[发明专利]临空面岩石在围压-温度-水耦合作用下的试验装置及方法

说明书

本发明公开了一种临空面岩石在围压‑温度‑水耦合作用下的试验装置，属于地下岩石工程力学领域；本发明所述的试验装置，其包括油浴加热系统、围压加载系统和实时观测系统。本发明通过围压加载系统来模拟地下洞室开挖后临空面岩石的受力状态，通过设置相应的围压加载螺栓和垫片的结构后，可利用电子扭矩扳手或者定扭矩扳手等实现围压的定量加载并维持；同时通过油浴加热系统实现对导热油的加热，进而最终加热内部淹没岩体试件的水，以此模拟临空面岩石处于温度和水浸的状态。因此本发明可实现对围压‑温度‑水三种影响因素的耦合作用下的临空面岩石的试验。

技术领域

本发明涉及地下岩石工程力学领域，具体涉及一种用于临空面岩石在围压-温度-水耦合作用下的试验装置及其试验方法。

背景技术

地下洞室开挖后临空面岩石的松弛变形与块体稳定分析成为工程关注的焦点。以往的研究多侧重于对完整岩石试件的常规单轴或三轴力学特性进行研究，没有考虑到洞室开挖后临空面岩石的特殊受力状态(仅临空面为自由面，其余面仍受到围压作用)，此时岩石的力学特性将有异于常规的室内试验。以往试验的限制主要体现在没有可用于模拟临空面岩石受力状态的围压加载装置。

随着地下工程领域不断朝着深处进发，高地温与地下水耦合现象将愈加明显。现有的研究表明，脆性岩石具有明显的温度效应，高温可对岩石力学性能的劣化起到重要作用，且水对岩石的劣化作用同样不可忽视。但以往的研究多是针对高温岩样在单轴或三轴加载时的力学性能进行试验，没有考虑到临空面岩石在围压、高温、水共同作用下的力学性能。对于深部洞室，临空面岩石的变形破坏是采取相关支护措施、改善施工工艺的重要依据，因此开展临空面岩石在围压-温度-水三者耦合作用下的研究显得尤为迫切。

发明内容

本发明解决的技术问题是提供一种用于临空面岩石在围压-温度-水耦合作用下的试验装置。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：临空面岩石在围压-温度-水耦合作用下的试验装置，包括油浴加热系统、围压加载系统和实时观测系统；所述油浴加热系统包括环形中空壳体、总底座和加热装置，环形中空壳体安装在总底座上，在环形中空壳体的壳内具有环形油浴腔体，在环形油浴腔体内具有导热油，所述加热装置用于加热所述导热油，在环形中空壳体的中部具有容水腔体，在容水腔体内设置有水，在容水腔体的底部对应的总底座上设置有围压加载系统；所述围压加载系统包括加载底座、试件固定装置、垫片和围压加载螺栓，加载底座安装在总底座上，试件固定装置安装在加载底座上并形成前侧面后顶侧面为敞口的半封闭结构的用于岩石试件固定放置的固定腔，其中试件固定装置的前侧面在固定岩石试件后形成临空面，而试件固定装置的顶侧面在固定岩石试件后形成外部加载面，在试件固定装置的左侧和右侧分别设置有若干的围压加载螺栓，围压加载螺栓在穿过试件固定装置的相应侧壁后向内固定腔伸出，并且在试件固定装置的左侧和右侧的固定腔内侧分别垫设有一块垫片，垫片与对应侧的围压加载螺栓的端部接触配合，通过拧动围压加载螺栓可以将垫片向固定腔内部移动；所述实时观测系统包括保护装置和摄像头，所述保护装置设置于试件固定装置的前侧面的前方并在容水腔体内隔离出摄像头安装区域，所述摄像头安装于所述摄像头安装区域内并且摄像头正对所述的临空面方向设置，所述保护装置采用透明材料制成。

进一步的是：还包括外部加载压力机，所述外部加载压力机作用到外部加载面上进行加载；还包括用于拧紧围压加载螺栓进行加载用的电子扭矩扳手或者定扭矩扳手；在试件固定装置的左侧和右侧分别设置有不少于五颗均匀分布的围压加载螺栓。

进一步的是：所述加热装置包括加热电阻丝和电压电流控制器，加热电阻丝设置于环形油浴腔体内，并且加热电阻丝通过导线与电压电流控制器相连。

进一步的是：还包括温度传感器，所述温度传感器设置于环形油浴腔体内的导热油内和/或者设置于容水腔体内的水中。

进一步的是：在环形油浴腔体的顶部设置有进油孔。

进一步的是：环形中空壳体的外周壁上设置有绝热材料层。