[发明专利]一种岩石拉伸状态下渗流应力耦合的试验系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种复杂应力渗流条件下的试验系统，尤其涉及一种岩石处于拉伸状态下的应力渗流耦合试验系统。

背景技术

在岩土工程设计和施工中，岩石的抗拉强度是一个重要的力学指标。实际工程中岩体常处于复杂的应力状态，有的部位处于压缩应力状态，有的地方则处于拉伸应力状态，由于岩石的抗拉强度远低于抗压强度，所以围岩总是从拉应力区开始破坏。因此，正确进行围岩体应力状态区域划分，即破坏危险区的确定是围岩稳定性分析评价的关键，而岩石抗拉强度又是确定工程围岩破坏区的基础资料之一。

岩石材料的渗透性是指在流体或气体作用下，岩石的孔隙和裂隙渗透的能力，渗透系数的物理意义是岩石材料对某种特定流体的渗透能力。岩石在其漫长的形成过程中，内部富含各种缺陷，包括微裂纹、孔隙以及节理裂隙等宏观非连续面，他们的存在为地下水或气体渗透提供了储存和运移的场所。渗透作用通常以应力的形式作用于岩石材料中，与围压和轴压一起影响岩石的应力场分布，与此同时，应力场的改变又会导致材料裂隙发生进一步变形，改变其渗透性能进而影响渗透系数，因此，渗流场随着材料的渗透系数变化而重新分布，这种相互影响即称为渗流应力耦合。

随着我国重大岩石力学工程的大量兴建，导致渗流应力耦合作用下岩石材料在动态平衡体系中的变形、损伤破坏及稳定性成为工程学科的热点问题，但解决这些问题的关键在于得到耦合作用下渗透系数的变化过程和规律，建立出能够反映应力应变及渗透系数演化规律的渗流一应力耦合数学模型，从微细观角度对工程的渗透破坏机理和长期稳定性进行研究，对于工程安全开发，减少灾害具有重要的现实意义。

在参阅国内外资料的基础上，原有的一系列相关试验装置如在中国专利CN102607950和中国专利200710040457.5等文献中，虽然牵涉到了渗流应力耦合，但这些耦合都是在围压作用或者剪切渗流作用下进行的，没有考虑到拉伸的情况。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种岩石拉伸状态下渗流应力耦合的试验系统，对现有的渗流应力耦合研究给予补充和完善。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种岩石拉伸状态下渗流应力耦合的试验系统，包括油压室、拉力装置和计算机；所述油压室上设置有能够密封油压室的顶盖和底盖，其中底盖与油压室保持位置固定，顶盖能够相对油压室滑动，所述顶盖同时作为试样上端罩盖、夹持住试样上端，所述底盖同时作为试样下端罩盖、夹持住试样下端并与试样下端形成密封渗入室；所述密封渗入室与进水管连通，且进水管通过进水泵控制，所述顶盖与出水管连通，在出水管上设置有流量计，且出水管通过出水泵控制，所述油压室与油管连通，且油管通过油泵控制；所述拉力装置的固定端与油压室保持位置固定，拉力动作端与顶盖保持位置固定；所述计算机对油泵、进水泵和出水泵和流量计进行控制并提取数据信息。

上述装置，在使用时，通过计算机对相关数据的采集和计算，能够方便获取围压、水压、拉应力施加情况；同时，出水管的设计可以根据需要打开或者关闭，以模拟排水和不排水的不同工况。

优选的，所述拉力装置包括相适配的螺杆和电动螺母，所述电动螺母仅进行以螺杆的中心轴为轴线的转动，所述螺杆带动上端盖相对油压室滑动，所述计算机可以对电动螺母进行控制并提取数据信息；通过对电动螺母的速率等信息进行控制，便于实现对试样的等速率加载，可以直接通过电动螺母的转数和角度确定试样的拉伸变形。

优选的，还包括对拉力装置的拉力动作端受到的拉力进行检测的拉力传感器，所述计算机对拉力传感器的数据信息进行采集。

优选的，所述试样为哑铃型，并且在试样的外侧包裹有橡皮套，以便于试样的固定。

优选的，还包括支架，所述支架包括下固定板和上固定板，所述下固定板和上固定板之间通过立柱固定；所述油压室固定在下固定板上，所述拉力装置的固定端固定在上固定板上。

优选的，所述支架的材质优选为刚度较大的材料，比如合金钢，以减小因支架受力变形而产生的误差。

有益效果：本发明提供的岩石拉伸状态下渗流应力耦合的试验系统，可以研究岩石在拉应力和渗流耦合作用下的变化过程和规律，建立能够描述岩石应力、应变及渗透系数演化规律的渗流应力耦合数学模型，从微细观角度对工程的渗透破坏机理进行研究，对于工程安全开发，减少灾害具有重要的现实意义；且本发明系统结构简单、成本较低、易于实现。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明中岩石试样的示意图。