[发明专利]热‑力耦合作用下围岩响应测试系统

说明书

技术领域

本发明涉及热-力耦合作用下围岩响应测试系统，能用于同时遭遇高地温和高地应力作用的水电工程、矿山开采、能源开发、地下空间等深部地下工程。

背景技术

在地下的某些特殊部位，如断裂带的交汇部位或地热异常区等，往往可能有温泉产生或地温异常，温度高者可达几十摄氏度，当地温超过30℃时产生高地温。温度作为影响岩石强度、变形等力学性能的重要因素，温度变化导致的围岩力学响应不容忽视。

深埋水利水电工程建设、深部矿产资源的开采、煤炭的地下气化、地热资源的开发以及高放射性核废料的储存等工程所处的地质环境——均有可能经历高温，例如南水北调西线工程引水隧洞最大埋深达1100m，最大主应力达50MPa，围岩稳定最高可达70℃；新疆喀什布伦口公格尔水电站引水隧洞温度最高到90℃。在这种高温高压作用下，岩石的力学特性将发生明显的劣化，进而降低工程的整体安全性，表现出与浅部截然不同的力学特性。目前，高温问题己是隧洞工程、采矿工程及其他地下工程常见的地质灾害问题，成为制约以上各项工程建设的技术瓶颈。

在热-力耦合作用研究方面，目前的研究主要集中在岩石室内试验和室内试验结合数值计算两大类，其中岩石的室内试验主要研究岩石的力学特性与温度之间的关系，揭示岩石各力学参数随温度变化的规律；室内试验结合数值模拟的方法则是在试验的基础上，利用数值方法分析温度作用下的围岩应力场、位移场、温度场的变化规律。

上述两种方法主要是针对小尺度岩石，数值计算也是在此基础上开展的，但小尺度岩石中所包含的裂隙网络、受力条件与现场明显不同，室内试验中采用的温度传递方式也与现场实际不符，岩石在不同温度下的力学响应更多地是体现出本身材料组成对温度变化的响应，而在现场实际中，温度变化首先影响的应该是裂隙的扩展，因此需要提供一种现场可用的热-力耦合作用下围岩响应测试系统。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种热-力耦合作用下围岩响应测试系统。为此，本发明采用以下技术方案；

热-力耦合作用下围岩响应测试系统，其特征在于它包括加压系统、加热系统、监测系统：

所述加压系统包括在围岩中采用机械开挖洞径的圆形隧洞作为加压洞，在加压洞洞壁全长布置橡胶气囊，并在橡胶气囊与洞壁之间布置传力结构，将橡胶气囊与围岩联系在一起，在橡胶气囊与围岩接触处布置压力传感器；所述加压系统还包括橡胶气囊的充气装置，所述橡胶气囊设置有充放气接头；

所述加热系统包括在加压洞周围均匀布置的多个加热孔；在加热孔中布置电电加热元件，在电加热元件与加热孔中间布置密封钢管；

所述监测系统包括在加压洞与加热孔中间布置的监测孔，监测孔内布置传感器。

进一步地，所述圆形隧洞的洞径1m~1.5m、长度6~10m。

进一步地，在圆形隧洞洞壁全长布置一层橡胶覆盖层作为橡胶气囊。

进一步地，所述在加压洞周边均匀布置4~8个加热孔，所述多个加热孔呈圆形布置，加热孔与加压洞之间的间距为1倍加压洞洞径，长度与加压洞一致。

进一步地，所述传力结构采用钢拱架。

进一步地，在加热孔壁与密封钢管之间用导热填充材料填充。

本发明提供的热-力耦合作用下围岩响应测试系统，能够直接获取不同温度、不同应力耦合作用下围岩的力学响应，实现对应力调整、温度变化导致围岩破裂演化的定量认识。本发明对热-力耦合作用下围岩基本物理力学参数测定、变形特征、围岩损伤破坏机理研究等方面研究，具有重要的使用价值，也可以为地下工程开挖、支护设计以及围岩稳定性分析提供重要依据。

附图说明

图1为本发明热-力耦合作用下围岩响应测试系统的平面布置图。

图2为图1的轴向剖视示意图。

图3为本发明热-力耦合作用下围岩响应测试系统加压洞内的平面布置图。

图4为本发明热-力耦合作用下围岩响应测试系统加压洞内的轴向结构图。

图5为本发明热-力耦合作用下围岩响应测试系统加热孔内的平面布置图。

图6为本发明热-力耦合作用下围岩响应测试系统加热孔内的轴向结构图。

具体实施方式

参照附图，发明所提供的热-力耦合作用下围岩响应测试系统包括：

（1）加压系统，实现对围岩受力状态的人为改变。所述加压系统包括在围岩中采用机械开挖洞径1m~1.5m、长度6~10m的圆形隧洞，作为加压洞1使用。