专利名称：高围压常规三轴流变加载与声发射测试压头装置的制作方法
技术领域：
本实用新型属于岩石力学试验与声发射监测技术领域，更具体涉及一种既可进行 高围压下常规三轴流变试验又可监测流变试验过程中岩石破裂声发射特征的压头装置。该 装置可广泛用于矿业工程、水利水电工程、石油工程、岩土工程以及地下工程的岩石室内常 规三轴流变试验中。
背景技术：
岩石材料在外力作用下，其内部新裂纹产生、旧裂纹扩展过程中，应变能的瞬态释 放而产生弹性波，即发出声发射信息，不同尺寸、不同形式的微破裂，岩体所释放出的声发 射信号强弱和特征是不同的，通过捕捉岩石微破裂产生的声发射信息，可以系统研究岩石 材料在应力调整时的损伤演化规律、损伤机制及岩石破裂的前兆规律，为岩石工程灾害机 理的认识与研究提供一种新的监测手段与分析方法。岩石单轴声发射力学实验是广大学者研究最为系统，研究成果最为丰富，最为突 出的声发射力学实验，进行该试验时一般是把岩样加工为50X50X100mm的方形岩样，把 传感器耦合在方形岩样的侧面上，试验效果较好；也有部分学者使用直径50mm，高IOOmm的 圆形试样，把传感器布置在试验系统的上下底座上，由于传感器距离岩样的距离较远，再加 上介质之间的衰减，测的声发射信号不是非常理想。常规三轴、真三轴室内岩石声发射力学试验，由于压力仓内油压存在，传感器防护 存在较大困难，因此，多数研究成果都是低围压下的成果，部分高围压下的研究成果，主要 是通过把传感器布置在试验系统的上下底座上测得的，由于传感器距离岩样的距离较远， 再加上介质之间的衰减，声发射信号不理想，试验结果也大打折扣。高围压下常规三轴流变声发射岩石力学试验对于深埋岩石工程长期稳定性的分 析与研究具有极其重要的意义，但对于高围压常规三轴流变声发射岩石力学试验的研究， 尚未见于相关文献报道，主要原因流变试验是一个长时间的力学试验，长期高围压下，1)传 感器难于防护，传感器压电陶瓷极易被油压损坏；2)传感器同轴电缆线引出时，易出现漏 油现象，致使三轴流变声发射试验失败；3)由于传感器的嵌入压头和岩样之间易产生应力 集中，致使端部效应非常明显，试验结果不理想。
发明内容本实用新型的目的是在于提供了一种高围压常规三轴流变加载与声发射测试压 头装置，解决现有方法存在的上述问题和不足，进一步改善传感器接收岩石微破裂信号的 效果，提高岩石破坏前声发射特征规律分析的可靠性。本实用新型装置可以很好地防护高 围压下油压对声发射传感器的损伤，且较好地避免了压头装置和岩样之间的应力集中，确 保试验能够顺利进行，传感器能够监测到更多有效声发射信号。该装置可广泛用于流变过 程中软硬岩破坏机理、破坏模式及损伤演化规律的室内(或现场)试验研究，同时对于隧道 工程、水利水电工程、油气田开采、采矿工程、核废料处置等领域也具有广泛的应用价值。[0007]为了实现上述目的，本实用新型采用以下技术措施为了解决高围压下常规三轴流变声发射试验中的问题，高围压常规三轴流变加载 与声发射测试压头装置就是为了解决上述问题，设计了一种高围压下常规三轴流变加载与 声发射测试压头装置，该装置不仅较好地解决了传感器难于防护，压电陶瓷易被油压损坏， 同轴电缆线引出时，易出现漏油等问题，而且较好地回避了由于传感器的嵌入导致压头和 岩样之间易产生应力集中的问题。使用该压头的常规三轴流变声发射试验，可以较好地监 测到流变试验过程中岩石的微破裂声发射信号，可以有效地评价岩石破坏前的损伤演化及 能量释放规律，为岩石工程灾害预警与评价提供理论依据。一种高围压下常规三轴流变加载与声发射测试压头装置，该装置包括流变试验上 下压头座体、主密封盖、主密封圈、侧密封盖、侧密封圈、紧固螺栓、仓体密封盖、仓体密封圈 和挠性垫片等，其连接关系是在传感器压电陶瓷表面涂抹一薄层凡士林，将其放入传感器 室并与其底部耦合，通过断铅试验测试耦合的状况，若耦合良好，则用703胶体将其固定在 传感器室底部及其内侧；将BNC同轴电缆线通过出线孔槽和出线孔引出传感器室；接着将 挠性垫片放在传感器和紧固螺栓之间，通过紧固螺栓的凹槽将紧固螺栓上紧，然后在出线 槽内填充环氧树脂，并沿螺纹涂抹AB胶体使其渗入螺纹内，另在紧固螺栓与主密封盖的间 隙内用AB胶体密封，将传感器密封在传感器室内；接着，将BNC同轴电缆线穿过侧密封圈 和侧密封盖出线孔，并将侧密封圈和侧密封盖安装至侧密封腔内，通过侧密封盖的凹槽旋 紧侧密封盖使侧密封圈径向变形达到密封目的，至侧密封盖不能旋进，此时侧密封盖凹入 压头座体稍许，在凹入部分和侧密封盖出线孔内注入YZJ-I粘钢型结构胶，完成侧密封腔 的密封；然后，装主密封圈置于主密封盖的密封槽内，将四个主密封盖螺栓紧紧旋入主密 封盖螺母内，再次密封传感器室，防止高围压下油压的渗入，至此完成了高围压下常规三轴 流变加载与声发射测试上压头装置的安装(以下，简称上压头)；同样步骤完成高围压下 常规三轴流变加载与声发射测试下压头装置(以下，简称下压头)的安装与密封；接着， 将syv-50-3同轴电缆线穿过仓体密封圈和仓体密封盖出线孔，并将仓体密封圈和仓体密 封盖安装至仓体密封腔内，通过仓体密封盖凹槽旋紧仓体密封盖使仓体密封圈径向变形达 到密封目的，至仓体密封盖不能旋进，此时仓体密封盖凹入压力仓仓体稍许，在凹入部分和 仓体密封盖出线孔内注入YZJ-2粘钢型结构胶，完成仓体密封腔的安装与密封。最后，将 下压头对中导槽对中试验系统压轴的中心，将岩样置于下压头上，然后将上压头置于岩样 上，并使上压头对中导槽对准试验系统压轴的中心；最后，将上下压头的BNC同轴电缆线同 syv-50-3同轴电缆线通过同轴电缆线凸凹接头链接，完成高围压下常规三轴流变加载与声 发射测试压头装置的安装、密封与连接。本实用新型与现有技术相比，具有以下优点和效果1)本实用新型较好地解决了高围压下常规三轴流变声发射岩石力学试验中传感 器难于防护，压电陶瓷易被油压损坏，同轴电缆线引出时，易出现漏油等问题，而且较好地 回避了由于传感器的嵌入导致压头和岩样之间易产生应力集中的问题；2)本装置的发明使的高围压下常规三轴流变声发射岩石力学试验变的可行，且测 试效果比较理想，如图12所示；3)另外本装置也可进行高油压下常规三轴声发射力学实验，解决了目前系统只能 进行低围压下的试验，高围压下试验，声发射监测效果不够理想的问题。传统高油压下常规三轴声发射力学实验，只能将传感器布置在试验系统的上下底座上，声发射系统仅在岩石 试样发生破坏时才能监测到部分声发射信号，如图13所示，声发射监测效果不理想。

图1为高围压常规三轴流变加载与声发射测试压头装置装入压力仓整体结构剖 面图；图2为一种高围压常规三轴流变加载与声发射测试压头装置座体剖面图；图3为一种高围压常规三轴流变加载与声发射测试压头装置座体俯视图；图4为一种主密封盖剖面图；图5为一种主密封盖俯视图；；图6为一种紧固螺栓剖面图；图7为一种紧固螺栓俯视图；图8为一种侧密封盖剖面图；图9为一种侧密封盖右视图；图10为一种仓体密封盖剖面图；图11为一种仓体密封盖右视图。图12为一种使用本实用新型的声发射力学实验效果图图13为一种传感器布置在上下底座时岩石试样力学试验过程中声发射信号特征 图。其中，1-压头座体，2-R6a传感器，3_紧固螺栓，4_紧固螺栓的凹槽，5_主密封圈， 6-主密封盖螺栓，7-主密封盖，8-对中导槽，9-E44型环氧树脂，10-出线孔，11-侧密封圈， 12-侧密封盖，13-YZJ-1粘钢型结构胶，14-BNC同轴电缆线，15-挠性垫片，16-岩样，17-同 轴电缆线凸凹接头，18-仓体密封圈，19-YZJ-2粘钢型结构胶，20-syv-50-3同轴电缆线， 21-仓体密封盖，22-压力仓，23-压力仓仓体，24-传感器室，25-主密封盖螺母，26-出线 槽，27-主密封槽，28-侧密封盖凹槽，29-侧密封腔，30-侧密封盖出线孔，31-仓体密封盖凹 槽。
具体实施方式
一种高围压常规三轴流变加载与声发射测试压头装置，它包括压头座体1、R6a传 感器2、紧固螺栓3、紧固螺栓的凹槽4、主密封圈5、主密封盖螺栓6、主密封盖7、对中导槽 8、E44型环氧树脂9、出线孔10、侧密封圈11、侧密封盖12、YZJ_1粘钢型结构胶13、BNC同 轴电缆线14、挠性垫片15、岩样16、同轴电缆线凸凹接头17、仓体密封圈18、YZJ-2粘钢型 结构胶19、syv-50-3同轴电缆线20、仓体密封盖21、压力仓22、压力仓仓体23、传感器室 24、主密封盖螺母25、出线槽26、主密封槽27、侧密封盖凹槽28、侧密封腔29、侧密封盖出线 孔30、仓体密封盖凹槽31。以锦屏二级水电站高围压下流变声发射试验为例，说明本实用新型的具体实施方 式在R6a传感器2压电陶瓷表面涂抹一薄层凡士林，将R6a传感器2放入传感器室24并 与其底部耦合，通过断铅试验测试耦合的状况，若耦合良好，则用703胶体将R6a传感器2 固定在传感器室24底部及其内侧；将BNC同轴电缆线14通过出线孔槽26和出线孔10引出传感器室24 ；接着将挠性垫片15放在R6a传感器2和紧固螺栓3之间，通过紧固螺栓的 凹槽4将紧固螺栓3上紧，然后在出线槽26内填充环氧树脂9，并沿螺纹涂抹AB胶体使其 渗入螺纹内，另在紧固螺栓3与主密封盖7的间隙内用AB胶体密封，将R6a传感器2密封 在传感器室24内；接着，将BNC同轴电缆线14穿过侧密封圈11和侧密封盖出线孔30，并将 侧密封圈11和侧密封盖12安装至侧密封腔29内，通过侧密封盖的凹槽28旋紧侧密封盖 12使侧密封圈11径向变形达到密封目的，至侧密封盖12不能旋进，此时侧密封盖12凹入 压头座体1稍许，在凹入部分和侧密封盖出线孔30内注入YZJ-2粘钢型结构胶19，完成侧 密封腔29的密封；然后，装主密封圈5置于主密封盖7的密封槽27内，将四个主密封盖螺 栓6紧紧旋入主密封盖螺母25内，再次密封传感器室24，防止高围压下油压的渗入，至此完 成了高围压下常规三轴流变加载与声发射测试上压头装置的安装(以下，简称上压头)；同 样步骤完成高围压下常规三轴流变加载与声发射测试下压头装置(以下，简称下压头)的 安装与密封；接着，将syv-50-3同轴电缆线20穿过仓体密封圈18和仓体密封盖出线孔10， 并将仓体密封圈18和仓体密封盖21安装至仓体密封腔内，通过仓体密封盖凹槽31旋紧仓 体密封盖21使仓体密封圈18径向变形达到密封目的，至仓体密封盖21不能旋进，此时仓 体密封盖21凹入压力仓仓体23稍许，在凹入部分和仓体密封盖出线孔10内注入YZJ-I粘 钢型结构胶13，完成仓体密封腔的安装与密封。最后，将下压头对中导槽8对中试验系统 压轴的中心，将岩样16置于下压头上，然后将上压头置于岩样16上，并使上压头对中导槽 8对准试验系统压轴的中心，并放入压力仓22内；最后，将上下压头的BNC同轴电缆线14 同syv-50-3同轴电缆线20通过同轴电缆线凸凹接头17链接，完成高围压下常规三轴流变 加载与声发射测试压头装置的安装、密封与连接，将油体充入压力仓22，完成整个系统的安 装。
权利要求一种高围压常规三轴流变加载与声发射测试压头装置，它包括R6a传感器(2)、主密封盖(7)、对中导槽(8)、侧密封盖(12)、YZJ-1粘钢型结构胶(13)、BNC同轴电缆线(14)、挠性垫片(15)、仓体密封圈(18)、仓体密封盖(21)、传感器室(24)、出线槽(26)、主密封槽(27)、侧密封盖凹槽(28)、仓体密封盖凹槽(31)，其特征在于在R6a传感器(2)压电陶瓷表面涂抹一薄层凡士林，将R6a传感器(2)放入传感器室(24)并与其底部耦合，用703胶体将R6a传感器(2)固定在传感器室(24)底部内侧；将BNC同轴电缆线(14)通过出线孔槽(26)和出线孔(10)引出传感器室(24)；接着将挠性垫片(15)放在R6a传感器(2)和紧固螺栓(3)之间，通过紧固螺栓的凹槽(4)将紧固螺栓(3)，将侧密封圈(11)和侧密封盖(12)安装至侧密封腔(29)内，在凹入部分和侧密封盖出线孔(30)内注入YZJ-2粘钢型结构胶(19)，主密封圈(5)置于主密封盖(7)的密封槽(27)内，将四个主密封盖螺栓(6)旋入主密封盖螺母内，密封传感器室(24)，将syv-50-3同轴电缆线(20)穿过仓体密封圈(18)和仓体密封盖出线孔(10)，将仓体密封圈(18)和仓体密封盖(21)安装至仓体密封腔内，将下压头对中导槽(8)对中试验系统压轴的中心，将岩样(16)置于下压头上，将上压头置于岩样(16)上，使上压头对中导槽(8)对准试验系统压轴的中心，将上下压头的BNC同轴电缆线(14)同syv-50-3同轴电缆线(20)通过同轴电缆线凸凹接头(17)链接，完成高围压下常规三轴流变加载与声发射测试压头装置的安装、密封与连接。
2.根据权利要求1所述的一种高围压常规三轴流变加载与声发射测试压头装置，其特 征在于所述的出线槽(26)内填充环氧树脂(9)，并沿螺纹涂抹AB胶体使其渗入螺纹内。
3.根据权利要求1所述的一种高围压常规三轴流变加载与声发射测试压头装置，其特 征在于所述的紧固螺栓⑶与主密封盖(7)的间隙内用AB胶体密封，将R6a传感器⑵ 密封在传感器室(24)内。
4.根据权利要求1所述的一种高围压常规三轴流变加载与声发射测试压头装置，其特 征在于所述的凹入部分和仓体密封盖出线孔(10)内注入YZJ-2粘钢型结构胶(19)。
5.根据权利要求1所述的一种高围压常规三轴流变加载与声发射测试压头装置，其特 征在于所述的侧密封盖(12)凹入压头座体(1)，并用YZJ-I粘钢型结构胶(13)密封。
6.根据权利要求1所述的一种高围压常规三轴流变加载与声发射测试压头装置，其特 征在于所述的主密封盖(12)的主密封圈(25)装入主密封槽(27)，通过主密封盖螺栓(6) 旋入密封盖螺母(25)将主密封盖(7)和压头座体(1)连接与密封。
专利摘要本实用新型公开了一种高围压常规三轴流变加载与声发射测试压头装置，在传感器压电陶瓷表面涂抹凡士林，将传感器放入传感器室，将传感器固定在底部；将挠性垫片放在传感器和紧固螺栓之间，通过紧固螺栓的凹槽将紧固螺栓，将侧密封圈和侧密封盖安装至侧密封腔内，在凹入部分和侧密封盖出线孔内注入粘钢型结构胶，主密封圈置于密封槽内，通过主密封盖螺栓实现主密封盖和压头座体密封，将仓体密封圈和仓体密封盖安装至仓体密封腔内，将下压头对中导槽对中试验系统压轴的中心，将上压头置于岩样上，将上下压头的同轴电缆线通过同轴电缆线凸凹接头链接。广泛用于流变过程中软硬岩破坏机理、破坏模式及损伤演化规律的室内声发射试验。
文档编号G01N29/00GK201637719SQ20102016272
公开日2010年11月17日 申请日期2010年4月13日 优先权日2010年4月13日
发明者丰光亮, 冯夏庭, 刘继光, 陈炳瑞 申请人:中国科学院武汉岩土力学研究所