[发明专利]一种岩土湿、热、力耦合作用的裂隙模拟装置及其试验方法

说明书

本发明公开了一种岩土湿、热、力耦合作用的裂隙模拟装置及其试验方法，模拟装置包括试验箱、环境温湿度控制系统及量测系统；试验箱，用于放置岩土试样并模拟岩土试样的湿度、温度及所受光照环境；岩土试样外随试样高度变化包裹有不同层数的橡皮膜，用于模拟岩土试样所受围压；温度传感器，用于监测岩土试样的温度；微波加热装置，用于微波加热岩土试样内部的水；红外成像仪，用于记录微波加热全过程中岩土试样内部水的形态及变化，即得岩土试样内部裂隙的形态及变化。本发明能够准确模拟岩土试样在外界光照、浸水、受压时的湿、热、力耦合作用对裂隙的影响，同时能够得到岩土试样在湿、热、力耦合作用下裂隙发育形态及发育过程。

技术领域

本发明属于岩土试验技术领域，涉及一种岩土湿、热、力耦合作用的裂隙模拟装置及其试验方法。

背景技术

岩土在受外界光照、浸水、荷载条件下，其温度、湿度、裂隙率会发生变化，进而影响其工程质量，现有的土体环境模拟实验装置主要模拟岩土上表面湿度、温度，且在试验过程中难以得到土体内部裂隙发育规律。

在实际应用中，现有实验装置存在以下缺点：其一，现有装置只考虑了上部与底部渗水模拟，未实现中部渗水模拟。其二，现有试验装置没有实现对岩土进行湿热力耦合下的作用，难以模拟实际情况中岩土受到的地下水及土中应力的影响。其三，只能通过外表观察或核磁共振技术得到最终的裂隙形状，无法观察到每一个试验阶段中的内部裂隙形状发育规律，此外，外表观察的精度难以保障，核磁共振技术成本高。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供一种岩土湿、热、力耦合作用的裂隙模拟装置，能够准确模拟岩土试样在外界光照、浸水、受压时的湿、热、力耦合作用对裂隙的影响，同时能够得到岩土试样在湿、热、力耦合作用下裂隙发育形态及发育过程，解决了现有技术中存在的问题。

本发明的另一目的是，提供一种岩土湿、热、力耦合作用的裂隙模拟方法。

本发明所采用的技术方案是，一种岩土湿、热、力耦合作用的裂隙模拟装置，包括试验箱、环境温湿度控制系统及量测系统；

所述试验箱，用于放置岩土试样并模拟岩土试样的湿度、温度及所受光照环境；

所述环境温湿度控制系统，用于控制湿度、温度；

所述岩土试样外随试样高度变化包裹有不同层数的橡皮膜，用于模拟岩土试样所受围压；

所述量测系统包括温度传感器、微波加热装置、红外成像仪；

所述温度传感器，用于监测岩土试样的温度；

所述微波加热装置，用于微波加热岩土试样内部的水；

所述红外成像仪，用于记录微波加热全过程中岩土试样内部水的形态及变化，即得岩土试样内部裂隙的形态及变化。

进一步的，所述试验箱包括环境模拟箱，环境模拟箱的箱壁采用保温结构，环境模拟箱内部设有试样室，试样室的壁面采用隔微波结构，试样室内部放置有岩土试样。

进一步的，所述岩土试样的上部安装有上部渗水器，上部渗水器包括圆柱状的筒体，筒体的直径与试样直径相同，筒体的底部设有PVC透水膜，PVC透水膜与岩土试样顶部接触，上部渗水器通过对应的输水管与马氏瓶相连，用于维持上部渗水器中水的高度，连接上部渗水器的输水管上安装有自动阀门，用于定时对上部渗水器输水，模拟地表滞留水；

所述岩土试样的中部安装有中部渗水器，即环形渗水器，环形渗水器包括横截面为圆环形的筒体，筒体的内径与岩土试样直径相同，筒体的内侧壁设有PVC透水膜，环形渗水器通过对应的输水管与马氏瓶相连，用于控制环形渗水器的渗水程度，环形渗水器通过PVC透水膜向试样上下方向渗水；

所述岩土试样的下部安装有下部渗水器，下部渗水器包括圆柱状的筒体，岩土试样直径小于筒体的直径，下部渗水器通过对应的输水管与马氏瓶相连，模拟的地下水水位高度，下部渗水器通过透水石向岩土试样渗水。

进一步的，所述试样室上方安装有高度可调、角度可调的聚光灯。