[发明专利]直接拉伸荷载下的岩石应力-渗流耦合试验装置

说明书

本发明公开一种直接拉伸荷载下的岩石应力‑渗流耦合试验装置，包括岩石试样、直接拉伸系统、注水渗透系统以及数据自动采集系统；所述岩石试样内设有一呈圆柱状的封闭注水内腔；所述直接拉伸系统包括试样套帽、连接件、柔性抗拉绳索、球头拉杆、套筒、滚珠；所述注水渗透系统包括进水管、出水管、流量计、抽水泵；所述数据自动采集系统包括数据显示器、应变片。本拉伸试验装置设置岩石直接拉伸系统，结合带有封闭内腔的圆柱状岩石试样，通过在岩石试样内腔中施加不同的水压，实现岩石在直接拉伸荷载下，测定拉伸与渗流共同作用下的岩石力学性能指标，不仅提供了一个直接拉伸荷载下的岩石应力‑渗流耦合试验装置，而且有利于全面研究岩石的渗透特性。

技术领域

本发明涉及一种岩石试验装置，具体涉及一种直接拉伸荷载下的岩石应力-渗流耦合试验装置。

背景技术

岩石渗透特性的研究是目前岩石力学中一个重要的研究课题，具有非常重要的工程背景和意义。应力场与渗流场耦合条件下，应力场的改变又会导致材料裂隙发生进一步变形，特别拉应力可以导致裂纹迅速扩展或者裂隙张开，岩石内部空隙增大，进一步改变其渗透性能进而影响渗透系数，导致岩石力学性能指标劣化。因此，水的渗流场随着材料的渗透系数变化而重新分布，这种应力与渗流相互作用，称为应力-渗流耦合。近年来，我国兴建一批重大岩石力学工程的，导致应力-渗流耦合作用下岩石的变形、损伤破坏及稳定性成为工程学科的热点问题，但解决这些问题的关键在于得到耦合作用下力学指标与渗透系数变量之间定量关系，以能够反映应力应变及渗透系数演化规律的应力-渗流耦合本构模型，从微细观角度对工程的水-力破坏机理和长期稳定性进行研究，对于岩石工程设计、施工以及减灾防灾均具有重要的现实意义

公开号为CN105699211A、CN105486623A等中国公开专利文献，虽然是关于应力-渗流耦合的试验装置，但是这些试验装置的耦合都是在围压作用或者剪切渗流作用下进行的，并没有针对岩石在直接拉伸荷载下的应力-渗流耦合研究，且目前还未有关于直接拉伸载荷下的应力-渗流耦合试验装置。因此，在直接拉伸荷载下的岩石渗透性能还不可知，进而限制岩石工程的应用领域范围。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明提供一种直接拉伸荷载下的岩石应力-渗流耦合试验装置，本拉伸试验装置设置自动对中式岩石直接拉伸系统，结合带有封闭内腔的圆柱状岩石试样，通过在岩石试样内腔中施加不同的水压，实现岩石在直接拉伸荷载下，测定拉伸与渗流共同作用下的岩石力学性能指标，不仅提供了一个直接拉伸荷载下的岩石应力-渗流耦合试验装置，而且有利于全面研究岩石的渗透特性。

为了达到上述目的，本发明采取的技术方案：

直接拉伸荷载下的岩石应力-渗流耦合试验装置，包括呈圆柱状的岩石试样、直接拉伸系统、注水渗透系统以及数据自动采集系统；所述岩石试样内设有一呈圆柱状的封闭注水内腔；所述直接拉伸系统包括对称设置的上拉伸试验单元和下拉伸试验单元，所述上拉伸试验单元、下拉伸试验单元均包括配合设于岩石试样端部的试样套帽，所述试样套帽上连接一连接件，所述连接件的端部铰接一柔性抗拉绳索，所述柔性抗拉绳索是由碳纤维材料制成，所述柔性抗拉绳索的端部铰接于一球头拉杆上，所述试样套帽、连接件、柔性抗拉绳索、球头拉杆同轴安装，所述球头拉杆包括呈半球状的球头转件和设于球头转件下方、且与柔性抗拉绳索铰接的连接拉杆，所述球头转件嵌套于一套筒内，所述套筒内开设与球头转件相匹配的嵌入槽，所述嵌入槽内、且沿着球头转件的圆周表面设有若干颗滚珠，所有滚珠可与球头转件相对转动，所述套筒上、且位于嵌入槽的上方可拆卸地设有一嵌槽盖；所述注水渗透系统包括与岩石试样上端连接的进水管、与岩石试样下端连接的出水管，所述进水管、出水管与封闭注水内腔相通，所述进水管和出水管均贯穿试样套帽后与流量计、抽水泵连接，所述流量计用于控制水管上的流量，所述抽水泵用于控制封闭注水内腔的水压；所述数据自动采集系统包括数据显示器，所述数据显示器与出水管上的流量计电气连接，所述数据显示器还与位于岩石试样表面上的应变片电气连接。