[发明专利]仿工程地质环境三轴压缩流变试验系统

说明书

技术领域

本发明专利涉及一种岩体流变变形测试，具体是一种仿工程地质环境岩体流变变形试验系统，尤其适用于工程岩体多场耦合流变变形破坏力学测试。

目前岩石力学研究的物理模型多为室内理想状态的试验环境，其模拟状况不能代表地层真实物理化学力学环境情况，所得结果与工程实际结果会有一定的误差。因此仿真工程地质环境三轴压缩流变试验系统的开发与应用具有重要意义。目前，在国内外没有仿真地质环境三轴压缩流变试验系统。

背景技术

随着开采深度增加、地下空间向更深处延伸，深部围岩以及支护体将会遇到各种恶劣环境，其中主要有温度变化、湿度变化、酸碱度以及盐分变化等，导致围岩及支护体发生物理化学变化，进而影响到支护体支护能力和围岩稳定性，甚至引起岩土工程事故，诱发灾害发生。本发明结合我国具体深部工程岩土环境，参照国外环境适应性研究工作中已取得的经验，选择了深部高温围岩环境来考查围岩对温度、湿度、化学渐变环境的长期力学特性。选择+100℃高温和-20℃低温进行了温度渐变试验，不同湿度循环试验(模拟季节温度变化、深部岩土工程环境变化、环境转移等)，研究岩石的流变力学性能的变化以及流体渗流等现象，总结出一些典型岩石、支护体在经历了恶劣的温度、湿度渐变环境考验后发生变化的规律，找出工程围岩及支护体劣化原因，完善深部围岩维护及施工工艺，并建立围岩、支护体对温度、湿度、化学渐变环境适应性试验的评价方法。因此，在变温度、变湿度以及变化学环境观测岩石的流变变形，对深部围岩破坏而出现灾难性事故预测有着十分重要的意义。目前，在岩石力学实验中，对岩体流变变形测试存在的问题在于：一是由于只考虑在室内试验条件，与实际工程条件相差较大，试验精度差；二是传统流变试验装置，不能进行气固耦合；三是传统流变试验装置，没有考虑温度场、湿度场以及化学场等多场耦合，无法为工程提供实际有价值的数据。

发明内容

为了解决上述问题，本发明专利提供仿工程地质环境三轴压缩流变试验系统，能够精确测量岩石在多场耦合条件下的流变力学行为。

本发明的技术方案是：仿工程地质环境三轴压缩流变试验系统，它包括：

温控器15与湿控器16分别控制加热装置10和化学加湿器9，从而最终控制试件的湿度场、水化学场以及温度场变化；

计算机18连接打印机19，用于定期采集或实时传输采集数据；

流体罐12与三轴缸体7连接，用于气体与固体耦合；

控制系统20连接计算机18、温控器15、湿控器16和应变仪17，用于温度、湿度以及变形加载速率自动控制。

应变片4，与应变仪17连接，用于岩石流变变形测量；

岩样装置在一个三轴缸体7内，该缸体可以满足易燃、易爆流体的防爆要求。

该仿真地质环境三轴压缩流变试验系统，加载系统依托于流变仪提供轴向压力σ₁，采用液压胶囊13接触试件3作为加载力源提供侧向压力σ₂，围压提供σ₃，从根本上解决了侧向接触面的摩擦问题，实现了真三轴加载试验。

侧向压力σ₂由液压或气压提供。

该仿真地质环境三轴压缩流变试验箱，加热系统采用石墨电阻加热器11，解决加热均匀问题，实现岩石在高温条件下的流变试验。

该仿真地质环境三轴压缩流变试验系统，加湿系统采用化学加湿器9，实现岩石在不同湿度、水化学条件下的流变试验。

本发明优点：

a、加热系统采用石墨电阻加热器11，解决加热均匀问题，实现岩石在高温条件下的流变试验。

b、化学加湿系统采用化学加湿器9，实现岩石在不同湿度、化学条件下的流变试验。

c、下加载杆2与三轴缸体7之间放置不同厚度的钢垫块8，以适应不同尺寸的试件。

d、通过化学加湿器9，提供不同酸碱、盐份水汽，实现岩石在不同化学条件下的流变试验。

e、液压胶囊13内附菱形钢编网，其作用是：提高液压胶囊13的耐压、耐腐蚀、承受高压。允许小范围内的位移与变形，更好的消除摩擦。

f、不仅可以选择用气体(氧气、氮气)、液体(油、水)提供围压，提供气体(甲烷、二氧化碳)、液体(油、不同酸碱度的水)与岩石相互作用的环境，而且可以选择使用不与岩石作用的其它液体提供围压，满足多种加载方式的需要。

附图说明

图1是岩土材料仿工程地质环境三轴压缩流变试验装置结构示意图。