[发明专利]基于真实水环境下岩石应力-化学耦合蠕变试验装置及其测试方法

说明书

本发明公开了一种基于真实水环境下岩石应力‑化学耦合蠕变试验装置及其测试方法。岩样置于三轴蠕变试验装置的承压桶中，通过水压控制系统对岩样施加围压；化学溶液添加室位于试验装置密封桶盖上部，用于保证试验中化学溶液浓度稳定；维持轴压、水压、化学溶液浓度稳定后，进行岩石三轴蠕变试验。本发明通对不同轴压、不同水压、不同化学溶液浓度下的岩石蠕变试验，对定量研究岩石受围岩应力、地下水作用、化学腐蚀单独或共同作用下的长期稳定性问题具有参考价值。

技术领域

本发明涉及岩石力学与地下工程领域，具体涉及一种基于真实水环境下岩石应力-化学耦合蠕变试验装置及其测试方法。

背景技术

岩石在地下水环境下的应力-化学耦合问题是目前岩石力学一个重要的研究课题。水化学溶液在岩体工程中广泛存在，并影响着岩石的物理力学性质。水化学溶液的存在，一方面能够产生孔隙水压力，降低岩石骨架所承受的有效应力，从而降低了岩石的强度力学特征；另一方面，水化学溶液能够对岩石的矿物成分和矿物颗粒之间的胶结物产生物理化学作用，改变岩石原有结构或产生新的矿物。此外，水化学溶液对岩石力学特征的效应不仅仅只是有效应力减少，化学腐蚀对岩石物理力学特性的影响也非常巨大。研究水化学溶液对岩石物理力学特性具有重要的理论意义和工程应用价值。

岩石在地下水环境下的应力和化学腐蚀作用条件下的蠕变力学特性，是确定岩石在水化作用下长期强度与稳定性的主要方式之一。因此，非常有必要开展岩石在真实水环境下应力-化学耦合下蠕变试验。目前，进行岩石常规三轴蠕变试验的方法已经非常成熟，但在真实水环境下进行岩石应力-化学耦合下蠕变试验的方法还比较少见，尚未有不同轴压、不同水压、不同化学溶液浓度下单独或共同作用下，岩石蠕变演化规律的测试装置和测试方法。

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，提供一种基于真实水环境下岩石应力-化学耦合蠕变测试装置及其测试方法。测试岩石试样在不同轴压、不同水压、不同浓度化学溶液单独或共同作用下应力、应变、时间以及化学溶液浓度的演化规律，解决岩石受地下水、化学腐蚀以及地应力单独或共同作用下的长期强度问题。

技术方案：本发明提供一种基于真实水环境下岩石应力-化学耦合蠕变测试装置，岩样置于三轴蠕变试验装置的承压桶中，还包括与承压桶相连的水压系统、与承压桶顶部密封桶盖相接触的轴向液压加载系统、置于密封桶盖上部的化学溶液浓度调节系统，以及一系列的应力、水压力、位移、化学溶液浓度测量系统。其中液压加载系统提供轴向力的加卸载功能，水压系统提供围压的加卸载功能，化学溶液添加系统提供化学溶液浓度稳定和增减功能。

进一步，所述的水压系统通过水压施加围压，由于水属于不可压缩液体，既可以模拟真实的水环境条件，又可以为岩样施加围压。

进一步，所述的承压桶内有酸碱度传感器，可测量其化学溶液浓度的变化情况。

进一步，所述的化学溶液添加室置于承压桶密封盖上，与承压桶相连接，可调节承压桶化学溶液浓度。

进一步，所述的化学溶液添加室与承压桶连接处设有单向阀和截止阀，试验中，截止阀处于关闭状态，若要改变承压桶中的化学溶液浓度，可打开截止阀。

进一步，蒸馏水进入承压桶后，将会与岩石试样进行完全接触，模拟真实的地下水环境条件；通过压力传感器对水压大小进行调节，来实现岩石试样围压大小的变化。

进一步，化学溶液添加室可添加蒸馏水或化学溶液，根据承压桶内酸碱度传感器所显示的化学溶液浓度大小，通过化学溶液浓度控制系统，可对承压桶内化学溶液浓度进行实时调整，保证化学溶液浓度的稳定。