[实用新型]渗压突变下砂砾介质细观结构演变实验装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种岩石细观结构演变实验装置，具体是一种渗压突变下砂砾介质细观结构演变实验装置。

背景技术

砂砾层在我国西部矿区(如陕西、宁夏、内蒙和新疆等)的煤系地层中普遍存在。由于砂砾层成岩作用差、胶结程度低、颗粒差异大、富水性强等诸多因素的不利影响，水-力耦合作用下砂砾层巷道的整体强度、稳定性均较低。而频繁、不定期的矿井采掘工程活动对围岩渗流场的扰动影响十分显著，往往使得流场压力、状态发生突变及岩土介质细观结构产生异变、破坏，进而导致砂砾层巷道掘进及服务期间时常发生冒顶、塌方等突发性的非线性大变形灾害事故，对矿井建设与安全生产造成了巨大威胁。因此，富水砂砾层巷道围岩在渗压突变及水力耦合条件下的细观结构演变过程便成为研究围岩破坏失稳机制的重点。

研究渗压突变下砂砾介质细观结构演变过程的直观、有效途径之一是室内实验，但是目前相关的实验仪器、设备还存在着多方面的缺陷，以致于无法成功开展实验研究。主要表现为：一是实验装置施加的渗透水压力一般为恒定水头、变水头或是注入定水压，而无法实现在正常渗流实验过程中渗压的瞬间可控提高，模拟不了流场变化的压力条件。二是采用传统的压力室结构及监测手段，无法对砂砾介质水力耦合作用下的细观结构演变过程进行实时直观地观测。三是砂砾试样两端水压短时变化监测效果不理想，传感器件灵敏度偏低，压力值短时程连续捕捉能力不足。故现有仪器设备在渗压突变加载、细观结构实时观测等方面均存在技术问题，因此，严重影响了渗压突变下砂砾介质细观结构演变过程实验研究。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本实用新型提供一种渗压突变下砂砾介质细观结构演变实验装置，能在实验室内实现渗压突变的情况，并可观察到在该情况下砂砾介质细观结构的变化情况，最终得到渗压突变下砂砾介质细观结构演变规律及孔压变化规律，对后续的工程实践提供理论支撑。

为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：一种渗压突变下砂砾介质细观结构演变实验装置，包括承载装置、渗压突变装置、单轴加载系统和测控系统，承载装置包括底座、右立柱、左立柱和顶梁，左立柱和右立柱均固定在底座上，顶梁通过连接孔套在左立柱和右立柱上并通过第一螺母和第二螺母分别固定；

所述承载装置内设有第一传压块和第二传压块，第一传压块上设有进水孔，进水孔的下端设有第一透水盘和第一动态水压传感器，第二传压块上设有出水孔，出水孔的上端设有第二透水盘和第二动态水压传感器，出水孔的下端通过管路与水池连接，出水孔与水池之间的管路上设有第二阀门和流量计；

所述渗压突变装置包括横杆、左支腿、右支腿、释放器、导向轴、缸筒和冲击块，左支腿和右支腿的下端固定在缸筒上，左支腿和右支腿的上端均设有U型叉结构，缸筒的侧部设有供水口和溢水口，供水口的位置高于溢水口的位置，缸筒底部与蓄水器的一端连通，蓄水器的另一端通过管路与第一传压块的进水孔连通，在蓄水器与进水孔之间的管路上设有第一阀门，横杆固定在导向轴的上端，冲击块滑动地套在导向轴上，导向轴的下端设有截止头，所述横杆的长度大于左支腿与右支腿之间的直线距离，所述释放器包括定位螺杆、活动体、旋转座、旋转臂和旋转轴，活动体套在右支腿上并通过定位螺杆固定，旋转座固定在活动体的一侧，旋转轴设置在旋转座上，所述旋转臂的一端通过旋转轴与旋转座活动连接，旋转臂的另一端为分叉结构，导向轴处于分叉结构中；

所述单轴加载系统包括油源、加载缸、蓄能器、第一换向阀、第二换向阀、压力计和磁致位移传感器，加载缸嵌入在底座内，磁致位移传感器设置在加载缸上，加载缸的进油口和出油口分两个油路与油源连接，所述蓄能器连接在加载缸和油源之间其中一个油路上，所述压力计和第二换向阀均设置在与蓄能器相同的油路上，第一换向阀设置在另一个油路上；

所述测控系统包括控制装置、升降台、高速摄像仪和显微观察装置，高速摄像仪和显微观察装置设置在升降台，控制装置与高速摄像仪、磁致位移传感器、压力计、第一动态水压传感器、第二动态水压传感器和油源连接。

进一步，还包括防护门，防护门安装在承载装置的侧部，所述防护门上设有透明观察窗。

进一步，还包括触发装置，触发装置由触发旋钮、复位轴和弹簧组成，复位轴套有弹簧并支撑在所述旋转座内，复位轴的一端伸出旋转座并支撑旋转臂，复位轴上设有限位齿，旋转座内设有与限位齿对应的限位槽，触发旋钮固定在复位轴的端部。

进一步，所述控制装置为微型计算机。

进一步，所述导向轴上设有刻度。