[发明专利]一种模拟高水压力加载和风干控制的水岩作用装置及其方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种水电工程中水岩作用试验技术领域，更具体涉及一种模拟高水压力加载和风干控制的水岩作用装置及其方法。

背景技术

随着一大批水电工程的建设和大西南水电资源的开发，地质灾害监测预警以及地质灾害中长期预报、对水电工程安全稳定性评价的实际要求，关于水对岩体影响的研究提出了更高的要求，不但要求准确掌握水-岩作用下岩石的抗压、抗剪、抗拉等常规物理、力学性质的劣化规律，而且要求掌握高强水压状态下水-岩长期作用力学特性变化规律。饱水岩石在高强水压力作用下的力学性能特征变化一直是岩石力学研究难点所在，其主要原因在于：室内试验条件水压达不到实际要求，无法保证岩石试样处在高强度水压状态进行力学试验。根据发明专利(CN101789198A)模拟库水压力状态下水-岩作用机理实验仪内容所述，实现方式为向岩石溶解仪中人工加水，并通过手动控制将储气瓶中氮气通入岩石溶解仪中气囊，实现对岩石溶解仪内部水体进行加压，该设备在一定程度可以满足科学研究的需要，但是存在如下三个方面的不足：

(1)、该仪器气压控制范围在1MPa以内，气压较低，只能模拟100m水头压力差以内的水岩作用试验，试验并不能满足更高水头压力差条件。

(2)、该设备没有风干装置，不能模拟岩样的风干过程。

(3)、该设备没有温度控制系统，无法控制浸泡时的温度。

因此，开发一种既可实现高强水压状态，又能够模拟风干岩样的水岩作用试验装置是相关领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种模拟高水压力加载和风干控制的水岩作用装置及其方法，通过高压强气体转化系统、高强气压转化高水压系统、将风干控制水岩作用器内水压转为高压强状态下的水样，并进行高水压状态下的水岩力学试验，为水电工程中深埋长大引水隧洞岩体在长期水岩作用下的劣化机理分析提供试验平台，为水电工程稳定评价和防护提供技术支撑。

本发明所采用的技术方案是：

一种模拟高水压力加载和风干控制的水岩作用装置，包括高压强气体增压系统、高压强气体转化高水压系统、水岩作用器。

所述高压强气体增压系统包括氮气气源、气驱气体增压器、静音空气压缩机、三级气体过滤器、冷冻干燥机。静音空气压缩机连接三级气体过滤器，三级气体过滤器连接冷冻干燥机，冷冻干燥机连接气驱气体增压器的工作压力室；静音空气压缩机压缩空气，经过三级气体过滤器、冷冻干燥机将气体导入工作压力室。

氮气气源通过第一调节阀连接气驱气体增压器的驱动活塞；氮气气源经过第一调节阀驱动气驱气体增压器的驱动活塞，实现工作压力室内的气体增压目的，并导入高压气源。

所述高压强气体转化高水压系统包括高压气源、第二调节阀、比例阀、输出压力表、导气管阀、气水压力交换器、循环增压泵、储水箱。高压气源、第二调节阀、比例阀、输出压力表、导气管阀、气水压力交换器依次连接；储水箱连接循环增压泵，循环增压泵连接三向过水管头的c向阀门，三向过水管头的b向阀门连接气水压力交换器的进水孔。

所述水岩作用器设有风干控制系统、水扰动装置，水岩作用器设有通气孔、注水孔、取水样口，注水孔连接三向过水管头的a向阀门，水岩作用器内部设有岩样搁置板。

所述高压强气体增压系统、高压强气体转化高水压系统、风干控制系统分别连接微机，分别进行自动化控制空气增压、自动化控制水压加载、以及稳压、恒温控制风干。

所述岩样搁置板为多层，岩样搁置在岩样搁置板上。

所述水扰动装置包括位于水岩作用器外部的电机,位于水岩作用器内部的风叶轮，所述电机连接所述风叶轮。

所述风干控制系统包括位于水岩作用器内部的加热元件、位于水岩作用器外部的小型鼓风机，所述水岩作用器上预留有鼓风孔。

所述水岩作用器的容器壁包括外部的不锈钢管、内部的有机玻璃管。

本发明一种模拟高水压力加载和风干控制的水岩作用装置及方法，技术效果如下：