[发明专利]用于岩土体动态冲击压缩的热-水-力耦合三轴实验装置

说明书

本发明涉及岩土体动态冲击压缩技术领域，其目的是提供一种用于岩土体动态冲击压缩的热‑水‑力耦合三轴实验装置，温度场、渗流场、应力场多场耦合，能同时施加轴压、围压、水压、温压，以及进行不同的冲击扰动荷载作用下的三轴多场动态力学特性实验。本发明所提供的装置通过将带压液压油作用在哑铃式围压环的外圈致使哑铃式围压环紧紧包裹岩土体试样形成围压，而液压式轴压伸缩器驱使动态冲击透射杆往前方移动与位置固定不变的动态冲击入射杆共同顶压岩土体试样形成轴压，轴压和围压的共同作用形成动态三轴应力场；通过对带压纯净水进行加热并充填于岩土体试样的周围形成渗流场和温度场。

技术领域

本发明涉及岩土体动态冲击压缩技术领域，具体来说，是涉及一种用于岩土体动态冲击压缩的热-水-力耦合三轴实验装置。

背景技术

热-水-力耦合作用是岩土体中温度场(热)、渗流场(水)、应力场(力)的相互作用的物理过程，是广泛存在于岩土体中的一种多物理场耦合现象。岩土体是由多种矿物颗粒组成的复杂非均匀混合体，当热存在于岩土体内部时，其受热过程中致使各种矿物颗粒出现热膨胀各向异性特性，产生热应力引起岩土体的热破裂；水存在于各类岩土体中，而各类岩土体均存在裂隙，水赋存在含裂隙的岩土体中形成渗透压力削弱了各类矿物颗粒之间的联系，改变了岩土体的物理性态和微观结构，影响应力场分布，导致岩土体变形加大、强度降低；力是岩土体未受到工程扰动时就已存在的原始应力，它的存在会导致岩土体开挖时引起地应力集中，导致地下结构出现不同程度的破坏。

在实际的岩土体工程开挖环境中，都是温度场、渗流场、应力场多场耦合作用的环境场，也均是一个动态的冲击作用过程，如隧道爆破施工、TBM掘进机施工等。而现有的研究主要是开展单一的温度场、渗流场、应力场作用下的静态室内单轴和三轴试验、数值模拟试验以及物理模拟试验等，不能真实反映岩土体赋存环境下的动态力学特性，没有系统开展温度场、渗流场、应力场耦合作用的三轴岩土体动态冲击压缩特性室内实验研究，也没有研发温度场、渗流场、应力场多场耦合的三轴动态冲击实验装置。

因此，研发热-水-力多场耦合三轴动态冲击实验装置和方法，对精准掌握岩土体的动态冲击物理力学特性，分析地下工程岩土体的变形和破坏规律具有理论依据，为已建、在建和拟建的各类地下工程的安全稳定性设计、施工和运营提供数据支撑，对防治地下工程动态冲击引发的岩爆、突水、突泥、坍塌、大变形等严重事故具有积极意义。

发明内容

本发明的目的是克服上述现有技术的不足，提供一种用于岩土体动态冲击压缩的热-水-力耦合三轴实验装置，该实验装置温度场、渗流场、应力场多场耦合，能同时施加轴压、围压、水压、温压，以及进行不同的冲击扰动荷载作用下的三轴多场动态力学特性实验。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种用于岩土体动态冲击压缩的热-水-力耦合三轴实验装置，包括：沿水平轴向依次布设有动态冲击入射杆、岩土体试样、动态冲击透射杆，所述动态冲击入射杆、岩土体试样、动态冲击透射杆依次通过端面带间隙地接触连接，其中所述动态冲击入射杆的位置固定不变。

在所述动态冲击入射杆、岩土体试样、动态冲击透射杆的外部沿轴向套设有中空的L型环式法兰，所述L型环式法兰的外部套设有荷载保护套，所述L型环式法兰的中心位置设有哑铃式围压环。所述哑铃式围压环为中空的哑铃型圆柱结构，所述哑铃式围压环的外壁全角度与所述L型环设法兰的内壁粘接连接，以避免哑铃式围压环与L型环式法兰密封不严引发的液压油渗漏和冲击扰动后的移位。在所述哑铃式围压环的中部沿所述哑铃式围压环的整个外圈形成凹陷部位，所述哑铃式围压环的内部安设有自适应保护环，所述自适应保护环上沿轴向设有中轴水流输入槽。所述岩土体试样安设在所述自适应保护环的内部中心，所述自适应保护环的设置是用于避免动态冲击时所述哑铃式围压环直接杯所述被动态冲击入射杆和动态冲击透射杆撞击损坏。

所述动态冲击入射杆的外径表面、动态冲击透射杆的外径表面与L型环式法兰的内径表面之间形成构造间隙空间。