使底盖上升时可准确与压力室底部的连接孔对应，安装简便、快捷，缩短了安装时间。\n附图说明\n[0019] 图1为本发明装置的结构示意图；\n[0020] 图2为本发明装置中压力室的结构示意图；\n[0021] 图3为升降机构的结构示意图；\n[0022] 图4为上渗流压头和下渗流压头作为岩盐试件渗流试验的结构示意图。\n[0023] 附图中，1-施压杆 2-压力室 31-上渗流压头 32-下渗流压头311-径向通孔I 312-岩盐连接孔 321-径向通孔II 322-轴向通孔4-底盖 5-注水孔 6-出水孔 \n61-通孔 7-压座 8-电机9-螺母块 10-丝杆 11-导向杆 12-轴承座 13-溶解水进水口 14-伺服作动器 15-底座 16-立柱 17-轴力传感器 18-减速器 19-支撑架 20-链条 21-导向盖 22-导向套\n具体实施方式\n[0024] 下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细地描述。\n[0025] 图1为本发明装置的结构示意图，图2为本发明装置中压力室的结构示意图，如图所示。实现三轴应力条件下岩盐溶解试验的装置包括底座15、施压杆1、驱动施压杆1施压的伺服作动器14、可密封的压力室2、渗流压头、压座7和升降机构。施压室2的底部周边通过螺栓连接安装在底座15的顶部，施压室2的顶部周边均布设置向上的四根立柱16，伺服作动器14固定安装的四根立柱的顶部。\n[0026] 施压杆1竖直穿过压力室2的顶部并与压力室2的顶部径向固定轴向可滑动配合，施压杆1通过密封圈与压力室2的顶部密封配合，伺服作动器14的动力输出轴的底部固定安装轴力传感器17，施压杆1的顶部位于轴力传感器17的下方。压力室2上设有注油孔、出油孔和排气孔，压力室2的底部为可拆卸的底盖4，底盖4位于底座15内。渗流压头为上下两个，上渗流压头31通过螺纹安装在施压杆1的底端，上渗流压头31的上表面通过密封圈与施压杆1的底端面密封配合；压座7通过螺纹安装在底盖4的中部并通过密封圈与底盖4密封配合，压座7顶部伸进压力室2内，下渗流压头32通过螺纹安装在压座7的顶部，下渗流压头32的下表面通过密封圈与压座7的上表面密封配合，上渗流压头31与下渗流压头32竖直对应，待试验的岩盐试件安装在上渗流压头31与下渗流压头32之间。施压杆1和上渗流压头31沿轴向设置注水孔5，下渗流压头32沿轴向设置出水孔6，压座7上竖直设置与出水孔6连通的通孔61。\n[0027] 图3为升降机构的结构示意图，如图所示，升降机构包括电机8、电机8驱动的减速器18、螺母块9、丝杆10、导向杆11和轴承座12。丝杆10竖直固定安装在底座15的底部，丝杆10的顶部位于底盖4的正下方，螺母块9旋套在丝杆10的顶部，轴承座12通过轴承套在螺母块9的上部并与螺母块9轴向固定径向可转动配合，轴承座12通过支撑架19与底盖8的底部固定连接。导向杆11竖直安装在底座15的底部，支撑架19上固定设置竖直的导向套22，所述导向杆11穿过导向套22并与导向套22间隙配合。减速器18的动力输出轴通过链轮和链条20与螺母块9的底部连接。\n[0028] 上渗流压头31和下渗流压头32根据实验目的的不同，可设置不同结构的通水孔。\n本实施例中，上渗流压头31上的注水孔5沿轴线设置，下渗流压头32上的出水孔6沿轴线设置，主要作为岩盐试样溶解试验。\n[0029] 当然，上渗流压头31和下渗流压头32上的通水孔也可采用其它结构形式。如图4所示，上渗流压头31的中部由中心径向向外至少设置两个径向通孔I 311(本实施例中设置四个径向通孔I)，底部设置与径向通孔I 311数量相等且与待试验的岩盐试件的进水口连通的岩盐连接孔312(本实施例中也设置四个)，所述注水孔5、径向通孔I 311和岩盐连接孔312依次连通。所述下渗流压头32轴向至少设置两个与待试验的岩盐试件的出水口连通的轴向通孔322(本实施例中设置四个轴向通孔)，所述压座7的上部由中心径向向外设置与轴向通孔322数量相等的径向通孔II 321(本实施例中也设置四个)，所述轴向通孔\n322、径向通孔II 321和通孔61依次连通。这种结构的上渗流压头31和下渗流压头32主要作为岩盐试样的渗流试验。\n[0030] 施压杆1的上部横向设置溶解水进水口13，溶解水进水口13与注水孔5连通，也便于向注水孔5中注入溶解水。本实施例中，在压力室2上安装有导向盖21，施压杆1穿过导向盖21的导向孔并通过密封圈与导向盖21密封配合，导向盖21主要对施压杆1起导向的作用。\n[0031] 使用该试验装置时，将底盖4上的连接螺栓拆卸，启动电机8，电机8带动减速器\n18转动，减速器18通过链轮和链条20将动力传递给螺母块9，螺母块9沿丝杆10转动，下降的螺母块9带动轴承座12和支撑架19一起向下移动，底盖4、压座7、下渗流压头32和上渗流压头31随之下降，下降到位后，试验人员将待试验的岩盐试件放置在下渗流压头32和上渗流压头31之间，并进行岩盐试件封装，安装完毕后，再次启动电机8，电机8反转，螺母块9沿丝杆10向上转动，轴承座12和支撑架19上升，底盖4、压座7、下渗流压头32、上渗流压头31和岩盐试件一起随之上升，因导向杆11的导向作用，底盖4可准确与压力室2底部的连接孔对应，将拆卸下的螺栓安装上。开始试验时，通过压力室2上的注油孔向压力室\n2内注油，压力室2内的气体从排气孔排出，气体排出后，关闭排气阀，启动伺服作动器14，使岩盐试件处于三轴应力作用下，通过与溶解水进水口连接的高压水管向岩盐试件的孔内通水，此时便可进行各种试验参数对岩盐试件溶解速度的影响测试，如调节三轴受力以及溶解水的压力、浓度、温度和速度以检测对岩盐试件溶解速度的影响。\n[0032] 最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。