[发明专利]热冲击与动力冲击耦合下岩石渗流特性测试装置及方法

说明书

本发明公开了一种热冲击与动力冲击耦合下岩石渗流特性测试装置及方法，该测试装置，包括真三轴应力加载系统以及热冲击发生机构，真三轴应力加载系统的上加载头、后加载头和右加载头的加载端面上均切割有纵横交错的入渗导槽，内部均设置与入渗导槽连通的进液流道；下加载头、前加载头和左加载头的加载端面上均切割有纵横交错的集液导槽，内部均设置与集液导槽连通的回液流道，左加载头的中央开有贯通孔，贯通孔中滑动设有对岩石试件施加冲击载荷的扰动入射杆。本申请可以模拟岩石原位高地应力、高地温、高渗压、高温差及动载荷作用环境，能够对多场耦合环境下岩石渗流特性进行分析研究。

技术领域

本发明属于深部岩石测试技术领域，尤其涉及一种热冲击与动力冲击 耦合下岩石渗流特性测试装置及方法。

背景技术

近年来，随着我国岩土工程建设的快速发展，岩土工程问题也日 趋复杂。然而，川藏铁路全线桥隧占比超80％达1200km，工程建设 迎来前所未有的工程地质挑战，直面高寒、高地应力、高水压、高地 温等特殊的地质条件。在高地应力、高地温、高渗压、高温差及动载 荷多场耦合作用下，岩土体的灾变过程和机制表现出特殊性和复杂性。

以隧道建设为例，其开挖卸荷过程的动力扰动与高岩温骤降问题 相互耦合，实际中岩体在爆破或机械开挖卸荷的过程中暴露于高寒环 境中，致使该过程中原岩应力场及温度场被破坏，甚至引起岩体结构 特性改变，以及其渗透特性的改变，进而引发灾难后果；在这种动载 荷扰动和高温差热冲击作用下岩石动静力学特征的变化是引起渗流 突变等灾害后果的直接诱因。因而，面对新的问题挑战，亟待开展动 力扰动与热冲击耦合下岩石渗流等特性的分析研究。

然而，现有的试验装备却无法满足以上多场耦合与动力扰动向耦 合条件要求。部分试验装备，例如，专利CN109709135A中公开的岩 石热冲击破裂过程中热冲击因子的测定方法，仅能实现水浴加温条件 下岩石热冲击效果，却无法贴近岩石所受的原位地质条件和工况条件， 并进一步测试岩石特性过程性变化。而现实中，岩土体因为所处的实 际地质条件和工况环境的变化，其各类物理力学特性会表现出复杂的 差异化结果。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种热冲击与动力冲击耦合下岩石 渗流特性测试装置及方法。本申请可以模拟岩石原位高地应力、高地 温、高渗压、高温差及动载荷作用环境，能够对多场耦合环境下岩石 渗流特性进行分析研究。

为实现上述目的，本申请采用如下技术方案：

热冲击与动力冲击耦合下岩石渗流特性测试装置，包括用于对岩 石试件施加真三轴载荷的真三轴应力加载系统以及对所述岩石试件 施加热冲击载荷的热冲击发生机构，所述真三轴应力加载系统包括上 加载头、下加载头、前加载头、后加载头、左加载头和右加载头；

所述上加载头、后加载头和右加载头的加载端面上均切割有纵横 交错的入渗导槽，内部均设置与所述入渗导槽连通的进液流道；

所述下加载头、前加载头和左加载头的加载端面上均切割有纵横 交错的集液导槽，内部均设置与所述集液导槽连通的回液流道，所述 进液流道和回液流道均与高压渗流加载机构连接；

所述左加载头的中央开有贯通孔，所述贯通孔中滑动设有对岩石 试件施加冲击载荷的扰动入射杆，所述扰动入射杆与动力冲击加载系 统连接。

具体的，所述贯通孔远离所述岩石试件的一侧上设有滑槽，所述 扰动入射杆上设有与所述滑槽相配合的凸台，所述滑槽的延伸方向与 所述扰动入射杆的滑动方向平行；

所述左加载头对所述岩石试件加载时，所述凸台与所述滑槽的左 端相抵接，并且所述扰动入射杆与所述左加载头的加载端面平齐。

具体的，所述岩石试件被柔性套体包裹，所述柔性套体上设有与 所述扰动入射杆位置对应的避让孔，且各个端面上均布有渗流孔。