[发明专利]一种相对湿度循环作用下岩石弹性模量时效劣化过程测试装置及方法

说明书

本发明公开了一种相对湿度循环作用下岩石弹性模量时效劣化过程测试装置及方法，本发明通过控制中心、空气泵、气阀、湿度产生装置和数显湿度计实现不同湿度值对岩石作用的精确控制，通过承压声波发射探头、承压声波接收探头和控制中心实现对超声波在岩石试样传播时间的记录，并通过计算得到岩石的弹性模量，将岩石弹性模量随时间劣化的数据绘于图上，通过对图进行分析，获得在相对湿度作用下单轴压缩过程中时效劣化规律，实现对岩石细观时效劣化过程中的宏观特征的实时测试。

技术领域

本发明涉及岩石工程技术领域，尤其涉及一种相对湿度循环作用下岩石弹性模量时效劣化过程测试装置及方法。

背景技术

近年来，随着核废料地下储存、地下能源储存、二氧化碳地下储存、地热开发、石油开采等众多岩石工程的深度不断增加，地温不断升高，地温的升高将使地下水变为水蒸气。湿度的长时间作用，将会对岩石的各种力学参数造成不同程度的劣化，另一方面，岩石力学参数的劣化，也将导致湿度场发生变化。随着岩石工程深度的增加，地应力对岩石的作用也不容小觑。因此有必要开展岩石在应力-湿度作用下的力学参数劣化试验，分析岩石在应力-湿度作用下的稳定问题。

岩石力学试验是研究岩石各种力学特性的重要手段，是支撑岩石力学发展的基础。目前，关于岩石在应力、相对湿度、应力-水、应力-水-温度耦合等作用下的试验装置已经有不少。例如：中国专利公开号CN102928512B，发明名称为一种岩石时效劣化过程的测试方法，该申请案的技术方案介绍了一种岩石时效劣化过程的测试方法，但该申请案的弹性模量的计算公式所需的参数较多，容易造成测量误差，计算公式相对复杂仅能实现岩石在应力作用下弹性模量劣化的测试。中国专利公开号CN104990795A，发明名称为一种荷载作用下岩土样加速干湿循环的试验装置及其试验方法，该申请案的技术涉及岩土样在荷载作用下加速干湿循环的试验，操作方便，但装置复杂且没有对岩土样在整个过程中的力学参数劣化进行测试。

因此，现有实验装置无法满足相对湿度循环作用下岩石弹性模量时效劣化过程的测试的要求，需要进一步改进和发展。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本发明提供了一种相对湿度循环作用下岩石弹性模量时效劣化过程测试装置及方法，实现对岩石细观时效劣化过程中的宏观特征的实时测试。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种相对湿度循环作用下岩石弹性模量时效劣化过程测试装置，包括溶液瓶、单轴压缩装置、岩石试样、空气泵和控制中心；所述溶液瓶内设有湿度产生装置及数显湿度计Ⅰ，所述单轴压缩装置置于透明密闭容器内，岩石试样置于单轴压缩装置之间，所述岩石试样上端面和下端面上对称放置一组承压声波发射探头和承压声波接收探头，所述空气泵包括空气泵Ⅰ和空气泵Ⅱ,所述溶液瓶的出气口通过空气泵Ⅰ与透明密闭容器一侧壁面的下侧连接，进气口通过空气泵Ⅱ与透明密闭容器另一侧壁面的上侧连接，所述控制中心与湿度产生装置、数显湿度计Ⅰ、承压声波发射探头和承压声波接收探头连接。

进一步的，所述透明密闭容器内设有数显湿度计Ⅱ，数显湿度计Ⅱ与控制中心相连。

进一步的，所述单轴压缩装置包括试验机上端压头和试验机下端压头，岩石试样置于上端压头和下端压头之间。

进一步的，所述承压声波发射探头和承压声波接收探头位于岩石试样的中心线上，用于不间断地测量时效试验过程中岩石试样的纵波速度。

进一步的，所述空气泵Ⅰ与溶液瓶之间设有气阀Ⅰ，所述气阀Ⅰ用于控制空气泵Ⅰ的进气与抽气，所述空气泵Ⅱ与溶液瓶之间设有气阀Ⅱ，所述气阀Ⅱ用于控制空气泵Ⅱ的进气与抽气，所述空气泵Ⅰ、空气泵Ⅱ、气阀Ⅰ和气阀Ⅱ与控制中心相连。

一种相对湿度循环作用下岩石弹性模量时效劣化过程测试方法，包括：

步骤一：控制中心启动控制程序，对透明密闭容器进行抽真空处理；