高圍壓常規三軸流變加載與聲發射測試壓頭裝置的製作方法

2023-06-08 06:36:36

專利名稱：高圍壓常規三軸流變加載與聲發射測試壓頭裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型屬於巖石力學試驗與聲發射監測技術領域，更具體涉及一種既可進行 高圍壓下常規三軸流變試驗又可監測流變試驗過程中巖石破裂聲發射特徵的壓頭裝置。該 裝置可廣泛用於礦業工程、水利水電工程、石油工程、巖土工程以及地下工程的巖石室內常 規三軸流變試驗中。
背景技術：
巖石材料在外力作用下，其內部新裂紋產生、舊裂紋擴展過程中，應變能的瞬態釋 放而產生彈性波，即發出聲發射信息，不同尺寸、不同形式的微破裂，巖體所釋放出的聲發 射信號強弱和特徵是不同的，通過捕捉巖石微破裂產生的聲發射信息，可以系統研究巖石 材料在應力調整時的損傷演化規律、損傷機制及巖石破裂的前兆規律，為巖石工程災害機 理的認識與研究提供一種新的監測手段與分析方法。巖石單軸聲發射力學實驗是廣大學者研究最為系統，研究成果最為豐富，最為突 出的聲發射力學實驗，進行該試驗時一般是把巖樣加工為50X50X100mm的方形巖樣，把 傳感器耦合在方形巖樣的側面上，試驗效果較好；也有部分學者使用直徑50mm，高IOOmm的 圓形試樣，把傳感器布置在試驗系統的上下底座上，由於傳感器距離巖樣的距離較遠，再加 上介質之間的衰減，測的聲發射信號不是非常理想。常規三軸、真三軸室內巖石聲發射力學試驗，由於壓力倉內油壓存在，傳感器防護 存在較大困難，因此，多數研究成果都是低圍壓下的成果，部分高圍壓下的研究成果，主要 是通過把傳感器布置在試驗系統的上下底座上測得的，由於傳感器距離巖樣的距離較遠， 再加上介質之間的衰減，聲發射信號不理想，試驗結果也大打折扣。高圍壓下常規三軸流變聲發射巖石力學試驗對於深埋巖石工程長期穩定性的分 析與研究具有極其重要的意義，但對於高圍壓常規三軸流變聲發射巖石力學試驗的研究， 尚未見於相關文獻報導，主要原因流變試驗是一個長時間的力學試驗，長期高圍壓下，1)傳 感器難於防護，傳感器壓電陶瓷極易被油壓損壞；2)傳感器同軸電纜線引出時，易出現漏 油現象，致使三軸流變聲發射試驗失敗；3)由於傳感器的嵌入壓頭和巖樣之間易產生應力 集中，致使端部效應非常明顯，試驗結果不理想。
發明內容本實用新型的目的是在於提供了一種高圍壓常規三軸流變加載與聲發射測試壓 頭裝置，解決現有方法存在的上述問題和不足，進一步改善傳感器接收巖石微破裂信號的 效果，提高巖石破壞前聲發射特徵規律分析的可靠性。本實用新型裝置可以很好地防護高 圍壓下油壓對聲發射傳感器的損傷，且較好地避免了壓頭裝置和巖樣之間的應力集中，確 保試驗能夠順利進行，傳感器能夠監測到更多有效聲發射信號。該裝置可廣泛用於流變過 程中軟硬巖破壞機理、破壞模式及損傷演化規律的室內(或現場)試驗研究，同時對於隧道 工程、水利水電工程、油氣田開採、採礦工程、核廢料處置等領域也具有廣泛的應用價值。[0007]為了實現上述目的，本實用新型採用以下技術措施為了解決高圍壓下常規三軸流變聲發射試驗中的問題，高圍壓常規三軸流變加載 與聲發射測試壓頭裝置就是為了解決上述問題，設計了一種高圍壓下常規三軸流變加載與 聲發射測試壓頭裝置，該裝置不僅較好地解決了傳感器難於防護，壓電陶瓷易被油壓損壞， 同軸電纜線引出時，易出現漏油等問題，而且較好地迴避了由於傳感器的嵌入導致壓頭和 巖樣之間易產生應力集中的問題。使用該壓頭的常規三軸流變聲發射試驗，可以較好地監 測到流變試驗過程中巖石的微破裂聲發射信號，可以有效地評價巖石破壞前的損傷演化及 能量釋放規律，為巖石工程災害預警與評價提供理論依據。一種高圍壓下常規三軸流變加載與聲發射測試壓頭裝置，該裝置包括流變試驗上 下壓頭座體、主密封蓋、主密封圈、側密封蓋、側密封圈、緊固螺栓、倉體密封蓋、倉體密封圈 和撓性墊片等，其連接關係是在傳感器壓電陶瓷表面塗抹一薄層凡士林，將其放入傳感器 室並與其底部耦合，通過斷鉛試驗測試耦合的狀況，若耦合良好，則用703膠體將其固定在 傳感器室底部及其內側；將BNC同軸電纜線通過出線孔槽和出線孔引出傳感器室；接著將 撓性墊片放在傳感器和緊固螺栓之間，通過緊固螺栓的凹槽將緊固螺栓上緊，然後在出線 槽內填充環氧樹脂，並沿螺紋塗抹AB膠體使其滲入螺紋內，另在緊固螺栓與主密封蓋的間 隙內用AB膠體密封，將傳感器密封在傳感器室內；接著，將BNC同軸電纜線穿過側密封圈 和側密封蓋出線孔，並將側密封圈和側密封蓋安裝至側密封腔內，通過側密封蓋的凹槽旋 緊側密封蓋使側密封圈徑向變形達到密封目的，至側密封蓋不能旋進，此時側密封蓋凹入 壓頭座體稍許，在凹入部分和側密封蓋出線孔內注入YZJ-I粘鋼型結構膠，完成側密封腔 的密封；然後，裝主密封圈置於主密封蓋的密封槽內，將四個主密封蓋螺栓緊緊旋入主密 封蓋螺母內，再次密封傳感器室，防止高圍壓下油壓的滲入，至此完成了高圍壓下常規三軸 流變加載與聲發射測試上壓頭裝置的安裝(以下，簡稱上壓頭)；同樣步驟完成高圍壓下 常規三軸流變加載與聲發射測試下壓頭裝置(以下，簡稱下壓頭)的安裝與密封；接著， 將syv-50-3同軸電纜線穿過倉體密封圈和倉體密封蓋出線孔，並將倉體密封圈和倉體密 封蓋安裝至倉體密封腔內，通過倉體密封蓋凹槽旋緊倉體密封蓋使倉體密封圈徑向變形達 到密封目的，至倉體密封蓋不能旋進，此時倉體密封蓋凹入壓力倉倉體稍許，在凹入部分和 倉體密封蓋出線孔內注入YZJ-2粘鋼型結構膠，完成倉體密封腔的安裝與密封。最後，將 下壓頭對中導槽對中試驗系統壓軸的中心，將巖樣置於下壓頭上，然後將上壓頭置於巖樣 上，並使上壓頭對中導槽對準試驗系統壓軸的中心；最後，將上下壓頭的BNC同軸電纜線同 syv-50-3同軸電纜線通過同軸電纜線凸凹接頭連結，完成高圍壓下常規三軸流變加載與聲 發射測試壓頭裝置的安裝、密封與連接。本實用新型與現有技術相比，具有以下優點和效果1)本實用新型較好地解決了高圍壓下常規三軸流變聲發射巖石力學試驗中傳感 器難於防護，壓電陶瓷易被油壓損壞，同軸電纜線引出時，易出現漏油等問題，而且較好地 迴避了由於傳感器的嵌入導致壓頭和巖樣之間易產生應力集中的問題；2)本裝置的發明使的高圍壓下常規三軸流變聲發射巖石力學試驗變的可行，且測 試效果比較理想，如圖12所示；3)另外本裝置也可進行高油壓下常規三軸聲發射力學實驗，解決了目前系統只能 進行低圍壓下的試驗，高圍壓下試驗，聲發射監測效果不夠理想的問題。傳統高油壓下常規三軸聲發射力學實驗，只能將傳感器布置在試驗系統的上下底座上，聲發射系統僅在巖石 試樣發生破壞時才能監測到部分聲發射信號，如圖13所示，聲發射監測效果不理想。

圖1為高圍壓常規三軸流變加載與聲發射測試壓頭裝置裝入壓力倉整體結構剖 面圖；圖2為一種高圍壓常規三軸流變加載與聲發射測試壓頭裝置座體剖面圖；圖3為一種高圍壓常規三軸流變加載與聲發射測試壓頭裝置座體俯視圖；圖4為一種主密封蓋剖面圖；圖5為一種主密封蓋俯視圖；；圖6為一種緊固螺栓剖面圖；圖7為一種緊固螺栓俯視圖；圖8為一種側密封蓋剖面圖；圖9為一種側密封蓋右視圖；圖10為一種倉體密封蓋剖面圖；圖11為一種倉體密封蓋右視圖。圖12為一種使用本實用新型的聲發射力學實驗效果圖圖13為一種傳感器布置在上下底座時巖石試樣力學試驗過程中聲發射信號特徵 圖。其中，1-壓頭座體，2-R6a傳感器，3_緊固螺栓，4_緊固螺栓的凹槽，5_主密封圈， 6-主密封蓋螺栓，7-主密封蓋，8-對中導槽，9-E44型環氧樹脂，10-出線孔，11-側密封圈， 12-側密封蓋，13-YZJ-1粘鋼型結構膠，14-BNC同軸電纜線，15-撓性墊片，16-巖樣，17-同 軸電纜線凸凹接頭，18-倉體密封圈，19-YZJ-2粘鋼型結構膠，20-syv-50-3同軸電纜線， 21-倉體密封蓋，22-壓力倉，23-壓力倉倉體，24-傳感器室，25-主密封蓋螺母，26-出線 槽，27-主密封槽，28-側密封蓋凹槽，29-側密封腔，30-側密封蓋出線孔，31-倉體密封蓋凹 槽。
具體實施方式
一種高圍壓常規三軸流變加載與聲發射測試壓頭裝置，它包括壓頭座體1、R6a傳 感器2、緊固螺栓3、緊固螺栓的凹槽4、主密封圈5、主密封蓋螺栓6、主密封蓋7、對中導槽 8、E44型環氧樹脂9、出線孔10、側密封圈11、側密封蓋12、YZJ_1粘鋼型結構膠13、BNC同 軸電纜線14、撓性墊片15、巖樣16、同軸電纜線凸凹接頭17、倉體密封圈18、YZJ-2粘鋼型 結構膠19、syv-50-3同軸電纜線20、倉體密封蓋21、壓力倉22、壓力倉倉體23、傳感器室 24、主密封蓋螺母25、出線槽26、主密封槽27、側密封蓋凹槽28、側密封腔29、側密封蓋出線 孔30、倉體密封蓋凹槽31。以錦屏二級水電站高圍壓下流變聲發射試驗為例，說明本實用新型的具體實施方 式在R6a傳感器2壓電陶瓷表面塗抹一薄層凡士林，將R6a傳感器2放入傳感器室24並 與其底部耦合，通過斷鉛試驗測試耦合的狀況，若耦合良好，則用703膠體將R6a傳感器2 固定在傳感器室24底部及其內側；將BNC同軸電纜線14通過出線孔槽26和出線孔10引出傳感器室24 ；接著將撓性墊片15放在R6a傳感器2和緊固螺栓3之間，通過緊固螺栓的 凹槽4將緊固螺栓3上緊，然後在出線槽26內填充環氧樹脂9，並沿螺紋塗抹AB膠體使其 滲入螺紋內，另在緊固螺栓3與主密封蓋7的間隙內用AB膠體密封，將R6a傳感器2密封 在傳感器室24內；接著，將BNC同軸電纜線14穿過側密封圈11和側密封蓋出線孔30，並將 側密封圈11和側密封蓋12安裝至側密封腔29內，通過側密封蓋的凹槽28旋緊側密封蓋 12使側密封圈11徑向變形達到密封目的，至側密封蓋12不能旋進，此時側密封蓋12凹入 壓頭座體1稍許，在凹入部分和側密封蓋出線孔30內注入YZJ-2粘鋼型結構膠19，完成側 密封腔29的密封；然後，裝主密封圈5置於主密封蓋7的密封槽27內，將四個主密封蓋螺 栓6緊緊旋入主密封蓋螺母25內，再次密封傳感器室24，防止高圍壓下油壓的滲入，至此完 成了高圍壓下常規三軸流變加載與聲發射測試上壓頭裝置的安裝(以下，簡稱上壓頭)；同 樣步驟完成高圍壓下常規三軸流變加載與聲發射測試下壓頭裝置(以下，簡稱下壓頭)的 安裝與密封；接著，將syv-50-3同軸電纜線20穿過倉體密封圈18和倉體密封蓋出線孔10， 並將倉體密封圈18和倉體密封蓋21安裝至倉體密封腔內，通過倉體密封蓋凹槽31旋緊倉 體密封蓋21使倉體密封圈18徑向變形達到密封目的，至倉體密封蓋21不能旋進，此時倉 體密封蓋21凹入壓力倉倉體23稍許，在凹入部分和倉體密封蓋出線孔10內注入YZJ-I粘 鋼型結構膠13，完成倉體密封腔的安裝與密封。最後，將下壓頭對中導槽8對中試驗系統 壓軸的中心，將巖樣16置於下壓頭上，然後將上壓頭置於巖樣16上，並使上壓頭對中導槽 8對準試驗系統壓軸的中心，並放入壓力倉22內；最後，將上下壓頭的BNC同軸電纜線14 同syv-50-3同軸電纜線20通過同軸電纜線凸凹接頭17連結，完成高圍壓下常規三軸流變 加載與聲發射測試壓頭裝置的安裝、密封與連接，將油體充入壓力倉22，完成整個系統的安 裝。
權利要求一種高圍壓常規三軸流變加載與聲發射測試壓頭裝置，它包括R6a傳感器(2)、主密封蓋(7)、對中導槽(8)、側密封蓋(12)、YZJ-1粘鋼型結構膠(13)、BNC同軸電纜線(14)、撓性墊片(15)、倉體密封圈(18)、倉體密封蓋(21)、傳感器室(24)、出線槽(26)、主密封槽(27)、側密封蓋凹槽(28)、倉體密封蓋凹槽(31)，其特徵在於在R6a傳感器(2)壓電陶瓷表面塗抹一薄層凡士林，將R6a傳感器(2)放入傳感器室(24)並與其底部耦合，用703膠體將R6a傳感器(2)固定在傳感器室(24)底部內側；將BNC同軸電纜線(14)通過出線孔槽(26)和出線孔(10)引出傳感器室(24)；接著將撓性墊片(15)放在R6a傳感器(2)和緊固螺栓(3)之間，通過緊固螺栓的凹槽(4)將緊固螺栓(3)，將側密封圈(11)和側密封蓋(12)安裝至側密封腔(29)內，在凹入部分和側密封蓋出線孔(30)內注入YZJ-2粘鋼型結構膠(19)，主密封圈(5)置於主密封蓋(7)的密封槽(27)內，將四個主密封蓋螺栓(6)旋入主密封蓋螺母內，密封傳感器室(24)，將syv-50-3同軸電纜線(20)穿過倉體密封圈(18)和倉體密封蓋出線孔(10)，將倉體密封圈(18)和倉體密封蓋(21)安裝至倉體密封腔內，將下壓頭對中導槽(8)對中試驗系統壓軸的中心，將巖樣(16)置於下壓頭上，將上壓頭置於巖樣(16)上，使上壓頭對中導槽(8)對準試驗系統壓軸的中心，將上下壓頭的BNC同軸電纜線(14)同syv-50-3同軸電纜線(20)通過同軸電纜線凸凹接頭(17)連結，完成高圍壓下常規三軸流變加載與聲發射測試壓頭裝置的安裝、密封與連接。
2.根據權利要求1所述的一種高圍壓常規三軸流變加載與聲發射測試壓頭裝置，其特 徵在於所述的出線槽(26)內填充環氧樹脂(9)，並沿螺紋塗抹AB膠體使其滲入螺紋內。
3.根據權利要求1所述的一種高圍壓常規三軸流變加載與聲發射測試壓頭裝置，其特 徵在於所述的緊固螺栓⑶與主密封蓋(7)的間隙內用AB膠體密封，將R6a傳感器⑵ 密封在傳感器室(24)內。
4.根據權利要求1所述的一種高圍壓常規三軸流變加載與聲發射測試壓頭裝置，其特 徵在於所述的凹入部分和倉體密封蓋出線孔(10)內注入YZJ-2粘鋼型結構膠(19)。
5.根據權利要求1所述的一種高圍壓常規三軸流變加載與聲發射測試壓頭裝置，其特 徵在於所述的側密封蓋(12)凹入壓頭座體(1)，並用YZJ-I粘鋼型結構膠(13)密封。
6.根據權利要求1所述的一種高圍壓常規三軸流變加載與聲發射測試壓頭裝置，其特 徵在於所述的主密封蓋(12)的主密封圈(25)裝入主密封槽(27)，通過主密封蓋螺栓(6) 旋入密封蓋螺母(25)將主密封蓋(7)和壓頭座體(1)連接與密封。
專利摘要本實用新型公開了一種高圍壓常規三軸流變加載與聲發射測試壓頭裝置，在傳感器壓電陶瓷表面塗抹凡士林，將傳感器放入傳感器室，將傳感器固定在底部；將撓性墊片放在傳感器和緊固螺栓之間，通過緊固螺栓的凹槽將緊固螺栓，將側密封圈和側密封蓋安裝至側密封腔內，在凹入部分和側密封蓋出線孔內注入粘鋼型結構膠，主密封圈置於密封槽內，通過主密封蓋螺栓實現主密封蓋和壓頭座體密封，將倉體密封圈和倉體密封蓋安裝至倉體密封腔內，將下壓頭對中導槽對中試驗系統壓軸的中心，將上壓頭置於巖樣上，將上下壓頭的同軸電纜線通過同軸電纜線凸凹接頭連結。廣泛用於流變過程中軟硬巖破壞機理、破壞模式及損傷演化規律的室內聲發射試驗。
文檔編號G01N29/00GK201637719SQ20102016272
公開日2010年11月17日 申請日期2010年4月13日 優先權日2010年4月13日
發明者豐光亮, 馮夏庭, 劉繼光, 陳炳瑞 申請人:中國科學院武漢巖土力學研究所