[发明专利]一种多场耦合下岩石微细观结构实时观测试验平台

说明书

本发明公开了一种多场耦合下岩石微细观结构实时观测试验平台，用于长期高温‑渗流‑应力耦合下岩石微细观结构实时观测试验，加载台具有岩石容置槽用于放置岩石试件，并且加载台的相邻两个侧面各开设有至少一个横向的加载孔道；压力加载系统配备有压力顶杆，向岩石试件的相邻两个侧面压力加载；水/气压加载系统用于向岩石容置槽内的岩石试件施加水/气压力；加热系统用于向岩石容置槽内的岩石试件进行加热。本发明的多场耦合下岩石微细观结构实时观测试验平台，可以实现岩石高温‑渗流‑应力耦合下的岩石微细观结构长期观测，从而可以实现对高温‑渗流‑应力耦合作用下蠕变岩石尤其是花岗岩微细观结构演化特征的研究。

技术领域

本发明涉及岩土和地下工程领域，特别地涉及一种多场耦合下岩石微细观结构实时观测试验平台，尤其能够用于深层、超深层岩石长期高温-渗流-应力耦合下岩石微细观结构实时观测和研究。

背景技术

花岗岩具有高密度、高强度和低渗透性等特性，是建立高放射性核废物（简称：高放废物）深部地质处置库的理想围岩材料之一。由于高放废物的衰变需要至少一万年以上时间，地质处置库围岩的长期耦合性能一直是世界上各个核工业国家的重点研究课题。

深部地质处置库设计深度大约为500-1000m，其赋存地质环境具有高地应力、高地温和高岩溶水压的特点。深部地质环境下，花岗岩具有强蠕变特性，围岩开挖后的声发射数据和围岩位移数据均表现出了明显的蠕变特征。蠕变损伤形成的花岗岩内部裂纹/裂隙渗流通道，以及内部不连续结构形态，必然引起花岗岩渗透性能的变化。因此，处置库在长期的运营过程中，深部花岗岩蠕变损伤对其渗透性能的影响，是围岩核素迁移安全不确定性的关键因素之一。

处置库围岩的蠕变-渗流耦合性能是关系处置库长期稳定性和安全性的关键因素之一，深部不是深度，是一种应力环境状态，在深部高应力、高温和高渗透压环境下，深部花岗岩必将经历复杂的蠕变-渗流耦合过程。如若不能准确地描述多物理场耦合下的深部花岗岩蠕变行为、花岗岩蠕变损伤引起的长期渗透性能变化，必然不能准确地评估地质处置库核素迁移的长期安全性。

已有的针对岩石材料结构演化研究的成果中，对岩石微细观结构的实时观测试验主要基于扫描电子显微镜（真空环境）、原子探针（静态观测）和CT技术（静态观测或成本太高）等，以往试验平台只能实现加载结束后拿去观测，且观测系统受限于真空、干燥等环境限制，无法适用于在施加多物理场耦合的同时进行长期观测。

发明内容

为解决上述问题，本发明的目的在于提出一种多场耦合下岩石微细观结构实时观测试验平台，采用自制的岩石多场耦合微细观结构实时观测平台，用于多场耦合下岩石微细观结构的长期观测和研究，尤其能够实现岩石高温-渗流-应力耦合下的岩石微细观结构长期观测，从而可以实现对高温-渗流-应力耦合作用下蠕变岩石尤其是花岗岩微细观结构演化特征的研究。

为达到以上目的，本发明是这样实现的：

本发明提供一种多场耦合下岩石微细观结构实时观测试验平台，主要包括工作台、加载台、压力加载系统、水/气压加载系统、观测系统、加载控制与数据采集系统，其中：

所述工作台至少用于承载所述加载台、压力加载系统和观测系统；

所述加载台安装在所述工作台上，加载台具有岩石容置槽，该岩石容置槽用于放置岩石试件，并且加载台的相邻两个侧面各开设有至少一个横向的加载孔道，该加载孔道连通岩石容置槽；

所述压力加载系统安装在所述工作台上，压力加载系统配备有压力顶杆，该压力顶杆穿过所述加载孔道，向岩石试件的相邻两个侧面压力加载；

所述水/气压加载系统由加载台的底部连通至岩石容置槽，用于向岩石容置槽内的岩石试件施加水/气压力；

所述观测系统位于所述加载台的上方，用于观测岩石试件的加载过程；