[发明专利]一种抗水压注浆岩体耐久性试验装置

说明书

技术领域

本发明属于隧道和地下工程领域，涉及抗水压注浆岩体室内试验装置。

背景技术

目前，在抗水压注浆岩体耐久性分析领域，尚无相关试验装置。与本发明相似的产品主 要有各种三轴试验装置，主要用于土样或岩样的常规三轴试验、流变试验或相关动力试验。 此类试验装置围压施加方式一般为油压式、活塞式或采用伺服加载系统，例如中国矿业大学 的三轴岩硐流变试验仪(专利号：CN1087719A)、清华大学的双活塞式多功能三轴压力室(专 利号：CN1034806A)、中科院武汉岩土力学研究所的岩石双联动三轴流变仪(专利号： CN101135622A)。此类试验装置由于加载方式的限制，不能完成环向渗透试验。垂向渗透时， 由于压力室不具耐腐蚀性，不能施加具有腐蚀性的渗透液，因而不能完成具有腐蚀性的化学 场的室内模拟。此类试验装置的加温设备一般采用伺服系统，直接给加压液体加温，当加压 液体在三轴室内滞留较长时间时，其温度必然会有所降低，势必影响试验精度，并且直接给 油加温具有一定的危险性。总之，此类试验装置最多只能实现加温、加压(轴压、围压、渗 透压)，即只能实现对温度场、渗流场、应力场的模拟，只能实现轴向渗透，且同一仪器只支 持同一标准尺寸试样，在实际操作中存在一定的局限性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种抗水压注浆岩体耐久性试验装置，能够解决在室内研究隧道 注浆岩体或大坝防渗帷幕在高水压及侵蚀性环境下的耐久性问题，同时可以在室内同时模拟 自然界中岩石所处的复杂场环境——温度场、渗流场、应力场、化学场，研究四场耦合作用 下破裂岩样渗透性的长期变化规律。

为达到上述目的，本发明的解决方案是：

一种抗水压注浆岩体室内试验装置，包括压力腔、加压设备、加温设备、量测设备、控 制柜，加温设备向压力腔提供稳定的热源；加压设备给压力腔提供围压、渗透压，压力腔可 借助万能试验机施加轴压，具有耐腐蚀性；量测设备精确测量温度、压力、流量；控制柜精 确控制压力、温度，相互配合实现注浆岩样的轴向、环向渗透，可同时模拟注浆岩样赋存的 温度场、渗流场、应力场、化学场。

其加温设备采用加热片加温，采用温度传感器监控压力腔温度，采用温度测控仪控制温 度，可实现温度的精确控制。

其轴压采用轴压柱，借助万能试验机施加。

其围压、渗透压分别采用彼此独立的高压氮气钢瓶结合气水交换罐施加。

其压力腔采用压盖密封，试样采用压紧螺栓结合试样上、下压座密封。

进一步，

压力腔包括压顶螺母、压盖、轴压柱、试样上压盖、仪器密封圈、上盖、螺帽、撑杆、 试样、试样下压盖、试样密封圈、仪器密封圈、试样盖、透水石、压力腔套、下盖，压力腔 材料为耐腐蚀不锈钢。其中，轴压柱位于试样上压盖上，可外接加压设备，施加轴压，轴压 施加范围为0-10MPa；压顶螺母螺于压盖上，旋紧后可固定试样上压盖，使其与试样盖接触紧 密；仪器密封圈位于压盖下，可使压力腔保持密封；螺帽旋于撑杆上，旋紧后可使上盖、下 盖与压力腔套接触紧密，形成一个密封的整体；透水石位于试样的上下两端，可使轴向水流 均匀通过试样；试样密封圈位于试样上压盖、试样下压盖上，可使试样与其上下压盖接触紧 密。

加温设备包括加热片、温度传感器、温度调节器。其中，加热片位于压力腔套外，可给 压力腔加温；温度传感器位于压力腔内，可量测压力腔内温度；温度调节器与压力传感器连 接，可预设温度值，最高温度值为100摄氏度，最低温度值为室温，控制精度为0.5摄氏度， 当温度传感器量测到压力腔内温度高于预设值时，温度调节器会自动切断加热片电源，停止 加热，当温度传感器量测到压力腔内温度低于预设值时，温度调节器会自动接通加热片电源， 继续加热。

加压设备包括氮气瓶、控制阀、调压阀、开关、水箱、开关、气水交换罐、控制阀、水 箱、氮气瓶、开关、开关、调压阀、气水交换罐。其中，氮气瓶通过软管连接到调压阀上； 控制阀控制氮气瓶氮气进出；调压阀通过软管连接到气水交换罐上，可预设压力值，使气水 交换罐压力恒定，调压阀工作压力范围为0-5MPa，控制精度为0.01MPa；气水交换罐通过软管 连接到压力腔内，调压阀输入的高压气体将罐试验用水压进压力腔，施加围压，并使压力腔 内水压力值等于调压阀预设值；水箱通过软管与气水交换罐连接，补充罐内试验用水，补充 完毕后关闭开关。氮气瓶及其相关连接设备工作原理与以上相同，用于给压力腔施加轴向渗 透高压水。