本發(fā)明涉及深部巖體工程技術(shù)測(cè)試領(lǐng)域，更具體地說它是一種可測(cè)試巖石導(dǎo)熱系數(shù)的真三軸試驗(yàn)裝置。

背景技術(shù)：

導(dǎo)熱系數(shù)是巖石的重要熱力學(xué)參數(shù)；在地下核廢料處置、地?zé)帷⑻烊粴?、頁巖氣儲(chǔ)存等工程中，經(jīng)常需要對(duì)巖石的導(dǎo)熱系數(shù)進(jìn)行測(cè)試，人們?nèi)找嬲J(rèn)識(shí)到巖石的導(dǎo)熱系數(shù)對(duì)巖體工程多場(chǎng)耦合問題研究的重要性；實(shí)際工程中巖石處于復(fù)雜的地質(zhì)環(huán)境，受到各種外來荷載作用，其應(yīng)力狀態(tài)及內(nèi)部損傷對(duì)巖石的導(dǎo)熱性有著重要的影響。

目前，對(duì)巖石導(dǎo)熱系數(shù)的研究處在一般水平(巖石力學(xué)試驗(yàn)與導(dǎo)熱系數(shù)的測(cè)試分開進(jìn)行、巖石導(dǎo)熱系數(shù)的常規(guī)三軸試驗(yàn)裝置)，并不能準(zhǔn)確反應(yīng)巖石在真實(shí)受荷狀態(tài)下的導(dǎo)熱系數(shù)；隨著我國地下工程技術(shù)的高速發(fā)展，對(duì)巖體工程的規(guī)范要求也越來越嚴(yán)格；因此，現(xiàn)急需一套結(jié)構(gòu)合理，操作容易，精準(zhǔn)度高的測(cè)試巖石導(dǎo)熱系數(shù)的真三軸試驗(yàn)裝置。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種可測(cè)試巖石導(dǎo)熱系數(shù)的真三軸試驗(yàn)裝置,結(jié)構(gòu)合理，操作容易，精準(zhǔn)度高，能準(zhǔn)確地反映巖石在實(shí)際工程中的真實(shí)受力情況。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為：一種可測(cè)試巖石導(dǎo)熱系數(shù)的真三軸試驗(yàn)裝置，包括σ1方向加載系統(tǒng)、σ2方向加載系統(tǒng)、σ3方向加載系統(tǒng)；所述σ1方向加載系統(tǒng)包括垂直加載活塞、上壓頭；所述σ2方向加載系統(tǒng)包括泵動(dòng)加載部分、手動(dòng)加載部分；所述σ3方向加載系統(tǒng)包括輸油管道；所述垂直加載活塞設(shè)置于所述上壓頭正上方，在巖石試樣上端設(shè)置有所述上壓頭、下端設(shè)置有底座、左右兩端分別設(shè)置有所述水平壓頭；

所述泵動(dòng)加載部分右連接于左軸桿左端，所述左軸桿穿過圍壓室側(cè)壁、且位于所述水平壓頭側(cè)方；所述手動(dòng)加載部分左連接于右軸桿右端，所述右軸桿穿過圍壓室側(cè)壁、且位于所述水平壓頭側(cè)方；

所述垂直加載活塞位于上座內(nèi)，所述垂直加載活塞上部橫向兩端與所述上座內(nèi)壁滑動(dòng)連接、且下部軸向向下伸出上座底端出口；在圍壓室上、下兩端分別通過螺桿連接所述上座、所述底座，所述底座設(shè)置有端口；

所述巖石試樣外部包裹有橡膠套，所述橡膠套下端、上端分別套裝在第一臺(tái)階頂部、所述上壓頭下方；所述橡膠套上下兩端分別設(shè)置有箍緊環(huán)；

所述輸油管道設(shè)置于測(cè)試空間下部、且從第二臺(tái)階頂部向下延伸并經(jīng)90°折彎至所述第二臺(tái)階外側(cè)壁，所述輸油管道與液壓伺服泵連接。

在上述技術(shù)方案中，所述水平壓頭側(cè)面與所述巖石試樣的側(cè)面尺寸相同。以便使巖石試樣側(cè)面受力均勻。

在上述技術(shù)方案中，巖石試樣為正方形底面的矩形體。以便更加精準(zhǔn)地描述巖體在實(shí)際工程環(huán)境中的受荷狀態(tài)。

在上述技術(shù)方案中，上壓頭的底面為正方形、且與巖石試樣的底面尺寸相同。減少因接觸面不同引起的應(yīng)力面積換算。

在上述技術(shù)方案中，底座從上至下設(shè)置為第一臺(tái)階、第二臺(tái)階、第三臺(tái)階；圍壓室內(nèi)部形成為測(cè)試空間，圍壓室側(cè)壁上方設(shè)置有由內(nèi)向外與外界相通的排氣通道。以便使圍壓室與底座更好銜接。

在上述技術(shù)方案中，巖石試樣底部設(shè)置有沿軸向向上延伸的安裝孔，所述安裝孔內(nèi)設(shè)置有熱探針，所述熱探針下端固定設(shè)置于第一臺(tái)階頂部的扁槽中；所述熱探針尾端連有數(shù)據(jù)線，所述數(shù)據(jù)線穿過排線通道與外界數(shù)據(jù)控制及采集系統(tǒng)連接，所述排線通道從第二臺(tái)階頂部向下延伸并經(jīng)90°折彎至第二臺(tái)階外側(cè)壁。因此可在進(jìn)行真三軸試驗(yàn)的同時(shí)測(cè)試巖石試樣的導(dǎo)熱系數(shù)。

在上述技術(shù)方案中，垂直加載活塞與所述上座底端出口的接觸面設(shè)置有密封圈，左軸桿與所述圍壓室側(cè)壁、右軸桿與圍壓室側(cè)壁的接觸面分別設(shè)置有密封圈，圍壓室下端與底座的接觸面設(shè)置有密封圈。以保證整個(gè)裝置的密封性。

在上述技術(shù)方案中，上壓頭、巖石試樣與第一臺(tái)階為同徑設(shè)置。使箍緊環(huán)將橡膠套裝套緊密。

本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)：

(1)可以完成巖石在三相不同受力狀態(tài)下導(dǎo)熱系數(shù)的測(cè)試，能準(zhǔn)確地反映巖石在實(shí)際工程中的真實(shí)受力情況；

(2)結(jié)構(gòu)簡單，操作容易，測(cè)量精度高；

(3)經(jīng)濟(jì)合理，安全耐用。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明中的扁槽斷面示意圖。

圖3為本發(fā)明圖1局部放大圖。

圖中1-上座,11-上座底端出口,2-垂直加載活塞,3-底座,31-第一臺(tái)階,32-第二臺(tái)階,33-第三臺(tái)階,4-測(cè)試空間,5-泵動(dòng)加載部分,6-手動(dòng)加載部分,7-左軸桿,8-右軸桿,9-排氣通道,10-排線通道,12-上壓頭,13-水平壓頭,14-橡膠套,15-巖石試樣,16-熱探針,17-安裝孔,18-扁槽,19-輸油管道,20-箍緊環(huán)。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的實(shí)施情況，但它們并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的限定，僅作舉例而已。同時(shí)通過說明使本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)更加清楚和容易理解。

參閱附圖可知：一種可測(cè)試巖石導(dǎo)熱系數(shù)的真三軸試驗(yàn)裝置，包括σ1方向加載系統(tǒng)、σ2方向加載系統(tǒng)、σ3方向加載系統(tǒng)；所述σ1方向加載系統(tǒng)包括垂直加載活塞2、上壓頭12；所述σ2方向加載系統(tǒng)包括泵動(dòng)加載部分5、手動(dòng)加載部分6；所述σ3方向加載系統(tǒng)包括輸油管道19；所述垂直加載活塞2設(shè)置于所述上壓頭12正上方，在巖石試樣15上端設(shè)置有所述上壓頭12、下端設(shè)置有底座3、左右兩端分別設(shè)置有水平壓頭13；

所述泵動(dòng)加載部分5右連接于左軸桿7左端，所述左軸桿7穿過圍壓室側(cè)壁、且位于所述水平壓頭13側(cè)方；所述手動(dòng)加載部分6左連接于右軸桿8右端，所述右軸桿8穿過圍壓室側(cè)壁、且位于所述水平壓頭13側(cè)方；

所述垂直加載活塞2位于上座1內(nèi)，所述垂直加載活塞2上部橫向兩端與所述上座1內(nèi)壁滑動(dòng)連接、且下部軸向向下伸出上座底端出口11；在圍壓室上、下兩端分別通過螺桿連接所述上座1、所述底座3，所述底座3設(shè)置有端口；

所述巖石試樣15外部包裹有橡膠套14，所述橡膠套14下端、上端分別套裝在第一臺(tái)階31頂部、所述上壓頭12下方；所述橡膠套14上下兩端分別設(shè)置有箍緊環(huán)20(如圖3所示)；

所述輸油管道19設(shè)置于測(cè)試空間4下部、且從第二臺(tái)階32頂部向下延伸并經(jīng)90°折彎至所述第二臺(tái)階32外側(cè)壁，所述輸油管道19與液壓伺服泵連接。

所述水平壓頭13側(cè)面與所述巖石試樣15的側(cè)面尺寸相同。

巖石試樣15為正方形底面的矩形體。

上壓頭12的底面為正方形、且與巖石試樣15的底面尺寸相同。

底座3從上至下設(shè)置為第一臺(tái)階31、第二臺(tái)階32、第三臺(tái)階33；圍壓室內(nèi)部形成為測(cè)試空間4，圍壓室側(cè)壁上方設(shè)置有由內(nèi)向外與外界相通的排氣通道9。

巖石試樣15底部設(shè)置有沿軸向向上延伸的安裝孔17，所述安裝孔17內(nèi)設(shè)置有熱探針16，所述熱探針16下端固定設(shè)置于第一臺(tái)階31頂部的扁槽18中；所述熱探針16尾端連有數(shù)據(jù)線，所述數(shù)據(jù)線穿過排線通道10與外界數(shù)據(jù)控制及采集系統(tǒng)連接，所述排線通道10從第二臺(tái)階32頂部向下延伸并經(jīng)90°折彎至第二臺(tái)階32外側(cè)壁(如圖1、圖2所示)。

垂直加載活塞2與上座底端出口11的接觸面設(shè)置有密封圈，左軸桿7與圍壓室側(cè)壁、右軸桿8與圍壓室側(cè)壁的接觸面分別設(shè)置有密封圈，圍壓室下端與底座3的接觸面設(shè)置有密封圈。

上壓頭12、巖石試樣15與第一臺(tái)階31為同徑設(shè)置。

本發(fā)明所述的一種可測(cè)試巖石導(dǎo)熱系數(shù)的真三軸試驗(yàn)裝置的工作過程如下：制備巖石試樣15，巖石試樣15為正方形底面的矩形體，上壓頭12正方形底面，與巖石試樣15底面尺寸相同；分別在巖石試樣15底部設(shè)置沿軸向向上延伸的安裝孔17，巖石試樣15側(cè)面貼應(yīng)變片，將熱探針16置于巖石試樣15的中心孔17中，熱探針16的數(shù)據(jù)線從扁槽18內(nèi)引出，與側(cè)面應(yīng)變片數(shù)據(jù)線一起通過排線通道10與數(shù)據(jù)控制及采集系統(tǒng)相連；用橡膠套14套上巖石試樣15及上壓頭12下端和第一臺(tái)階31，并用箍緊環(huán)20卡緊；將垂直加載活塞2放在上座1內(nèi)，將上座1連同圍壓室放置于底座3上，并用螺桿連接；左軸桿7、右軸桿8分別與σ2方向加載系統(tǒng)連接并穿過圍壓室側(cè)壁、且位于所述水平壓頭13側(cè)方；輸油管道19與液壓伺服泵連接，試驗(yàn)開始前關(guān)閉排氣通道、輸油通道11；當(dāng)加載水平力σ2時(shí)，先通過旋轉(zhuǎn)手輪推動(dòng)手動(dòng)加載部分6，使右軸桿8左進(jìn)與水平壓頭13貼近；然后再操作泵動(dòng)加載部分5，使左進(jìn)桿7右進(jìn)與水平壓頭13貼近，對(duì)巖石試樣施加水平力σ2至設(shè)定值；當(dāng)加載水平力σ3時(shí)，打開排氣通道9和輸油管道19，通過液壓伺服泵向輸油管道19輸送液壓油，直至液壓油流出排氣通道9時(shí)，關(guān)閉排氣通道9，加載水平力σ3至設(shè)定值；當(dāng)加載軸向力σ1時(shí)，通過軸向加載系統(tǒng)對(duì)垂直加載活塞2施加使之作用在上壓頭12至設(shè)定值；當(dāng)需要測(cè)定巖石試樣導(dǎo)熱系數(shù)時(shí)，停止加載，保持一定的應(yīng)力狀態(tài)，通過熱探針16測(cè)試巖石試樣導(dǎo)熱系數(shù)；試驗(yàn)結(jié)束時(shí)，依次卸掉三相應(yīng)力σ1、σ2、σ3。移開σ2方向加載系統(tǒng)，取出上座1與圍壓室，拆除巖石試樣15，拿出熱探針16。

為了能夠更加清楚地說明本發(fā)明所述的一種可測(cè)試巖石導(dǎo)熱系數(shù)的真三軸試驗(yàn)裝置與巖石導(dǎo)熱系數(shù)的常規(guī)三軸試驗(yàn)裝置、巖石力學(xué)試驗(yàn)與導(dǎo)熱系數(shù)的分開測(cè)試裝置的區(qū)別，工作人員將這三種裝置進(jìn)行了比較：

從上表可知，本發(fā)明所述的一種可測(cè)試巖石導(dǎo)熱系數(shù)的真三軸試驗(yàn)裝置與巖石導(dǎo)熱系數(shù)的常規(guī)三軸試驗(yàn)裝置、巖石力學(xué)試驗(yàn)與導(dǎo)熱系數(shù)的分開測(cè)試裝置相比，測(cè)量精度高、速度快，能快速準(zhǔn)確地反映巖石真實(shí)受荷狀態(tài)。

其它未說明的部分均屬于現(xiàn)有技術(shù)。