[发明专利]渗流压作用下岩石强度测量及岩石内部裂纹实时成像试验系统及方法

说明书

本发明公开了一种渗流压作用下岩石强度测量及岩石内部裂纹实时成像试验系统及方法，该试验系统包括试验测试系统、核磁成像系统、渗透液存储系统、液压控制系统和计算机控制系统；试验测试系统包括试验机底座，其上设渗透压室，渗透压室内设试样放置平台，其上方设压头；核磁成像系统的核磁共振测试线圈围绕在渗透压室外围，渗透液存储系统与渗透压室内腔连通，液压控制系统输出端分别与压头及渗透液存储系统连接；计算机控制系统输出端分别与核磁成像系统输入端和液压控制系统输入端连接。该试验系统既能测试岩石在渗透压和应力场耦合作用下的力学性质，又可实时获取岩样受荷过程中内部的裂纹发育情况。

技术领域

本发明涉及深部岩土工程渗透试验和岩石力学性质测试技术领域，具体涉及一种渗流压作用下岩石强度测量及岩石内部裂纹实时成像试验系统及方法。

背景技术

随着地球浅部资源的殆尽，人们逐渐把眼光转向深部开采，目前国外部分国家矿山采深已超过4000米，另外一些重大岩土工程如核废料深埋处置、二氧化碳地质封存、页岩气等非常规能源开采、深地实验室以及一些水利水电工程等都建立在复杂的深部岩体中，这些深部岩体除了受到高地应力的作用外，还会受到高地温、高渗透压、水化学环境等多个因素的耦合作用，特别是高渗透压力，会大大降低岩体的承载能力，在裂隙发育的岩体中高渗透压的这种影响会更加明显。

目前对岩石的力学参数的测试主要通过单轴或三轴试验机，但是这种类型的试验机仅仅测试岩石在单独应力场作用下的力学性质，而在深部岩土工程环境中，岩石往往受到多个物理场的作用，特别是应力场和渗流场的耦合作用。为了深入了解深部岩土工程环境，研发人员不仅希望能够获取岩石在应力场和渗流场耦合作用下的力学性质，更希望获取岩石在其耦合作用下的破裂过程。

低场核磁共振技术目前已经发展相对成熟，在岩石破裂的成像中也取得了广泛的应用，目前常用的做法是先将岩石试样在试验机上进行加载，加载结束后再进行核磁成像，观察岩石内部的裂纹发育情况，但是这样做有两个缺点：一是岩石在受荷过程中容易整体性破坏，这样就没有办法进行真空饱和核磁共振成像；二是这种成像的结果是试样受荷后的成像结果，难以反应岩石受荷过程中裂纹的发展规律。因此，开发一种能够在渗透压环境下测试岩石力学性质并能在测试过程中实时获取岩石试样内部裂隙发育情况的试验系统就显得尤为重要。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种渗流压作用下岩石强度测量及岩石内部裂纹实时成像试验系统及方法，以解决现有技术的试验系统及方法无法在渗透压和应力场耦合作用下测试岩石的力学性质，无法实时获取岩样受荷过程中内部的裂纹发育情况的问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种渗流压作用下岩石强度测量及岩石内部裂纹实时成像试验系统，包括试验测试系统、核磁成像系统、渗透液存储系统、液压控制系统和计算机控制系统；

试验测试系统包括试验机底座，试验机底座上设有渗透压室，渗透压室内设有用于放置岩石试样的试样放置平台，渗透压室内于试样放置平台的正上方设有用于向岩石试样施加压力的压头；

核磁成像系统的核磁共振测试线圈围绕设置在渗透压室的外围，核磁成像系统用于对岩石试样内部的裂纹进行实时成像；

渗透液存储系统通过输液管与渗透压室的内腔连通，输液管上安装有输液阀门，渗透液存储系统用于存储渗透液并在试验时向渗透压室内注入渗透液；

液压控制系统的输出端分别与压头以及渗透液存储系统独立连接，用于控制压头向岩石试样施加压力以及控制渗透液存储系统向渗透压室内注入渗透液；

计算机控制系统的输出端分别与核磁成像系统的输入端和液压控制系统的输入端独立连接，用于控制核磁成像系统对岩石试样内部的裂纹进行实时成像以及控制液压控制系统向压头和渗透液存储系统施加压力。