[发明专利]一种深地工程原位应力场和渗流场超重力模拟系统

权利要求书

1.一种深地工程原位应力场和渗流场超重力模拟系统，用于模拟500～1000m深地工程的应力场和渗流场，包括：

三轴压力室，用于放置模型，并提供深地构筑物的原位轴压、围压以及所处的渗流场；

模拟控制装置，用于向三轴压力室提供压力液体和孔隙水以产生前述轴压、围压和渗流场，并控制轴压、围压和渗流场的量值；所述模拟控制装置包括主控单元、压力渗流控制单元、数据反馈单元和源汇单元；所述压力渗流控制单元为四个，分别为轴压控制单元、围压控制单元、孔隙水进口控制单元和孔隙水出口控制单元，从而可以独立控制模型的轴压、围压和渗流场；

信号采集装置，用于在试验过程中监测模型变形和渗流过程；

进行模拟试验时，将所述三轴压力室放置在超重力离心机上，且该超重力离心机产生的离心加速度为重力加速度g的n倍以使模型处于超重力状态，n为大于1的整数，从而产生高围压和高应力，并产生具有梯度的自重应力和围压压力；

在上述离心加速度下，试验所用模型发生的动态过程在达到与原型同样效果时，所用时间为原型过程历时的1/n。

2.如权利要求1所述深地工程原位应力场和渗流场超重力模拟系统，其特征在于：所述三轴压力室包括四个通道，该四个通道分别为轴压通道、围压通道、孔隙水进口通道和孔隙水出口通道。

3.如权利要求2所述深地工程原位应力场和渗流场超重力模拟系统，其特征在于：

所述轴压控制单元与轴压通道连接，用于控制三轴压力室中的轴压；

所述围压控制单元与围压通道连接，用于控制三轴压力室中的围压；

所述孔隙水进口控制单元与孔隙水进口通道连接，孔隙水出口控制单元与孔隙水出口通道连接，两者构成孔隙水在进出口的压力差，用于控制三轴压力室中的渗流场。

4.如权利要求1所述深地工程原位应力场和渗流场超重力模拟系统，其特征在于：所述数据反馈单元用于采集模拟过程中从压力渗流控制单元输出至三轴压力室内的轴压、围压、孔隙水流量，并将采集的数据传输给主控单元。

5.如权利要求1所述深地工程原位应力场和渗流场超重力模拟系统，其特征在于：

所述源汇单元用于向压力渗流控制单元提供压力液体。

6.如权利要求5所述深地工程原位应力场和渗流场超重力模拟系统，其特征在于：所述压力渗流控制单元包括压力渗流控制器和压力渗流调节器；在接收从源汇单元输出的压力液体或孔隙水后，压力渗流调节器监测该液体的流量并输出给主控单元，且根据主控单元的反馈，动态调节压力渗流控制器输出液体的流量。

7.如权利要求6所述深地工程原位应力场和渗流场超重力模拟系统，其特征在于：所述压力渗流控制器包括驱动组件、储液组件、控制组件和输出组件，所述驱动组件用于将源汇单元输出的压力液体对自身的推力转化为自身对储液组件的推力，所述储液组件为储存压力液体或孔隙水的容器，该容器中的液体与源汇单元输出的液体不连通，储液组件在受到驱动组件对自身的推力后通过管道向输出组件输送其中的液体，所述控制组件与压力渗流调节器相连，用于控制输入驱动组件的液体的流量，所述输出组件与储液组件相连，用于将储液组件中的压力液体或孔隙水输出到三轴压力室中。

8.如权利要求1所述深地工程原位应力场和渗流场超重力模拟系统，其特征在于：所述信号采集装置包含位移、变形、湿度传感器，用于监测试验过程中试样的变形和渗流过程。

9.如权利要求2所述深地工程原位应力场和渗流场超重力模拟系统，其特征在于：所述三轴压力室还包括轴压模拟组件、围压模拟组件和渗流模拟组件。

10.如权利要求9所述深地工程原位应力场和渗流场超重力模拟系统，其特征在于：所述轴压模拟组件与轴压通道相连，其包括一对位于三轴压力室内模型的顶部和底部的轴压压头，其中一压头固定，另一压头可上下移动，在压力液体的驱动下对模型施加轴向压力。