[发明专利]一种动荷载影响下顶板渗流试验装置及方法

权利要求书

1.一种动荷载影响下顶板渗流试验装置的试验方法，其动荷载影响下顶板渗流试验装置，包括实验罐体、轴压系统、围压系统、大渗流系统、动荷载系统、外部框架和控制系统；

所述实验罐体的顶部设有出水口，实验罐体的底部设有进水口，实验罐体侧壁的下部设有第一通孔，实验罐体侧壁的上部设有第二通孔，实验罐体的内部设置有顶板试样，所述顶板试样内设有裂隙，顶板试样的侧壁设有应变片和振动传感器，顶板试样的上方设有上保护板，顶板试样的下方设有下保护板，所述上保护板和下保护板均设有与所述裂隙正对的通槽，所述上保护板的上方设有上渗透加压板，所述下保护板的下方设有下渗透加压板，所述上保护板和上渗透加压板均设有相对应的渗流孔，所述下保护板和下渗透加压板均设有相对应的渗流孔，所述上渗透加压板和下渗透加压板均设有渗透板引水接头，所述上渗透加压板的渗透板引水接头通过金属承压水管与所述出水口连接，所述下渗透加压板的渗透板引水接头通过金属承压水管与所述进水口连接，所述上渗透加压板、上保护板、顶板试样、下保护板、下渗透加压板、应变片和振动传感器的整体的外部包裹隔油橡胶膜；

所述轴压系统包括上加载活塞、加载千斤顶、下加载活塞和压力传感器，所述上加载活塞设置在上渗透加压板的上方，且与实验罐体的顶部通过线轴承连接，上加载活塞的上方设有加载千斤顶，所述下加载活塞设置在下渗透加压板的下方，且与实验罐体的底部通过线轴承连接，所述下加载活塞的下方设有压力传感器；

所述围压系统包括液压油罐、进油泵组和回油气泵，所述液压油罐分别通过第一围压管线和第二围压管线与第一通孔连通，液压油罐通过第三围压管线与第二通孔连通，所述第一围压管线上设置有进油泵组和第一截止阀，所述第二围压管线上设有第二截止阀，所述第三围压管线上设有第五截止阀和第三截止阀，所述第五截止阀设置在靠近液压油罐的一侧，所述回油气泵设置在第五截止阀和第三截止阀之间，且通过第四围压管线与第三围压管线连通，所述第四围压管线上设有第四截止阀；

所述大渗流系统包括集水槽、进水泵组、溢流阀、进水水压传感器、出水水压传感器、第一流量计和第二流量计，所述集水槽通过第一渗流管线与进水口连通，所述第一渗流管线上设置有溢流阀和进水泵组，所述溢流阀设置在靠近进水口的一侧，溢流阀通过第二渗流管线与集水槽连通，进水水压传感器设置在进水口处，所述出水口分别通过第三渗流管线和第四渗流管线与集水槽连通，所述第三渗流管线上设置有第一流量计和第六截止阀，所述第四渗流管线上设置有第二流量计和第七截止阀，所述第三渗流管线和第四渗流管线靠近出水口的一侧同时与出水水压传感器连接；

所述动荷载系统包括动荷载伸缩臂和轨道基座，所述动荷载伸缩臂的上部与实验罐体的底部连接，所述轨道基座设置在动荷载伸缩臂的下方，且与动荷载伸缩臂通过多个滚珠排连接；

所述外部框架设置在实验罐体的四周，所述外部框架的立柱与轨道基座通过用组装定位螺母连接，所述外部框架的立柱上设有多个调高螺旋，所述调高螺旋与实验罐体的侧壁连接，所述外部框架的底部与轨道基座通过滚珠排连接；

所述控制系统包括围压控制器、轴压控制器、大渗流控制器、动荷载控制器和数据采集器，所述围压控制器与进油泵组连接，所述轴压控制器与加载千斤顶连接，所述大渗流控制器与溢流阀连接，所述动荷载控制器与动荷载伸缩臂连接，所述数据采集器分别与应变片和振动传感器连接；

所述轨道基座顶部的中间设有凹槽一，所述动荷载伸缩臂底部设有与轨道基座的凹槽一对应的凸起，所述轨道基座的凹槽一与动荷载伸缩臂底部的凸起通过滚珠排连接，所述轨道基座顶部的四周设有凹槽二，所述凹槽二与动荷载伸缩臂底部通过滚珠排连接，所述轨道基座的侧面设有凹槽三，所述凹槽三与外部框架的底部通过滚珠排连接；

其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、在顶板试样的侧壁粘贴应变片和埋设振动传感器，顶板试样侧壁的上部、中部和下部均分别设有应变片和振动传感器，在同一水平面上的应变片和振动传感器间隔设置；

步骤二、安装顶板试样，首先用组装定位螺母将外部框架与轨道基座固定，将上保护板和下保护板的通槽分别与顶板试样的裂隙正对，将上保护板和上渗透加压板的渗流孔对应，将下保护板和下渗透加压板的渗流孔对应，按照上渗透加压板、上保护板、顶板试样、下保护板和下渗透加压板的顺序对齐后用隔油橡胶膜包裹，并整体安放于下加载活塞上，使下渗透加压板的下加压板凹槽与下加载活塞对应，将应变片和振动传感器分别通过数据线与数据采集器连接，上渗透加压板和下渗透加压板的渗透板引水接头分别与金属承压水管连接，调节外部框架上的调高螺旋降下实验罐体，使金属承压水管与对应的进水口或出水口连接，将卡扣插入实验罐体侧壁与实验罐体底部连接处，对齐后放下卡扣套环；

步骤三、施加围压前准备，首先打开第一截止阀、关闭第二截止阀、打开第三截止阀、关闭第四截止阀、打开第五截止阀，启动进油泵组，使液压油罐通过第一通孔向实验罐体内部充液压油，用于对顶板试样提供径向围压，待实验罐体内充满液压油后，液压油经由第二通孔流出，经第三截止阀和第五截止阀流回液压油罐，直至第二通孔不再排除气泡，确认排净实验罐体内空气后，暂时停止进油泵组工作，关闭第一截止阀，待第二通孔不再因压力溢油后，关闭第三截止阀和第五截止阀，打开第一截止阀；

步骤四、大渗流试验前饱水排气，待轴压与围压准备结束后，启动进水泵组，对实验罐体内顶板试样进行饱水排气，大渗流系统供水由进水口进入实验罐体从出水口流出，直至出水口不在溢出气泡，暂时关闭进水泵组；

步骤五、开始试验并采集数据，通过轴压控制器控制加载千斤顶对顶板试样施加轴压，并通过压力传感器实时记录加载过程中轴压，通过围压控制器控制进油泵组对顶板试样施加围压，围压控制器显示加载过程中围压，并通过应变片实时记录顶板试样的形变量，通过大渗流控制器控制溢流阀对顶板试样进行大渗流供水，大渗流控制器显示进水口进水流量，通过进水水压传感器记录进水口水压，通过出水水压传感器记录出水口水压，通过第一流量计或第二流量计记录出水口出水流量，待轴压、围压、顶板试样的形变量、进水口进水流量、进水口水压、出水口出水流量和出水口水压相对稳定后，拆除组装定位螺母，通过动荷载控制器控制动荷载伸缩臂对实验罐体施加动荷载，通过振动传感器记录施加动荷载时动荷载方向上顶板试样的加速度，同时，控制系统采集动荷载施加时的轴压、围压、顶板试样的形变量、进水口进水流量、进水口水压、出水口出水流量和出水口水压；

步骤六、复位、卸压，实验结束后通过动荷载控制器使动荷载伸缩臂复位，重新安装组装定位螺母，使轨道基座与实验罐体保持相对静止，停止加载千斤顶施加轴压并收缩其下表面使其不与上加载活塞接触，停止进水泵组工作，打开溢流阀自然排净顶板试样内存水，停止进油泵组工作，关闭第一截止阀，打开第五截止阀和第三截止阀，先使带压液压油经由第二通孔流回液压油罐内，待溢油稳定不在外溢后，依次打开第二截止阀、关闭第五截止阀、打开第四截止阀，启动回油气泵，使空气经由第二通孔进入实验罐体内使其内液压油经第一通孔和第二截止阀返回液压油罐内，确认第一通孔再无液压油流出后，关闭回油气泵，气压稳定后关闭所有截止阀，并检查；

步骤七、顶板试样拆卸，实验结束后依次取下卡扣套环、去除卡扣、通过调高螺旋上升实验罐体，取下顶板试样并拆除隔油橡胶膜。