一种可考虑温度梯度影响的圆环岩石试样冻融循环装置

本发明属于岩石测试，具体是一种可考虑温度梯度影响的圆环岩石试样冻融循环装置。

背景技术：

1、西部能源开采逐渐成为热点问题。由于我国西部地区大多属于寒区，岩石会受到冻融循环作用的影响，在水分迁移与冻胀力作用下，岩体内部裂隙与孔洞数量不断发育和增长，导致工程岩体性质劣化。在煤矿资源开采过程中，井壁会暴露在外界，立井井壁的岩石受冻融循环影响，力学性能有所弱化，安全性能降低。井壁内不同深度处的空气流速与温度不同，由此产生温度梯度，导致井壁内部不同位置的岩石冻融速率不同。

2、在专利cn116148306a中，公布了双向冻结试验装置及双向冻结试验参数调试方法，利用试验箱、温度传感模块、风冷降温模块、制冷模块、水分传感模块、喷淋管件、供水模块和控制模块，使降温方式更加符合自然环境的降温，同时可使降温和补水过程更加均匀，达到带有温度梯度的双向冻结-单向融化过程目的，进而提升试验的准确性和可靠性。在专利cn112834559a中，公布了一种可考虑温度梯度的岩石冻融循环实验装置，水温控制系统、恒温水浴箱、流量计、水泵、阀门、温度传感器、温度监测系统、顶端温度源、顶端温控系统、底端温度源、底端温控系统、导热装置、岩石试样、透水滤网、保温箱主体、隔板等组件，在冻融循环中考虑温度梯度，实现岩石分层冻融。

3、在上述专利中，仅考虑利用水流温度与流速进行冻融，且对于圆环岩石试样适用性较差，未考虑实际中井壁的空气温度与流速，因此需要设计一种利用空气温度和流速的装置，使圆环岩石试样产生温度梯度，能够控制圆环岩石试样不同位置处的冻融速率。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了提供一种可考虑温度梯度影响的圆环岩石试样冻融循环装置，使用该装置，能够使圆环岩石试样在冻融过程中产生温度梯度，控制圆环岩石试样不同位置处的冻融速率。该装置具有结构简单、易于操作等优点。

2、为达到上述目的，该装置是通过以下方案实现的：

3、本装置是由冻融箱主体、圆环岩石试样、支撑架、风速分级器、空气压缩机、导管、温度控制机、流速阀门、流速计、温度计、l型导管、挡板、出风管、出风阀门、进风孔、出风孔、试样孔组成。其中，冻融箱主体、圆环岩石试样、挡板、进风孔、出风孔、试样孔组成冻融循环系统，在冻融循环系统中，两块挡板布置在冻融箱内，圆环岩石试样放置在冻融箱内，冻融箱前方布置一个试样孔，左侧布置三个进风孔，后侧布置一个进风孔，右侧布置三个出风孔；空气压缩机、导管、温度控制机、流速阀门、流速计、温度计、l型导管组成气流控制系统，在气流控制系统中，空气压缩机与温度控制机通过导管连接，l型导管上布置流速阀门、流速计、温度计，l型导管安装在温度控制机上方，气流控制系统通过l型导管与进风孔的结合与冻融循环系统相连接；出风管和出风阀门组成出风系统，在出风系统中，出风阀门布置在出风管上方，出凤系统通过出风管与出风孔的结合和冻融循环系统相连接。在上述各部分中，进风孔、出风孔和试样孔均为圆形；导管、l型导管和出风管由pvc材料制成；支撑架、风速分级器、挡板由铝合金制成；流速阀门和出风阀门由不锈钢制成；冻融箱主体、空气压缩机和温度控制机由耐低温材料制成；风速分级器上安装三种不同扇叶数量的旋转扇叶。

4、与现有技术相比，本发明的有益效果：

5、通过空气压缩机、导管、温度控制机、流速阀门、流速计、温度计、l型导管、挡板、出风管、出风阀门之间的配合，能够控制冻融箱内三个位置气体温度和流速不同，圆环岩石试样内通过风速分级器实现圆环试样内空气流速不同，由于气体温度与流速不同会影响岩石冻融速率，从而使圆环试样内外产生温度梯度，控制圆环岩石试样不同位置处的冻融速率，实现圆环岩石试样冻融循环过程中考虑温度梯度的目的。

技术特征：

1.一种可考虑温度梯度影响的圆环岩石试样冻融循环的装置，是由冻融箱主体(1)、圆环岩石试样(2)、支撑架(3)、风速分级器(4)、空气压缩机(5)、导管(6)、温度控制机(7)、流速阀门(8)、流速计(9)、温度计(10)、l型导管(11)、出风管(12)、出风阀门(13)、挡板(14)、进风孔(15)、出风孔(16)、试样孔(17)组成，其特征在于：冻融箱主体(1)、圆环岩石试样(2)、挡板(14)、进风孔(15)、出风孔(16)、试样孔(17)组成冻融循环系统，在冻融循环系统中，两块挡板(14)布置在冻融箱主体(1)内，圆环岩石试样(2)放置在冻融箱主体(1)内，冻融箱主体(1)前方布置一个试样孔(17)，左侧布置三个进风孔(15)，后侧布置一个进风孔(15)，右侧布置三个出风孔(16)；空气压缩机(5)、导管(6)、温度控制机(7)、流速阀门(8)、流速计(9)、温度计(10)、l型导管(11)组成气流控制系统，在气流控制系统中，空气压缩机(5)与温度控制机(7)通过导管(6)连接，l型导管(11)上布置流速阀门(8)、流速计(9)、温度计(10)，l型导管(11)安装在温度控制机上方(7)，气流控制系统通过l型导管(11)与进风孔(15)的结合与冻融循环系统相连接；出风管(12)和出风阀门(13)组成出风系统，在出风系统中，出风阀门(13)布置在出风管(12)上方，出凤系统通过出风管(12)与出风孔(16)的结合和冻融循环系统相连接。

2.依据权利要求1所述的一种可考虑温度梯度影响的圆环岩石试样冻融循环的装置，其特征在于：所述进风孔(15)、出风孔(16)和试样孔(17)均为圆形。

3.依据权利要求1所述的一种可考虑温度梯度影响的圆环岩石试样冻融循环的装置，其特征在于：所述导管(6)、l型导管(11)和出风管(12)由pvc材料制成；所述支撑架(3)、风速分级器(4)、挡板(14)由铝合金制成；所述流速阀门(8)和出风阀门(13)由不锈钢制成；所述冻融箱主体(1)、空气压缩机(5)和温度控制机(7)由耐低温材料制成。

4.依据权利要求1所述的一种可考虑温度梯度影响的圆环岩石试样冻融循环的装置，其特征在于：所述风速分级器(4)上安装三种不同扇叶数量的旋转扇叶。

技术总结本发明公开一种可考虑温度梯度影响的圆环岩石试样冻融循环的装置，该装置是由冻融箱主体、圆环岩石试样、支撑架、风速分级器、空气压缩机、导管、温度控制机、流速阀门、流速计、温度计、L型导管、挡板、出风管、出风阀门、进风孔、出风孔、试样孔组成，使用该装置，能够使圆环岩石试样产生温度梯度，控制圆环岩石试样不同位置处的冻融速率，该装置具有结构简单、易于操作等优点。技术研发人员：沈永辉,张蓉蓉,马冬冬,王保川,王嘉诚,周祎明受保护的技术使用者：安徽理工大学技术研发日：技术公布日：2024/8/5