專利名稱：高圍壓常規(guī)三軸流變加載與聲發(fā)射測試壓頭裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于巖石力學(xué)試驗與聲發(fā)射監(jiān)測技術(shù)領(lǐng)域，更具體涉及一種既可進行 高圍壓下常規(guī)三軸流變試驗又可監(jiān)測流變試驗過程中巖石破裂聲發(fā)射特征的壓頭裝置。該 裝置可廣泛用于礦業(yè)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(nèi)常 規(guī)三軸流變試驗中。
背景技術(shù)：
巖石材料在外力作用下，其內(nèi)部新裂紋產(chǎn)生、舊裂紋擴展過程中，應(yīng)變能的瞬態(tài)釋 放而產(chǎn)生彈性波，即發(fā)出聲發(fā)射信息，不同尺寸、不同形式的微破裂，巖體所釋放出的聲發(fā) 射信號強弱和特征是不同的，通過捕捉巖石微破裂產(chǎn)生的聲發(fā)射信息，可以系統(tǒng)研究巖石 材料在應(yīng)力調(diào)整時的損傷演化規(guī)律、損傷機制及巖石破裂的前兆規(guī)律，為巖石工程災(zāi)害機 理的認識與研究提供一種新的監(jiān)測手段與分析方法。巖石單軸聲發(fā)射力學(xué)實驗是廣大學(xué)者研究最為系統(tǒng)，研究成果最為豐富，最為突 出的聲發(fā)射力學(xué)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(cè)面上，試驗效果較好；也有部分學(xué)者使用直徑50mm，高IOOmm的 圓形試樣，把傳感器布置在試驗系統(tǒng)的上下底座上，由于傳感器距離巖樣的距離較遠，再加 上介質(zhì)之間的衰減，測的聲發(fā)射信號不是非常理想。常規(guī)三軸、真三軸室內(nèi)巖石聲發(fā)射力學(xué)試驗，由于壓力倉內(nèi)油壓存在，傳感器防護 存在較大困難，因此，多數(shù)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(tǒng)的上下底座上測得的，由于傳感器距離巖樣的距離較遠， 再加上介質(zhì)之間的衰減，聲發(fā)射信號不理想，試驗結(jié)果也大打折扣。高圍壓下常規(guī)三軸流變聲發(fā)射巖石力學(xué)試驗對于深埋巖石工程長期穩(wěn)定性的分 析與研究具有極其重要的意義，但對于高圍壓常規(guī)三軸流變聲發(fā)射巖石力學(xué)試驗的研究， 尚未見于相關(guān)文獻報道，主要原因流變試驗是一個長時間的力學(xué)試驗，長期高圍壓下，1)傳 感器難于防護，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(xiàn)漏 油現(xiàn)象，致使三軸流變聲發(fā)射試驗失??；3)由于傳感器的嵌入壓頭和巖樣之間易產(chǎn)生應(yīng)力 集中，致使端部效應(yīng)非常明顯，試驗結(jié)果不理想。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的是在于提供了一種高圍壓常規(guī)三軸流變加載與聲發(fā)射測試壓 頭裝置，解決現(xiàn)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(fā)射特征規(guī)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(fā)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(yīng)力集中，確 保試驗?zāi)軌蝽樌M行，傳感器能夠監(jiān)測到更多有效聲發(fā)射信號。該裝置可廣泛用于流變過 程中軟硬巖破壞機理、破壞模式及損傷演化規(guī)律的室內(nèi)(或現(xiàn)場)試驗研究，同時對于隧道 工程、水利水電工程、油氣田開采、采礦工程、核廢料處置等領(lǐng)域也具有廣泛的應(yīng)用價值。[0007]為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用以下技術(shù)措施為了解決高圍壓下常規(guī)三軸流變聲發(fā)射試驗中的問題，高圍壓常規(guī)三軸流變加載 與聲發(fā)射測試壓頭裝置就是為了解決上述問題，設(shè)計了一種高圍壓下常規(guī)三軸流變加載與 聲發(fā)射測試壓頭裝置，該裝置不僅較好地解決了傳感器難于防護，壓電陶瓷易被油壓損壞， 同軸電纜線引出時，易出現(xiàn)漏油等問題，而且較好地回避了由于傳感器的嵌入導(dǎo)致壓頭和 巖樣之間易產(chǎn)生應(yīng)力集中的問題。使用該壓頭的常規(guī)三軸流變聲發(fā)射試驗，可以較好地監(jiān) 測到流變試驗過程中巖石的微破裂聲發(fā)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(guī)律，為巖石工程災(zāi)害預(yù)警與評價提供理論依據(jù)。一種高圍壓下常規(guī)三軸流變加載與聲發(fā)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(cè)密封蓋、側(cè)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(guān)系是在傳感器壓電陶瓷表面涂抹一薄層凡士林，將其放入傳感器 室并與其底部耦合，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(nèi)側(cè)；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，然后在出線 槽內(nèi)填充環(huán)氧樹脂，并沿螺紋涂抹AB膠體使其滲入螺紋內(nèi)，另在緊固螺栓與主密封蓋的間 隙內(nèi)用AB膠體密封，將傳感器密封在傳感器室內(nèi)；接著，將BNC同軸電纜線穿過側(cè)密封圈 和側(cè)密封蓋出線孔，并將側(cè)密封圈和側(cè)密封蓋安裝至側(cè)密封腔內(nèi)，通過側(cè)密封蓋的凹槽旋 緊側(cè)密封蓋使側(cè)密封圈徑向變形達到密封目的，至側(cè)密封蓋不能旋進，此時側(cè)密封蓋凹入 壓頭座體稍許，在凹入部分和側(cè)密封蓋出線孔內(nèi)注入YZJ-I粘鋼型結(jié)構(gòu)膠，完成側(cè)密封腔 的密封；然后，裝主密封圈置于主密封蓋的密封槽內(nèi)，將四個主密封蓋螺栓緊緊旋入主密 封蓋螺母內(nèi)，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(guī)三軸 流變加載與聲發(fā)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(guī)三軸流變加載與聲發(fā)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，并將倉體密封圈和倉體密 封蓋安裝至倉體密封腔內(nèi)，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(nèi)注入YZJ-2粘鋼型結(jié)構(gòu)膠，完成倉體密封腔的安裝與密封。最后，將 下壓頭對中導(dǎo)槽對中試驗系統(tǒng)壓軸的中心，將巖樣置于下壓頭上，然后將上壓頭置于巖樣 上，并使上壓頭對中導(dǎo)槽對準(zhǔn)試驗系統(tǒng)壓軸的中心；最后，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鏈接，完成高圍壓下常規(guī)三軸流變加載與聲 發(fā)射測試壓頭裝置的安裝、密封與連接。本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點和效果1)本實用新型較好地解決了高圍壓下常規(guī)三軸流變聲發(fā)射巖石力學(xué)試驗中傳感 器難于防護，壓電陶瓷易被油壓損壞，同軸電纜線引出時，易出現(xiàn)漏油等問題，而且較好地 回避了由于傳感器的嵌入導(dǎo)致壓頭和巖樣之間易產(chǎn)生應(yīng)力集中的問題；2)本裝置的發(fā)明使的高圍壓下常規(guī)三軸流變聲發(fā)射巖石力學(xué)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(guī)三軸聲發(fā)射力學(xué)實驗，解決了目前系統(tǒng)只能 進行低圍壓下的試驗，高圍壓下試驗，聲發(fā)射監(jiān)測效果不夠理想的問題。傳統(tǒng)高油壓下常規(guī)三軸聲發(fā)射力學(xué)實驗，只能將傳感器布置在試驗系統(tǒng)的上下底座上，聲發(fā)射系統(tǒng)僅在巖石 試樣發(fā)生破壞時才能監(jiān)測到部分聲發(fā)射信號，如圖13所示，聲發(fā)射監(jiān)測效果不理想。

圖1為高圍壓常規(guī)三軸流變加載與聲發(fā)射測試壓頭裝置裝入壓力倉整體結(jié)構(gòu)剖 面圖；圖2為一種高圍壓常規(guī)三軸流變加載與聲發(fā)射測試壓頭裝置座體剖面圖；圖3為一種高圍壓常規(guī)三軸流變加載與聲發(fā)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(cè)密封蓋剖面圖；圖9為一種側(cè)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(fā)射力學(xué)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(xué)試驗過程中聲發(fā)射信號特征 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(dǎo)槽，9-E44型環(huán)氧樹脂，10-出線孔，11-側(cè)密封圈， 12-側(cè)密封蓋，13-YZJ-1粘鋼型結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(cè)密封蓋凹槽，29-側(cè)密封腔，30-側(cè)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(guī)三軸流變加載與聲發(fā)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(dǎo)槽 8、E44型環(huán)氧樹脂9、出線孔10、側(cè)密封圈11、側(cè)密封蓋12、YZJ_1粘鋼型結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(cè)密封蓋凹槽28、側(cè)密封腔29、側(cè)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(fā)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壓電陶瓷表面涂抹一薄層凡士林，將R6a傳感器2放入傳感器室24并 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(nèi)側(cè)；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，然后在出線槽26內(nèi)填充環(huán)氧樹脂9，并沿螺紋涂抹AB膠體使其 滲入螺紋內(nèi)，另在緊固螺栓3與主密封蓋7的間隙內(nèi)用AB膠體密封，將R6a傳感器2密封 在傳感器室24內(nèi)；接著，將BNC同軸電纜線14穿過側(cè)密封圈11和側(cè)密封蓋出線孔30，并將 側(cè)密封圈11和側(cè)密封蓋12安裝至側(cè)密封腔29內(nèi)，通過側(cè)密封蓋的凹槽28旋緊側(cè)密封蓋 12使側(cè)密封圈11徑向變形達到密封目的，至側(cè)密封蓋12不能旋進，此時側(cè)密封蓋12凹入 壓頭座體1稍許，在凹入部分和側(cè)密封蓋出線孔30內(nèi)注入YZJ-2粘鋼型結(jié)構(gòu)膠19，完成側(cè) 密封腔29的密封；然后，裝主密封圈5置于主密封蓋7的密封槽27內(nèi)，將四個主密封蓋螺 栓6緊緊旋入主密封蓋螺母25內(nèi)，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(guī)三軸流變加載與聲發(fā)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(guī)三軸流變加載與聲發(fā)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， 并將倉體密封圈18和倉體密封蓋21安裝至倉體密封腔內(nèi)，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(nèi)注入YZJ-I粘 鋼型結(jié)構(gòu)膠13，完成倉體密封腔的安裝與密封。最后，將下壓頭對中導(dǎo)槽8對中試驗系統(tǒng) 壓軸的中心，將巖樣16置于下壓頭上，然后將上壓頭置于巖樣16上，并使上壓頭對中導(dǎo)槽 8對準(zhǔn)試驗系統(tǒng)壓軸的中心，并放入壓力倉22內(nèi)；最后，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鏈接，完成高圍壓下常規(guī)三軸流變 加載與聲發(fā)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(tǒng)的安 裝。
權(quán)利要求一種高圍壓常規(guī)三軸流變加載與聲發(fā)射測試壓頭裝置，它包括R6a傳感器(2)、主密封蓋(7)、對中導(dǎo)槽(8)、側(cè)密封蓋(12)、YZJ-1粘鋼型結(jié)構(gòu)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(cè)密封蓋凹槽(28)、倉體密封蓋凹槽(31)，其特征在于在R6a傳感器(2)壓電陶瓷表面涂抹一薄層凡士林，將R6a傳感器(2)放入傳感器室(24)并與其底部耦合，用703膠體將R6a傳感器(2)固定在傳感器室(24)底部內(nèi)側(cè)；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(cè)密封圈(11)和側(cè)密封蓋(12)安裝至側(cè)密封腔(29)內(nèi)，在凹入部分和側(cè)密封蓋出線孔(30)內(nèi)注入YZJ-2粘鋼型結(jié)構(gòu)膠(19)，主密封圈(5)置于主密封蓋(7)的密封槽(27)內(nèi)，將四個主密封蓋螺栓(6)旋入主密封蓋螺母內(nèi)，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(nèi)，將下壓頭對中導(dǎo)槽(8)對中試驗系統(tǒng)壓軸的中心，將巖樣(16)置于下壓頭上，將上壓頭置于巖樣(16)上，使上壓頭對中導(dǎo)槽(8)對準(zhǔn)試驗系統(tǒng)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)鏈接，完成高圍壓下常規(guī)三軸流變加載與聲發(fā)射測試壓頭裝置的安裝、密封與連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高圍壓常規(guī)三軸流變加載與聲發(fā)射測試壓頭裝置，其特 征在于所述的出線槽(26)內(nèi)填充環(huán)氧樹脂(9)，并沿螺紋涂抹AB膠體使其滲入螺紋內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高圍壓常規(guī)三軸流變加載與聲發(fā)射測試壓頭裝置，其特 征在于所述的緊固螺栓⑶與主密封蓋(7)的間隙內(nèi)用AB膠體密封，將R6a傳感器⑵ 密封在傳感器室(24)內(nèi)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高圍壓常規(guī)三軸流變加載與聲發(fā)射測試壓頭裝置，其特 征在于所述的凹入部分和倉體密封蓋出線孔(10)內(nèi)注入YZJ-2粘鋼型結(jié)構(gòu)膠(19)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高圍壓常規(guī)三軸流變加載與聲發(fā)射測試壓頭裝置，其特 征在于所述的側(cè)密封蓋(12)凹入壓頭座體(1)，并用YZJ-I粘鋼型結(jié)構(gòu)膠(13)密封。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高圍壓常規(guī)三軸流變加載與聲發(fā)射測試壓頭裝置，其特 征在于所述的主密封蓋(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(guī)三軸流變加載與聲發(fā)射測試壓頭裝置，在傳感器壓電陶瓷表面涂抹凡士林，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(cè)密封圈和側(cè)密封蓋安裝至側(cè)密封腔內(nèi)，在凹入部分和側(cè)密封蓋出線孔內(nèi)注入粘鋼型結(jié)構(gòu)膠，主密封圈置于密封槽內(nèi)，通過主密封蓋螺栓實現(xiàn)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(nèi)，將下壓頭對中導(dǎo)槽對中試驗系統(tǒng)壓軸的中心，將上壓頭置于巖樣上，將上下壓頭的同軸電纜線通過同軸電纜線凸凹接頭鏈接。廣泛用于流變過程中軟硬巖破壞機理、破壞模式及損傷演化規(guī)律的室內(nèi)聲發(fā)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(yōu)先權(quán)日2010年4月13日
發(fā)明者豐光亮, 馮夏庭, 劉繼光, 陳炳瑞 申請人:中國科學(xué)院武漢巖土力學(xué)研究所