用于岩石样品的横向导热系数测量的装置

技术领域

本申请的实施例涉及通过测量热的变化来测试或分析材料，具体涉及一种用于岩石样品的横向导热系数测量的装置。

背景技术

在岩石的热性质中，导热系数是描述岩石热传输能力的关键参数。在高放废物处置过程中，围压在不断变化；同时，高放废物处理的热量主要沿垂直于开挖面的方向传播，因此，如何准确评价岩石在该方向上的不同围压条件下的导热系数是目前高放废物处置工程领域的重点关注的问题。

目前，岩石在压力条件下导热系数的测量通常采用单轴试验，该方法能够实现在施加单轴应力时的岩石到的导热系数测量，但没有办法测量在施加三轴应力时岩石的导热系数。

发明内容

针对上述技术问题的至少一个方面，本申请的实施例提供一种用于岩石样品的横向导热系数测量的装置，该装置可以在岩石样品处于压力状态下对岩石样品的横向导热系数进行测量，该装置包括：围压组件和热传导测量组件。围压组件设置成对岩石样品施加压力；热传导测量组件设置成在围压组件对岩石样品施加压力时，其测量岩石样品的横向导热系数；其中，热传导测量组件的一部分设置在围压组件内部，并且能够与围压组件外部通信连接。

本申请的实施例提供的装置能够通过热传导测量组件实时测试岩石样品在围压过程中的横向导热系数，便于分析岩石样品的横向导热系数与岩石样品受到的压力、岩石样品的变形和温度之间的关系，为高放废物处置提供数据支持。

附图说明

通过下文中参照附图对本申请的实施例所作的描述，本申请的其它目的和优点将显而易见，并可帮助对本申请有全面的理解。

图1是本申请的实施例的测量装置的结构示意图。

图2a是本申请的实施例的测量装置的第二压力件的透视示意图。

图2b是本申请的实施例的测量装置的第二压力件的仰视示意图。

图2c是本申请的实施例的测量装置的第二压力件的剖视示意图。

图3是本申请的实施例的测量装置的底盘的结构示意图。

图4是本申请的实施例的测量装置的底座的结构示意图。

图5是本申请的实施例的测量装置的底座与底盘的连接关系的示意图。

图6是本申请的实施例的测量装置的热传导测量组件的结构示意图。

图7是本申请的实施例的测量装置的围压室与底盘的连接示意图。

附图标记说明：

1、测量装置；2、轴向引伸计；3、横向引伸计；4、岩石样品；

10、围压组件；101、围压室；1011、轴向活塞；1012、凹槽；102、第一压力件；1021、引导环；103、第二压力件；1031、容纳槽；1032、凹槽；104、底座；1041、第一柱状件；1042、第二柱状件；1043、第一空间；105、底盘；1051、第一盘状件；1052、第二盘状件；1053、第二空间；10511、第一柱状结构；10512、第二柱状结构；106、卡块；

20、热传导测量组件；201、热传导测量件；202、导线；203、热传导连接件。

需要说明的是，附图并不一定按比例来绘制，而是仅以不影响读者理解的示意性方式示出。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例的附图，对本申请的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本申请的一个实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本申请的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

需要说明的是，除非另外定义，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本申请所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。若全文中涉及“第一”、“第二”等描述，则该“第一”、“第二”等描述仅用于区别类似的对象，而不能理解为指示或暗示其相对重要性、先后次序或者隐含指明所指示的技术特征的数量，应该理解为“第一”、“第二”等描述的数据在适当情况下可以互换。若全文中出现“和/或”，其含义为包括三个并列方案，以“A和/或B”为例，包括A方案，或B方案，或A和B同时满足的方案。此外，为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“上方”、“下方”、“顶部”、“底部”等，仅用来描述如图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系，应当理解为也包含除了图中所示的方位之外的在使用或操作中的不同方位。

为了测量岩石的横向导热系数，为高放废物处置提供数据支持，本申请的实施例提供一种用于岩石样品的横向导热系数测量的装置，该装置可以在岩石样品处于压力状态下对岩石样品的横向导热系数进行测量。如图1所示，其示出本申请的实施例的测量装置1的结构示意图，该装置包括：围压组件10和热传导测量组件20。围压组件10设置成对岩石样品4施加压力；热传导测量组件20设置成在围压组件10对岩石样品4施加压力时，其测量岩石样品4的横向导热系数；其中，热传导测量组件20的一部分设置在围压组件10内部，并且能够与围压组件10外部通信连接。

本申请的实施例提供的装置能够通过热传导测量组件实时测试岩石样品在围压过程中的横向导热系数，便于分析岩石样品的横向导热系数与岩石样品受到的压力、岩石样品的变形和温度之间的关系，为高放废物处置提供数据支持。

在一些实施例中，可以通过切割岩石试样来制备岩石样品4。岩石试样可以是高径比为2~2.5:1的圆柱形标准岩石试样；切割岩石试样时可以沿轴向方向切割，切割线在岩石试样端面的弦长略小于岩石试样直径，切割线将与其垂直的直径分为3:2的两部分，得到岩石样品4。

这种制备岩石样品4的方法既可以满足横向引伸计3和轴向引伸计2的安装需要，又可以保证热传导测量件201设置在岩石样品4内，还可以满足热传导测量件201对岩石样品的尺寸要求。

围压组件10可以包括围压室101、第一压力件102、第二压力件103，第一压力件102和第二压力件103设置在围压室101内，岩石样品4位于围压室101内，并位于在第一压力件102和第二压力件103之间。本申请的装置在使用时，可以在围压室101内填充围压油。

如图1以及图6所示，图6示出本申请的实施例的测量装置的热传导测量组件的结构示意图，热传导测量组件20可以包括热传导测量件201、导线202以及热传导连接件203，热传导测量件201通过热传导连接件203与导线202连接。其中，热传导测量件201设置在岩石样品4内，热传导连接件203设置在第二压力件103内，导线202的一部分设置在围压室101的外部。

相关技术中，测试岩石在压力条件下的导热系数多采用瞬态平面热源法，该方法可以分为单面法和双面法。其中，单面法测量导热系数时，需要导热系数较低的材料辅助，并且在三轴压力状态下，上述材料的隔绝热量的性能会降低，导致导热系数的测量失败；此外，即使上述导热系数较低的材料的隔绝热量的性能不会在三轴压力状态下下降，单面法也会影响样品的密封效果，导致导热系数的测量失败。

在本申请的实施例中，可以选用双面法来测量岩石样品4的导热系数。在应用双面法对岩石样品4的导热系数进行测量时，热传导测量件201可以设置在岩石样品4内，热传导测量件201仅受围压油传递给岩石样品的压力作用，而不受竖向轴压作用。既可以不影响岩石样品4的密封性，又可以实现在三轴压力状态下测量岩石样品4的横向导热系数。

在试验过程中，围压室101和岩石样品4都处于密封状态，因此热传导测量组件20的位置应当不影响二者的密封性。在选择导线202的位置时，导线202不能通过岩石样品4的密封件，也不能暴露在围压室101中的围压油环境内，否则导线202会受到围压而发生损伤影响信号运输；同时，由于第一压力件102在试验中会受到压力作用，因此，导线202也不能设置在第一压力件102内。据此，热传导导线可以设置在第二压力件103内、底座104内和底盘105内，同时还可以通过在底盘105上设置的开孔将导线202引出围压室内，避免围压给导线202带来的影响。

在一些实施例中，围压室101上端设置有轴向活塞1011。

在一些实施例中，第一压力件102上可以放置有引导环1021，当下放围压室101时，引导环1021可以与围压室101的轴向活塞1011相抵接，用以保证施加的压力作用在第一压力件102的轴心位置，使之受力均匀。

在一些实施例中，热传导测量组件可以包括热传导测量设备，用于测量岩石样品4的横向导热系数。

第一压力件102、岩石样品4以及第二压力件103可以为柱状件。如图2a、图2b和图2c所示，这三幅图示出本申请的实施例的测量装置的第二压力件的结构示意图，在第二压力件103的径向3:2位置处开容纳槽1031，容纳热传导连接件203，并且热传导测量件201从第二压力件103表面伸出。

在一些实施例中，容纳槽1031可以与岩石样品4的切割位置可以在同一平面。第二压力件103可以在径向3:2位置处开容纳槽1031，以容纳热传导连接件203。容纳槽1031的位置与岩石样品4的切割位置在同一平面，既可以保证第二压力件103对岩石样品4的承载力，又可以保护热传导连接件203不会受到围压的影响。

在一些实施例中，容纳槽1031可以为长方体的贯通通道。

在一些实施例中，在第二压力件103的形成容纳槽1031的壁上可以设置有多个沿容纳槽1031延伸方向延伸的防滑结构，可以防止在试验过程中，热传导连接件203从容纳槽1031内滑出，影响导热系数的测量。

如图4所示，其示出本申请的实施例的测量装置的底座104的结构示意图，底座104可以包括第一柱状件1041和第二柱状件1042。

在一些实施例中，围压组件10还可以包括底座104，第二压力件103设置于底座104，底座104位于围压室101内，在底座104内形成供导线202通过的第一空间1043，如图2a、图2b和图2c所示，第二压力件103与底座104接触的位置还形成有凹槽1032，凹槽1032可以容纳部分导线202。在一些实施例中，第一空间可以为与导线202尺寸匹配的圆柱形贯通通道。

在一些实施例中，凹槽1032可以用于容纳热传导连接件203与导线202连接的部分。

凹槽1032既可以保护热传导连接件203与导线202的连接部分，保证连接的稳定性，又可以在底座104内起到定位作用，防止第二压力件103与底座104在试验过程中发生错动；同时，可以使得第二压力件103和底座104各自通路的体积最小，最大程度上保证了底座104和第二压力件103的承载力。

如图3所示，其示出本申请的实施例的测量装置的底盘的结构示意图，在一些实施例中，围压组件10还可以包括底盘105，围压室101设置于底盘105上，底盘105形成有供导线202通过的第二空间1053，导线202至少部分位于底盘105外部。

在一些实施例中，底盘105可以固定在试验台上。

在一些实施例中，底座104可以通过螺栓固定在底盘105上。

在一些实施例中，底座104、第二压力件103、岩石样品4、第一压力件102的形心可以处于同一垂线上。

在一些实施例中，底盘105和底座104之间可以设有密封圈，并可以通过螺栓固定底盘105和底座104来压紧密封圈，保证底盘105与底座104之间的密封。

在一些实施例中，第二空间1053可以为与导线202、第一空间1043尺寸匹配的“L”型贯通通道。

如图5所示，其示出本申请的实施例的测量装置的底座与底盘的连接关系的示意图，在一些实施例中，第一空间1043与第二空间1053可以形成为“L”型，以便于导线202可以通过第一空间1043、第二空间1053到达底盘105外部，避免下方试验台液压泵抬升底盘105时，导线受到挤压。

同时，通过第一空间1043和第二空间1053形成的“L”型通道将导线202引到围压室101的外部，在一些实施例中，第一空间1043和第二空间1053可以位于第二压力件103的容纳热传导连接件203的凹槽1032的正下方，以便于与热传导连接件203相连接的导线202可以方便直接地进入第一空间1043和第二空间1053内，避免导线202发生弯折受到损伤而影响信号的传输。

在一些实施例中，第一压力件102、第二压力件103、岩石样品4以及底座104可以设置成在其外部有密封件包裹，以保证岩石样品4和热传导测量组件20在整个试验过程中的密封。

在一些实施例中，密封件可以为热缩管。

如图7所示，其示出本申请的实施例的测量装置的围压室与底盘的连接示意图，在一些实施例中，围压组件10还可以包括卡块106。

底盘105可以包括第一盘状件1051、第二盘状件1052，第一盘状件1051形成有第一柱状结构10511、第一盘状件1051与第二盘状件1052形成有第二柱状结构10512。

底座104与第一柱状结构10511固定连接，围压室101套设在第一柱状结构10511外侧，并且围压室101在与第一盘状件1051接触的部分设置有凹槽1012，第二柱状结构10512位于第一盘状件1051和第二盘状件1052之间，形成用于供卡块106放置的空间。

卡块106设置成卡接在第一盘状件1051与第二盘状件1052之间的空间以及凹槽1012之间，以使围压室101与底盘105固定连接，以避免试验过程中，围压室101与底盘105脱离，影响导热系数的测量。

在本申请的实施例中，利用本申请的实施例提供的测量装置1测量岩石样品4的导热系数时，还可以用到轴向引伸计2和横向引伸计3。轴向引伸计2和横向引伸计3可以安装在岩石样品4的中部位置，用于测量岩石样品4的轴向形变和横向形变。

下面将结合具体实施例详细说明利用本申请的实施例提供的测量装置1来测量岩石样品4的导热系数的过程，测量过程中用到的测量装置可以是本申请的实施例的任一测量装置1。

该测量过程可以包括以下步骤：

将高径比为2~2.5:1的圆柱形标准岩石试样沿轴向方向切割成为两部分样品，切割线在试样端面的弦长应略小于岩石试样直径，切割线将与其垂直的直径分割成3:2的两部分，得到岩石样品4。

将底盘105固定在试验台上，底座104通过螺栓固定在底盘105上，将第二压力件103放置在底座104上；将热传导测量件201、导线202、热传导连接件203三者连接起来，将导线202依次穿过第一空间1043和第二空间1053引出到围压室101外，将热传导测量件201和热传导连接件203沿第二压力件103的容纳槽1031的方向放入，使热传导测量件201从第二压力件103表面伸出而热传导连接件放置在容纳槽1031中，将热传导连接件203与导线202的连接处以及部分导线202放入凹槽1032；将岩石样品4放置在第二压力件103上，将热传导测量件201放置在岩石样品4的两部分内，保证热传导测量件201紧贴岩石样品4；将第一压力件102放置在岩石样品4上，引导环1021放置在第一压力件102。

用螺栓固定底座104和底盘105之间的密封圈，将底座104、第二压力件103、岩石样品4、第一压力件102放置好后采用密封件进行密封。

在岩石样品4的中部安装轴向引伸计2和横向引伸计3。

下放围压室101，第一压力件102通过引导环1021与围压室101的轴向活塞1011相抵接；采用三轴压缩试验机对岩石样品4施加不同的压力和温度条件，通过热传导测量组件20实施测量岩石样品4在不同条件下的导热系数，并通过轴向引伸计2和横向引伸计3测量岩石样品4的轴向应力、轴向应变、横向应力，记录试验过程的围压、温度等参数。

对于本申请的实施例，还需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合以得到新的实施例。

以上，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。