[发明专利]一种多场耦合动态加载岩石力学实验装置及应用方法

说明书

本发明公开了一种多场耦合动态加载岩石力学实验装置及应用方法，岩石试样置于动态加载实验装置的压力室中，溶液存储室将一定浓度溶液通过导管分别注入岩石试样的顶、底部，对岩石试样施加顶部渗压和底部渗压；通过加热炉对压力室内岩石试样及周围溶液进行温度调节和控制；维持渗压、温度以及溶液浓度稳定后，进行动态冲击加载试验。本发明通过控制岩石试样底部和顶部的溶液渗压差实现溶液渗流，通过加热炉控制压力室内岩石试样和周围溶液的温度；实现不同温度、不同渗压、不同加载率、不同溶质及溶液浓度下岩石多场耦合动态加载试验，对定量研究岩体受地下水、化学腐蚀、地热以及冲击载荷单独或共同作用的强度特征及失稳机理具有重要参考价值。

技术领域

本发明涉及一种多场耦合动态加载岩石力学实验装置以及应用所述实验装置的方法。

背景技术

岩石作为地球形成、地壳地质活动衍化的产物，被广泛应用于各类建筑物地基、围岩或建筑材料等工程建设领域。岩石的多场耦合问题是目前岩石力学一个重要的研究课题，具有非常重要的工程背景和意义。许多地下岩石工程中，如地下存储洞库、大坝坝基、地下引水隧洞等均存在多重因素耦合效应。地下水的存在通常会使得水与岩石发生相互耦合作用，同时，渗透水中的化学成分复杂多样，不断侵蚀着岩石内部，而随着埋深不断增大的温度效应对岩石材料破坏亦有很大影响。因而如何采取有效的研究手段和研究方法，系统地研究岩石在渗流-应力-温度-化学多场耦合下的力学特性以及在爆破或岩爆发生时的动态变形破裂机理，这对进一步理解复杂多场耦合条件下岩石动态破裂失稳机制无疑是十分有意义的工作。

另一方面，岩石材料受外力或内力作用时，由于其本身的弹性形变、裂纹扩展，造成脆性材料内局部因能量的快速释放而发出的瞬态弹性波现象，称为声发射。声发射是研究脆性材料失稳破裂演化过程的一个良好工具，能连续、实时地监测载荷作用下脆性材料内部微裂纹的产生和扩展，并实现对其破坏位置的定位，这是其他任何试验方法都不具有的特点，已被广泛应用于研究岩石、混凝土等材料的破裂失稳机制研究。目前，进行岩石动态力学试验的方法已经成熟，但其中综合考虑温度效应和渗流场影响的动态实验加载装置仍未出现，并且其中能够实现不同渗压、不同温度、不同应变率和不同溶质及不同浓度溶液等多种因素作用下的岩石动力学特性及声发射特征的测试方法更是鲜有报道。

因此，如何改进动态加载岩石力学试验装置及方法以实现岩石试样动态加载的温度-声发射-渗流场多场耦合力学特性测试成为重要的研究内容。

发明内容

发明目的：本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种多场耦合动态加载岩石力学实验装置及应用方法，实现测试岩石材料在不同渗压、不同温度、不同应变率和不同溶质及不同浓度溶液等多种因素作用下的岩石动力学特性及声发射特征，对定量研究岩体受地下水、化学腐蚀、地热以及冲击载荷单独或共同作用下的强度特征及失稳机理具有重要参考价值。为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种多场耦合动态加载岩石力学实验装置，包括：

岩石试样、压力室、加热炉、气室、冲头、发射腔、入射杆、应变片、透射杆、吸收杆、导管、阀门、溶液存储室、测速系统、声发射传感器、声发射信号线、端子、BNC转接头、前置放大器、数据采集系统、热电偶、调节滑道、定位螺柱、找平螺栓、可调保温仓门、热电偶插入孔、加热腔、高强度透明石英筒，所述岩石试样装卡到所述压力室内，所述溶液存储室将一定浓度溶液通过所述导管分别注入岩石试样的顶、底部，对岩石试样施加顶部渗压和底部渗压；所述加热炉放置入射杆和透射杆中间，所述压力室置于加热炉中的加热腔内，加热腔外包裹有高强度透明石英筒，加热炉下部支架设置四个找平螺栓，通过所述加热炉对所述压力室内的所述岩石试样及周围溶液进行温度调节和控制；冲头在气室中加压由发射腔发射，冲头发射速度由测速系统监测记录，冲头发射后撞击入射杆产生应力波，入射杆撞击试样将应力波传播至透射杆中，透射杆尾部与吸收杆连接，数据采集系统与两个应变片连接，两个应变片分别布设于入射杆和透射杆中部；所述BNC转接头两端分别与端子及前置放大器连接，端子通过声发射信号线与声发射传感器连接；