[发明专利]用于冻结岩土体的低温-渗流耦合动态冲击压缩实验方法

说明书

一种用于冻结岩土体的低温‑渗流耦合动态冲击压缩实验方法，特征是，实现对冻结岩土体在不同的低温温度场和渗流场耦合环境下的各类冻害特性进行动态冲击压缩力学实验；首先是构建渗流场，然后构建低温温度场，最后开展渗流场、低温温度场耦合下的冻结岩土体的动态冲击压缩实验。

技术领域

本申请属于冻结岩土体的动态冲击压缩技术领域。

背景技术

岩土体的低温冻结造成的冻害不仅涉及岩土体的冻结膨胀损伤，而且还涉及低温环境下温度场、渗流场多场耦合，严重威胁着人工冻结工程和寒区岩土体工程的安全稳定性。特别是人工冻结法在地铁联络通道施工中的广泛应用，岩土体的低温-渗流耦合特性，以及冻结温度、冻结厚度、冻胀压力、工程扰动等是确保建设工程安全的重要前提。人工冻结过程中，当裂隙水存在于岩土体内部时，形成渗流场，其低温冻结过程中致使各种矿物颗粒随水温变化发生相变，出现冻胀融缩效应构成低温温度场，当裂隙水结冰时引发体积膨胀，产生冻胀应力引起岩土体的冻胀破裂，导致地下结构出现不同程度的破坏，因此，低温温度场和渗流场是人工冻结的必要条件，其关键技术是把天然的岩土体温度降低，形成较高强度且不透水的冻结帷幕。在实际的人工冻结岩土体工程开挖环境中，都是温度场、渗流场多场耦合作用的环境场，也均是一个动态的冲击扰动作用过程，如地铁联络通道冻结施工过程均受到地面施工荷载和车辆荷载、人工开挖荷载等动荷载扰动影响，而现有的研究主要是开展单一的低温温度场、渗流场作用下的静态室内单轴和三轴试验、数值模拟试验以及物理模拟试验等，不能真实反映岩土体赋存环境下的动态力学特性，没有系统开展低温温度场、渗流场耦合作用的冻结岩土体动态冲击压缩特性室内实验研究，也没有研发低温温度场、渗流场多场耦合的冻结动态冲击实验装置。因此，研发的冻结岩土体的低温-渗流耦合动态冲击压缩实验装置和方法，对精准掌握冻结岩土体的动态冲击物理力学特性，分析人工冻结和寒区岩土体冻害变形和破坏规律具有理论依据，为已建、在建和拟建的各类人工冻结工程和寒区工程的安全稳定性设计、施工和运营提供数据支撑，对防治人工冻结工程和寒区工程动态冲击引发的突水、突泥、坍塌、大变形等严重事故具有积极意义。

发明内容

本申请的目的是，为了克服上述现有技术的不足，提供一种用于冻结岩土体的低温-渗流耦合动态冲击压缩实验方法，具有低温温度场、渗流场多场耦合，能同时施加不同大小轴压-水压和温压，以及进行不同的冲击扰动荷载作用下的多场冻结动态力学特性实验的特点。

为了实现上述目标，本申请提供了如下技术方案：

一种用于冻结岩土体的低温-渗流耦合动态冲击压缩实验方法，特征是，实现对冻结岩土体在不同的低温温度场和渗流场耦合环境下的各类冻害特性进行动态冲击压缩力学实验；

首先是构建渗流场，然后构建低温温度场，最后开展渗流场、低温温度场耦合下的冻结岩土体的动态冲击压缩实验；

具体如下：

步骤一、渗流场构建：通过水力荷载及储存系统中的进水孔1001向水力荷载储存系统9中的第一水力储存洞901内注入带压纯净水909，然后通过水射流孔907流入第一水流输入槽903内，进而通过中轴轴向水流输入槽906依次输入至中轴纵向水流输入槽905内和第二水流输入槽904内，致使带压纯净水909 充满整个岩土体试样3，最后通过水射流孔907使第二水流输入槽904内的带压纯净水进入到第二水力储存洞902内，进而通过出水孔1002进行输出形成循环的流动式渗流场；

步骤二、低温温度场构建：设圆环式冻结腔系统4内壁全角度包裹岩土体试样3，通过液氮循环系统5中的进液孔501向圆环式冻结腔系统4中的第一圆环式冻结腔401注入液氮6，然后通过导液孔503流入第二圆环式冻结腔402内，最后通过出液孔502将气化后的低温氮气释放至室外，从而将液氮6的能量通过圆环式冻结腔传导至岩土体试样3而形成低温冻结场。；