专利名称：仿工程地质环境三轴压缩流变试验系统的制作方法
技术领域：
本发明专利涉及一种岩体流变变形测试，具体是一种仿工程地质环境岩体流变变 形试验系统，尤其适用于工程岩体多场耦合流变变形破坏力学测试。目前岩石力学研究的物理模型多为室内理想状态的试验环境，其模拟状况不能代 表地层真实物理化学力学环境情况，所得结果与工程实际结果会有一定的误差。因此仿真 工程地质环境三轴压缩流变试验系统的开发与应用具有重要意义。目前，在国内外没有仿 真地质环境三轴压缩流变试验系统。
背景技术：
随着开采深度增加、地下空间向更深处延伸，深部围岩以及支护体将会遇到各种 恶劣环境，其中主要有温度变化、湿度变化、酸碱度以及盐分变化等，导致围岩及支护体发 生物理化学变化，进而影响到支护体支护能力和围岩稳定性，甚至引起岩土工程事故，诱发 灾害发生。本发明结合我国具体深部工程岩土环境，参照国外环境适应性研究工作中已取 得的经验，选择了深部高温围岩环境来考查围岩对温度、湿度、化学渐变环境的长期力学特 性。选择+100°C高温和-200C低温进行了温度渐变试验，不同湿度循环试验(模拟季节温度 变化、深部岩土工程环境变化、环境转移等)，研究岩石的流变力学性能的变化以及流体渗 流等现象，总结出一些典型岩石、支护体在经历了恶劣的温度、湿度渐变环境考验后发生变 化的规律，找出工程围岩及支护体劣化原因，完善深部围岩维护及施工工艺，并建立围岩、 支护体对温度、湿度、化学渐变环境适应性试验的评价方法。因此，在变温度、变湿度以及变 化学环境观测岩石的流变变形，对深部围岩破坏而出现灾难性事故预测有着十分重要的意 义。目前，在岩石力学实验中，对岩体流变变形测试存在的问题在于一是由于只考虑在室 内试验条件，与实际工程条件相差较大，试验精度差；二是传统流变试验装置，不能进行气 固耦合；三是传统流变试验装置，没有考虑温度场、湿度场以及化学场等多场耦合，无法为 工程提供实际有价值的数据。

发明内容
为了解决上述问题，本发明专利提供仿工程地质环境三轴压缩流变试验系统，能 够精确测量岩石在多场耦合条件下的流变力学行为。本发明的技术方案是仿工程地质环境三轴压缩流变试验系统，它包括温控器15与湿控器16分别控制加热装置10和化学加湿器9，从而最终控制试件 的湿度场、水化学场以及温度场变化；计算机18连接打印机19，用于定期采集或实时传输采集数据；流体罐12与三轴缸体7连接，用于气体与固体耦合；控制系统20连接计算机18、温控器15、湿控器16和应变仪17，用于温度、湿度以 及变形加载速率自动控制。应变片4，与应变仪17连接，用于岩石流变变形测量；
岩样装置在一个三轴缸体7内，该缸体可以满足易燃、易爆流体的防爆要求。该仿真地质环境三轴压缩流变试验系统，加载系统依托于流变仪提供轴向压力 O1,采用液压胶囊13接触试件3作为加载力源提供侧向压力O2，围压提供O3，从根本上 解决了侧向接触面的摩擦问题，实现了真三轴加载试验。侧向压力σ 2由液压或气压提供。该仿真地质环境三轴压缩流变试验箱，加热系统采用石墨电阻加热器11，解决加 热均勻问题，实现岩石在高温条件下的流变试验。该仿真地质环境三轴压缩流变试验系统，加湿系统采用化学加湿器9，实现岩石在 不同湿度、水化学条件下的流变试验。本发明优点a、加热系统采用石墨电阻加热器11，解决加热均勻问题，实现岩石在高温条件下 的流变试验。b、化学加湿系统采用化学加湿器9，实现岩石在不同湿度、化学条件下的流变试验。C、下加载杆2与三轴缸体7之间放置不同厚度的钢垫块8，以适应不同尺寸的试 件。d、通过化学加湿器9，提供不同酸碱、盐份水汽，实现岩石在不同化学条件下的流
变试验。e、液压胶囊13内附菱形钢编网，其作用是提高液压胶囊13的耐压、耐腐蚀、承受 高压。允许小范围内的位移与变形，更好的消除摩擦。f、不仅可以选择用气体(氧气、氮气)、液体(油、水)提供围压，提供气体(甲烷、 二氧化碳)、液体(油、不同酸碱度的水)与岩石相互作用的环境，而且可以选择使用不与岩 石作用的其它液体提供围压，满足多种加载方式的需要。


图1是岩土材料仿工程地质环境三轴压缩流变试验装置结构示意图。图1中，一种仿工程地质环境三轴压缩流变试验装置，由下加载杆1、上加载杆2、 试件3、应变片4、上压头5、下压头6、三轴缸体7、钢垫块8、化学加湿器9、加热装置10、石 墨热电阻丝11、流体罐12、液压胶囊13、玻璃钢密封壳14、温控器15、湿控器16、应变仪17、 计算机18、打印机19和控制系统20组成。图2是本发明的仿工程地质环境常规三轴压缩流变试验系统加载示意图。图2中，ο工为流变仪提供的轴向压力；σ 3为液压胶囊膨胀13接触试件3产生的 加载力源所提供的围压。PpP2为气体、液体(甲烷、二氧化碳或水)提供的渗透压力。图3是本发明的仿工程地质环境真三轴压缩流变试验系统加载示意3中，σ工为流变仪提供的轴向压力；σ 3为液压胶囊13接触试件3产生的加载 力源所提供的侧向压力；围压ο 3由液体或气体提供。
具体实施例方式下面结合附图详细说明本发明的使用方式。
如图1所示，本发明一种仿真地质环境三轴压缩流变试验系统，由与下压头6相连 的下加载杆1、与上压头5相连的上加载杆2对试件3重力施加恒载；加热装置10中的石 墨热电阻丝11给试件加热，通过温控器15调节温度；化学加湿器9由湿控器16控制并提 供含有不同盐份、酸碱度的水；流体罐12为试件3提供甲烷或二氧化碳；应变片4与应变仪 17连接测量试件的流变变形，通过计算机18与打印机19采集、保存数据并打印结果。
权利要求
仿工程地质环境三轴压缩流变试验系统，其特征是温控器15与湿控器16分别控制加热装置10和化学加湿器9，从而最终控制试件3的湿度场、温度场以及化学场变化；计算机18连接打印机19，用于定期采集或实时传输采集数据；流体罐12与三轴缸体7连接，用于气体与固体耦合；控制系统20连接计算机18、温控器15、湿控器16、应变仪17，用于温度、湿度以及变形加载速率自动控制。
2.根据权利要求1所述的流体罐12，其特征在于良好的稳压作用。
3.根据权利要求1所述的三轴缸体7，其特征在于三轴缸体7用玻璃钢制作的防爆、耐 高温以及防腐蚀缸体。
全文摘要
本发明提供了属于岩石材料压缩实验装置的一种仿工程地质环境三轴压缩流变试验系统。突出特点是该仿工程地质环境三轴压缩流变试验系统中的试验箱，可依托于普通流变压缩试验装置，采用加湿器、加热器、流体罐，实现了对工程地质环境中的温度场、湿度场、化学场变化的仿真模拟。该装置从根本上解决了室内试验与现场原位测试得出岩石力学参数偏差较大以及岩土围岩多场耦合环境仿真模拟困扰。该实验系统结构紧凑、造价低，不仅装拆试件、检测器、导管及引线相当容易，而且对不同岩性、不同尺寸的试件具有较强的适应性，为研究复杂工程地质条件下的围岩稳定性力学行为提供了一套完整的技术和手段。
文档编号G01N3/28GK101886996SQ201010194140
公开日2010年11月17日 申请日期2010年5月31日 优先权日2010年5月31日
发明者付志亮, 刘元雪, 华心祝, 孟祥瑞, 王磊, 王素华, 谢广祥, 高明中 申请人:付志亮