一种岩石材料试验机真三轴渗流试验压头模块

本技术涉及岩石力学测试设备领域，具体涉及一种岩石材料试验机真三轴渗流试验压头模块。

背景技术：

1、材料试验机是进行岩石力学基础实验研究的条件保障，其功能模块的完善是提升岩石力学测试的重要突破。常规的岩石三轴材料试验机，像mts公司生产的815材料试验机，一般可实现单轴抗压、伪三轴力学和渗流实验，不能进行真三轴测试，gcts高温高压岩石三轴试验机内置了真三轴压力室，也可以实现真三轴力学性能的测试，但目前该设备无法实现真三轴渗流实验的测定。纵观国内和国际上全部岩石力学性能测试试验机，目前还没有能够同时实现单轴抗压、伪三轴力学和渗流测定、真三轴力学和渗流测定的试验机。

2、在现有技术中，实验室利用真三轴力学压头进行真三轴渗流实验测定时，通过热熔胶或玻璃胶将岩石样品进行密封，但是，这种方式在岩石样品的装载过程中需要等待热熔胶或玻璃胶冷却，能够将金属与岩石粘接密封的热熔胶或玻璃胶冷却时间较长，且密封效果差，漏油率达80％以上；并且，在进行真三轴试验联同渗流试验时，会研究高温高压环境的渗流情况，而高温环境下，热熔胶或玻璃胶会熔化，导致密封效果丧失，渗液直接在高压环境下激射而出污染设备，若渗液为不带有腐蚀性的油性液，对设备不会造成侵蚀，仅需要简单清理就能继续使用，但更多的渗液为水性液或者对金属带有一定的腐蚀能力，不清理干净对设备会造成较大侵蚀，导致之后的实验精度降低。

技术实现思路

1、针对现有技术的上述不足，本实用新型提供了一种成本低，能够在普通的岩石三轴试验机上进行真三轴渗流试验的岩石材料试验机真三轴渗流试验压头模块。

2、为达到上述实用新型目的，本实用新型所采用的技术方案为：

3、提供一种岩石材料试验机真三轴渗流试验压头模块，其包括三轴腔室底座，还包括上压头和下压头，下压头的轴心处设置有底端渗流通道，且底端渗流通道贯穿下压头；三轴腔室底座设置有与底端渗流通道配合的底腔室渗流通道；底腔室渗流通道与岩石三轴试验机的底端气压管接口连通；上压头的内部设置有顶端渗流通道，顶端渗流通道包括位于上压头轴心的第一渗流通道和垂直于上压头轴心的第二渗流通道；第一渗流通道的底端穿出上压头，第一渗流通道的顶端与第二渗流通道连通，第二渗流通道与岩石三轴试验机的顶端气压管接口连通；

4、岩石样品装载在上压头和下压头之间，且装载岩石样品时，上压头、下压头和岩石样品包覆在同一热缩管内；热缩管与上压头顶部和下压头底部均留有间隙。

5、进一步的，上压头包括上圆柱体和下正方柱，上圆柱体的直径与下正方柱的宽度相等；第二渗流通道位于上圆柱体内；

6、下压头包括上正方柱和下圆柱体，下圆柱体的直径与上正方柱的宽度相等；上圆柱体和下圆柱体上均设置有环槽，且环槽处套设有密封圈。

7、环槽和密封圈的设置使热缩管具有良好的密封性能，在岩石三轴试验机上使用本实用新型做渗流试验时，不会出现渗液从岩石样品中渗出后污染岩石三轴试验机。

8、进一步的，下正方柱靠近上圆柱体的四个棱角设置有倒角；上正方柱靠近下圆柱体的四个棱角设置有倒角；下正方柱顶端的侧壁上设置有防溢槽。

9、倒角的设置在对热缩管进行热处理时，正方柱的棱角不会将热缩管刺穿。

10、进一步的，下压头的底面对称设置有两个限位槽，三轴腔室底座内设置有与限位槽配合的限位柱。

11、限位柱和限位槽的配合方便将上压头、下压头和岩石样品一同安装至三轴腔室底座上，方便使岩石样品的平面对准岩石三轴试验机的夹持部，简化岩石样品的装载过程。

12、进一步的，三轴腔室底座与下压头的接触面设置有辅助环槽，底腔室渗流通道的通道口位于辅助环槽的中心处；辅助环槽处放置有辅助密封圈，辅助环槽的深度为辅助密封圈线径的一半，且辅助环槽的直径小于下圆柱体的直径。

13、辅助环槽以及辅助密封圈的设置使底腔室渗流通道的渗液能够直接对岩石样品进行渗透，不会出现渗液从岩石样品与下压头之间的缝隙直接漏出，导致渗流试验不准确。

14、进一步的，热缩管内设置有四组加强筋结构，加强筋结构包括平行嵌设在热缩管上的两条筋条，且筋条与热缩管平行，两条筋条的间距为下正方柱或上正方柱宽度的四分之一；筋条的长度l＝l+10mm，l为岩石样品的长度；筋条的热缩性小于热缩管的热缩性。

15、加强筋的设置使得热缩管在热处理时，筋条收缩量小于热缩管，筋条能够对岩石样品进行限位，使岩石样品四周表面与上正方柱四周表面和下正方柱四周表面均能够齐平。在岩石样品装载时不会出现与上压头和下压头错位的情况。

16、进一步的，上压头和下压头装载岩石样品时，热缩管的表面粘接有四块均力薄板，四块均力薄板分别位于岩石样品四个侧面的中心，且均力薄板的宽度小于岩石样品的宽度，均力薄板的长度度小于岩石样品的长度。

17、本实用新型的有益效果为：

18、本实用新型通过热缩管将上压头、下压头和岩石样品包覆，上压头、下压头上设置有密封圈，将岩石三轴试验机的气压管接口连接渗流液供应装置，通过设置的底端渗流通道、底腔室渗流通道和顶端渗流通道，使得原有岩石三轴试验机能够通过本实用新型进行真三轴渗流试验，整个压头模块结构简单，加工难度低，能够有效节省实验室的成本。使用本实用新型进行真三轴渗流试验时，无需使用玻璃胶密封热缩管边缘，一次性密封率由原来的10％提高到97％，密封时间由10小时缩短为1分钟，简化了实验操作步骤，提高了密封效果。

19、本实用新型通过对常规材料试验机功能模块的拓展，在常规力学参数测定的基础上同时可实现真三轴渗流实验，使得所有实验可以同一台设备上实现，避免系统误差对结果带来的影响。

技术特征：

1.一种岩石材料试验机真三轴渗流试验压头模块，包括三轴腔室底座(1)，其特征在于，还包括上压头(2)和下压头(3)，所述下压头(3)的轴心处设置有底端渗流通道(4)，且底端渗流通道(4)贯穿下压头(3)；所述三轴腔室底座(1)设置有与底端渗流通道(4)配合的底腔室渗流通道(5)；所述底腔室渗流通道(5)与岩石三轴试验机的底端气压管接口连通；所述上压头(2)的内部设置有顶端渗流通道(6)，所述顶端渗流通道(6)包括位于上压头(2)轴心的第一渗流通道(7)和垂直于上压头(2)轴心的第二渗流通道(8)；所述第一渗流通道(7)的底端穿出上压头(2)，所述第一渗流通道(7)的顶端与第二渗流通道(8)连通，所述第二渗流通道(8)与岩石三轴试验机的顶端气压管接口连通；

2.根据权利要求1所述的岩石材料试验机真三轴渗流试验压头模块，其特征在于，所述上压头(2)包括上圆柱体(11)和下正方柱(12)，所述上圆柱体(11)的直径与下正方柱(12)的宽度相等；所述第二渗流通道(8)位于上圆柱体(11)内；

3.根据权利要求2所述的岩石材料试验机真三轴渗流试验压头模块，其特征在于，所述下正方柱(12)靠近上圆柱体(11)的四个棱角设置有倒角(17)；所述上正方柱(13)靠近下圆柱体(14)的四个棱角设置有倒角(17)；所述下正方柱(12)顶端的侧壁上设置有防溢槽(18)。

4.根据权利要求1所述的岩石材料试验机真三轴渗流试验压头模块，其特征在于，所述下压头(3)的底面对称设置有两个限位槽(19)，所述三轴腔室底座(1)内设置有与限位槽(19)配合的限位柱(20)。

5.根据权利要求1所述的岩石材料试验机真三轴渗流试验压头模块，其特征在于，所述三轴腔室底座(1)与下压头(3)的接触面设置有辅助环槽(21)，所述底腔室渗流通道(5)的通道口位于辅助环槽(21)的中心处；所述辅助环槽(21)处放置有辅助密封圈(22)，所述辅助环槽(21)的深度为辅助密封圈(22)线径的一半，且辅助环槽(21)的直径小于下圆柱体(14)的直径。

6.根据权利要求1所述的岩石材料试验机真三轴渗流试验压头模块，其特征在于，所述热缩管(10)内设置有四组加强筋结构，所述加强筋结构包括平行嵌设在热缩管(10)上的两条筋条(23)，且筋条(23)与热缩管(10)平行，所述两条筋条(23)的间距为下正方柱(12)或上正方柱(13)宽度的四分之一；所述筋条(23)的长度l＝l+10mm，l为岩石样品(9)的长度；所述筋条(23)的热缩性小于热缩管(10)的热缩性。

7.根据权利要求1所述的岩石材料试验机真三轴渗流试验压头模块，其特征在于，所述上压头(2)和下压头(3)装载岩石样品(9)时，所述热缩管(10)的表面粘接有四块均力薄板(24)，所述四块均力薄板(24)分别位于岩石样品(9)四个侧面的中心，且所述均力薄板(24)的宽度小于岩石样品(9)的宽度，均力薄板(24)的长度度小于岩石样品(9)的长度。

技术总结
本技术公开了一种岩石材料试验机真三轴渗流试验压头模块，涉及岩石力学测试设备领域，包括三轴腔室底座，还包括上压头和下压头，下压头的轴心处设置有底端渗流通道，且底端渗流通道贯穿下压头；三轴腔室底座设置有与底端渗流通道配合的底腔室渗流通道；底腔室渗流通道与岩石三轴试验机的底端气压管接口连通；本技术通过热缩管将上压头、下压头和岩石样品包覆，上压头、下压头上设置有密封圈，将岩石三轴试验机的气压管接口连接渗流液供应装置，通过设置的底端渗流通道、底腔室渗流通道和顶端渗流通道，使得原有岩石三轴试验机能够通过本技术进行真三轴渗流试验，整个压头模块结构简单，加工难度低，能够有效节省实验室的成本。

技术研发人员：牟俊惠,李庭芳,王志吉
受保护的技术使用者：重庆大学
技术研发日：20230428
技术公布日：2024/1/15