[发明专利]适于多种媒质的热流固耦合煤体真三轴剪切渗流实验装置及其实验方法

摘要

本发明公开了一种适于多种媒质的热流固耦合煤体真三轴剪切渗流实验装置及其实验方法，其实验装置部分，在现有技术的基础上，通过采用分体结构形式的真三轴实验盒，以及与实验盒相适应的特殊结构形式的橡胶托盘，使得在进行试件剪切变形操作中，模拟的真实性、准确性和可靠性方面将大幅提升，且便于监测；本发明的实验装置，由于待检测的试件同时在立体坐标系的“三轴向”同时施力，因而是一种真正意义上的“真三轴”剪切渗流实验装置。而且，其既可以用于气体热流固耦合煤体真三轴剪切渗流实验，又可用于液体(水)热流固耦合煤体真三轴剪切渗流实验；其实验方法，相对于现有技术，仿真度高，检测结果真实、准确、可靠性好等特点。

主权项

一种适于多种媒质的热流固耦合煤体真三轴剪切渗流实验装置，与液压站、检测系统配套使用，其包括机架、第一液压油缸、第二液压缸、第三液压缸、真三轴压力室、试件盛放装置；其中：所述机架为框架式结构，包括顶板、底板和立柱；所述顶板和底板均为矩形钢板，所述矩形钢板的四个顶角位置处均分别开设有通透孔；所述立柱为四根，各立柱分别穿过所述顶板和底板上的对应的通透孔，并通过螺栓形成可拆卸连接；所述真三轴压力室包括上方带有筒盖的承压缸筒；所述承压缸筒为底部封闭、上部敞口的圆筒，在圆筒的敞口位置处设置有一圈翻边，所述筒盖为平面法兰结构，所述筒盖和承压缸筒之间设置有O型密封圈，并通过螺栓固定连接；所述底板朝上一面的中心位置处，设置有由一圈凸缘围成的圆形区域，所述承压缸筒竖立放置在该圆形区域内部；所述第一液压油缸安装在所述顶板上的中心位置处，所述第一液压油缸的活塞杆沿竖直方向分别穿过所述顶板和所述筒盖上开设的中心孔，并伸入到所述承压缸筒内；所述承压缸筒的同一水平高度上两侧腰部，分别对称设置有一连接管口，所述连接管口外端部向外翻折形成一法兰面翻边；所述承压缸筒的两侧壁面上，还分别设置有一流体媒质进入管口和一流体媒质排出管口；所述第二液压缸和第三液压缸的缸座一左一右分别通过螺栓固定在所述承压缸筒腰部两侧的法兰面翻边位置处；所述第二液压缸和第三液压缸的活塞杆分别沿水平方向伸入/抽出到所述承压缸筒内；所述第一液压缸的活塞杆自上向下沿竖直方向伸入/抽出到所述承压缸筒内；所述筒盖上分别开设一进油孔和一排气孔，所述进油孔通过液压油管外接上述液压站的液压油输送泵；所述液压油管上安装进油阀；所述排气孔内壁上设置有内螺纹，并通过一顶丝封堵；所述承压缸筒的底部还设置有一排油孔，所述排油孔通过排油管与外部的储油油箱连接，在排油管上安装有排油阀；其特征在于，所述试件盛放装置为组合结构，包括一支架组合件和一真三轴实验盒；所述真三轴实验盒为分体式结构，包括两个实验盒，该两个实验盒一左一右、面对面，以各自的头部与对方的尾部贴合的方式，成旋转对称放置在所述支架组合件中，由所述支架组合件夹持固定，形成一整体，放置在所述承压缸筒底部的中心位置；在竖直方向上，上述两个实验盒的端部分别与所述支架组合件的上、下边框之间保留一定的间隙；工作时，当所述第一液压缸的活塞杆向下施压时，其端部挤压在上述位于右侧的那一个实验盒上；所述支架组合件包括两个支架，该两个支架相互独立、左右各一布置；所述支架为矩形框，所述矩形框的两个水平边为两根圆柱形立柱、两个竖直边为截面为正方形的方形柱，其中，所述圆柱形立柱的两端部分别设置有螺纹，所述方形柱的两端分别开设有一通透孔，所述圆柱形立柱的两端分别从对应的方形柱上的通透孔中穿出，并通过螺栓固定成一体；上述两个支架组合件中，位于右侧的那个支架，其两根方形柱各自朝内一侧的表面上，均分别焊接有一纵向卡槽，所述纵向卡槽内插入有一条形插块，所述条形插块与所述纵向卡槽成可滑动连接；所述实验盒为镂空的六面体形状，其前与后两个面的中心位置处开设有一贯通的、截面为矩形的第一通孔，左与右两个面的中心位置处开设有一贯通的、截面为矩形的第二通孔；所述第一液压缸的活塞杆和第二液压缸的活塞杆的工作端，均分别固定连接有第一长方体压块；所述第三液压缸的活塞杆的工作端固定连接有第二长方体压块；所述第二长方体压块的外侧表面上开设有第一卡槽，并通过所述第一卡槽与表面设置有凸棱的第三长方体压块形成可滑动连接；所述第一通孔与所述第一长方体压块的形状、尺寸相匹配；所述第二通孔分别与各自对应的第四长方体压块和第三长方体压块的形状、尺寸相匹配；所述试件盛放装置还包括有橡胶托盘，所述橡胶托盘为一体式结构，包括两段，其中的一段为无上盖且一端无端板的盒子，另一段为两条相互平行的橡胶条，每根橡胶条分别由所述盒子的敞口部对应的外边缘界线、沿朝向盒子的无端板那一侧向外的延长线方向上，延伸而成；所述橡胶托盘数量为两个，每个橡胶托盘的盒子部位嵌入与其对应的所述第二通孔内，成紧配合；上述两个成旋转对称的实验盒相互贴合的那一个面上、第二通孔沿竖直方向上的两纵向边界线的延长线方向上，分别设置有与所述橡胶条形状、尺寸相匹配的密封用沟槽；所述橡胶条卡入在所述沟槽内，形成紧配合；在上述每个实验盒各自的第二通孔与橡胶托盘无端板的那一端邻接的壁面上，还分别开设有瓦斯气/水进出通道，所述瓦斯气/水进出通道的一端与上述第二通孔连通，另一端为设置在实验盒朝外一侧的壁面上的连接管口；上述两个瓦斯气/水进出通道一个为进口、另一个为出口，分别通过软管与所述流体媒质进入管口和流体媒质排出管口密封连接，所述流体媒质进入管口和流体媒质排出管口分别与实验装置外部配套的瓦斯气/水发生装置和瓦斯气/水接收装置通过流体媒质管路连接；上述两个橡胶托盘的盒子部位共同围成一六面体形状的空腔，所述空腔内放置用于热流固耦合煤体真三轴剪切渗流实验的试件；所述试件的外形尺寸与所述空腔相匹配，当试件放入该空腔内部时，试件与空腔的四周各壁面形成过渡配合；上述第一、第三和第四长方体压块以及真三轴压力室筒盖上，均分别安装有压力传感器；上述第一、第二和第三液压缸活塞杆上，均分别安装有LVDT位移传感器；上述真三轴压力室的内壁上，安装有温度传感器；与上述流体媒质进入管口与瓦斯气/水发生装置之间的流体媒质管路上安装有调压阀，与上述流体媒质排出管口与瓦斯气/水接收装置的流体媒质管路上，安装有瓦斯气/水流量计；在承压缸筒内部上还固定设置有液压油恒温控制系统，用于对承压缸筒内的液压油温进行动态调节，以保持液压油恒温。