[实用新型]一种并联型岩石温度-渗流-应力耦合三轴流变仪

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种并联型岩石温度-渗流-应力耦合三轴流变仪，属于地下工程、岩土 工程试验仪器技术领域。本设备可以同时进行多组不同温度-渗流-应力耦合条件下的流变 试验，适用于温度-渗流-应力耦合条件下岩土介质长期力学特性的研究。

背景技术

在石油及液化天然气的地下储存、地热资源开发、深部资源开采、高放废料的地质处 置等工程建设中，都存在着多场、多相的耦合问题，多物理场之间的复杂耦合作用对工程 岩体的长期稳定具有非常重要的影响，一直受到国内外研究者的重视和关注。其中，温度 场、渗流场与应力场之间耦合问题在复杂条件下岩体工程施工设计、安全评价、稳定性分 析与预测评估等方面都具有十分重要的意义。

岩土工程流变问题从20世纪60年代就作为世界性难题被提出，是当今科技攻关和工 程实践的难点和热点，在过去的几十年里，国内外的广大科研工作者对岩土工程的流变问 题进行了大量的研究工作。此外，由于地热梯度以及高放核废料地下储存过程中的衰变放 热，使得岩土体长期处于温度-渗流-应力耦合作用的影响下。在温度-渗流-应力耦合条件下 表现出来的特性中，非线性流变特性和软岩大变形表现得尤为突出，且工程流变发生的持 续时间长。到目前为止，岩土体温度-渗流-应力耦合长期流变特性的研究成果十分有限，尚 未掌握其变形破坏规律。因此，迫切需要深入了解岩土体在温度-渗流-应力耦合作用下的流 变特性。

岩土介质的温度-渗流-应力耦合流变问题，在近几年成为国内岩土力学研究领域的热点 和难点，需要进行大量的流变试验来掌握其流变规律。但是，由于流变非线性特性和软岩 大变形特征，导致流变试验的周期长，试验时间成本高，对仪器的控制精度和耐久性要求 高，传统的流变试验装置已经很难满足长期流变试验的要求。

申请号为2007100535232的中国专利公开了一种岩石双联动三轴流变仪，包括压力传 感器、位移传感器、轴向出力油缸活塞，轴向伺服加载系统，可以实现相同轴压、不同围 压的三轴流变试验，有效提高试验效率。其缺点是只能提供应力加载，并且两个压力室是 上下串联设置的，共用一套轴压系统，容易引起较大的摩擦力，并且两组三轴流变试验必 须设置相同的轴压。申请号为2009100782332的专利公开了“一种五联动岩石单轴流变仪”， 其解决的问题为“每次试验仅能对单个试件进行加载等”，采用的技术手段包括“伺服加载 系统包括五套并联的加载体，每套加载体由上承压板、下承压板、精密丝杠、升降机、伺 服电机、手动调节阀和试件装卡球座构成”，该并联型装置能够在保证提高试验效率的基础 上改善串联型试验装置的缺点，但是依然没有突破传统流变仪单纯应力加载的局限。申请 号为201410734403的专利公开了“CT实时扫描的三轴应力、渗流、化学耦合流变试验系统”， 采用的技术手段为“实用新型试验系统的三轴压力室尺寸较小，解决了目前三轴压力室尺 寸大的问题；并且采用三台闭环伺服计量泵分别精确控制围压、轴压和渗透压”，其缺点是 该实用新型只能实现应力-渗流-化学耦合流变问题，并不能采用温度-渗流-应力耦合的加载 形式，试验结果无法反映不同温度-渗流-应力耦合条件下的岩土介质的流变性能。

实用新型内容

本实用新型的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种并联型岩石温度-渗流-应 力耦合三轴流变仪，可以实现多组不同轴压和温度、相同围压和孔压的三轴温度-渗流-应力 耦合条件下的流变试验，该仪器通用性好，结构简单，可靠性高，并且可以有效加快试验 速度，缩短试验周期，节省试验成本。

为了达成上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种并联型岩石温度-渗流-应力耦合三轴流变仪，包括加载框架，所述加载框架内设 有两个或多个三轴压力室，各个所述三轴压力室的压头分别与轴压伺服控制系统连接，各 个所述三轴压力室之间并联，并通过油管与围压伺服控制系统连接；各个所述三轴压力室 内的试样通过水管与孔压伺服控制系统连接；各个所述三轴压力室的外壁上设有电加热部， 所述电加热装置与温度控制系统连接；所述轴压伺服控制系统、围压伺服控制系统、孔压 伺服控制系统、和温度控制系统均和数据采集与控制系统通过电路连接，所述数据采集与 控制系统实时控制试样的应力场、渗流场和温度场，以测量试样在不同的温度-渗流-应力 耦合条件下的流变变形。