[发明专利]水环境下岩石温度-应力耦合蠕变试验装置及测试方法

说明书

本发明公开了水环境下岩石温度‑应力耦合流变试验装置及测试方法。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；加热及保温装置位于承压桶四周，用于保证试验中承压桶内温度的稳定；待轴压、水压、温度稳定后，进行岩石三轴蠕变试验。本发明通对不同轴压、不同水压、不同温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、温度影响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，具体涉及水环境下岩石温度-应力耦合蠕变试验装置及测试方法。

背景技术

岩石的轴压、水压和温度耦合问题是目前岩石力学一个重要的研究课题。岩石的强度时效性是岩石流变重要的特征之一，是岩体工程长期稳定性预测的重要依据。大型水电站、采矿工程、大型地下油气工程的扩张式发展，深部岩体在高温作用下的蠕变力学性能就变得尤为重要。特别是在水环境下，岩石在热-力耦合作用下的长期强度问题，还有待进行更深入的研究。

岩石在水环境条件下温度-应力耦合蠕变力学特性，是确定岩石在地应力、地下水环境以及高温作用下长期强度与稳定性的主要方式之一。因此，非常有必要开展在真实水环境条件下岩石温度-应力耦合蠕变试验。目前，进行岩石常规三轴蠕变试验的方法已经非常成熟，但进行真实水环境条件下岩石温度-应力蠕变试验的方法还比较少见，尚未有不同轴压、不同水压、不同温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，提供水环境下岩石温度-应力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、不同温度下单独或共同作用下应力、应变、时间以及温度的演化规律，解决岩石受地下水、温度以及地应力单独或共同作用下的长期强度问题。

技术方案：本发明提供水环境下岩石温度-应力耦合蠕变试验装置，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、置于桶身四周的加热保温系统，以及一系列的应力、水压力、位移、温度测量系统。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，加热保温系统提供温度的增减和保温功能。

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，所述的承压桶内有温度传感器，可测量桶内温度变化的情况。

进一步，所述的加热保温系统置于承压桶桶身四周，与温度传感器相连接，可调节承压桶内温度。

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，通过温度控制系统，可自动对承压桶内温度进行实时调整，保证桶内温度的稳定。

水环境下岩石温度-应力耦合蠕变测试方法，选取并制备岩样，将岩样置于三轴蠕变试验装置的承压桶内，通过水压系统将蒸馏水冲入承压桶内对试样施加围压，并以此模拟真实的地下水环境，调节位于承压桶桶身四周的加热装置来控制桶内温度，维持温度和围压稳定后，通过液压系统施加轴压进行三轴蠕变试验，并实时监测数据。

进一步，水压系统将蒸馏水冲入承压桶后，通过分布于桶身的加热装置进行加热，并利用温度传感器进行承压桶内的温度测量，使得承压桶内温度达到试验温度20℃~100℃。通过温度的调节，来实现岩石高温蠕变试验。

有益效果：本发明通过控制承压桶内水压来模拟真实的地下水环境，通过控制水压的大小来提供岩石试样的围压；利用承压桶内的温度传感器与温度控制系统，可对承压桶内温度进行实时调整，保证承压桶内温度的稳定；通过不同轴力、不同水压力、不同温度下的岩石多场耦合蠕变试验，对定量研究岩石受地应力、地下水及温度单独或共同作用下的长期强度问题具有参考价值。