[发明专利]一种环向裂隙岩石试件及其MHC 耦合渗流实验装置及装置的使用方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种岩石试件渗流试验装置，尤其涉及一种MHC耦合的环向裂隙岩石试件渗流试验装置。涉及专利分类号G01测量；测试G01N借助于测定材料的化学或物理性质来测试或分析材料G01N15/00测试颗粒的特性；测试多孔材料的渗透性，孔隙体积或者孔隙表面积G01N15/08测试多孔材料的渗透性，孔隙体积或孔隙表面积。 

背景技术

岩体是富含裂隙的复杂介质，又处于复杂的地应力和地下水环境作用下，受到应力以及水的物理和化学的复杂作用，对于岩体的力学行为和稳定性造成很大的影响。 

首先是渗流-应力耦合的问题，例如著名的Tekon大坝的溃坝事件，就是典型的岩体渗流破坏问题，自从该事件发生，人们对于裂隙岩体的渗流问题日益重视。其次是化学腐蚀对于岩体的影响，化学腐蚀造成岩石介质细观结构和裂隙变化，从而造成力学性质和力学、水力参数（例如渗透系数）的变化，该方面的问题已经成为核废料存储、石油开采领域的关键科学热点问题。再次是上述渗流-应力-化学多场耦合过程的时间效应，上述过程引起的长期变形的问题，即岩石的流变效应问题，也成为领域研究的热点。上述的岩体处于复杂的应力和环境的演化过程本质上是诸多因素综合在一起的M-H-C多场耦合的过程，既是当今世界学科领域的前沿热点，也是日益增多的岩石力学工程需要迫切解决的问题。 

岩石的M-H-C耦合的研究在国际上日益受到重视，相关的试验设备也在不断地研制和应用。但是综观已有的室内试验设备，对于岩体裂隙的渗流测试还存在一定局限性，主要表现为：1）大多渗流-应力-化学耦合试验设备结构复杂，造价昂贵，这样导致试验成本高。2）目前的渗流-应力-化学耦合试验一次试验一般只能采用一个试件，由于进行复杂流变试验时操作耗时过长（一般为几个月、甚至几年），所以效率比较低。3）大多基于标准试件，进水端和出水端分别在试件的两端，裂隙贯穿试件。而实际岩体工程的渗流条件是千差万别的， 相当复杂。以深部隧道渗流为例，渗流临空面是弧面而不是平面。 

如何研制符合更加复杂应力多样性的、更为经济实用高效的M-H-C的多场耦合岩石试验设备对于探索应力场-水力场-化学场耦合机制是相当必要的，而且已经成为当务之急。 

发明内容

本发明针对以上问题的提出，而研制的一种环向裂隙岩石试件，具有：圆柱状的试件主体，该试件主体开有一轴向通孔，该通孔的中心与所述试件主体的中心重合；试件的侧壁具有一个径向贯通裂隙；所述通孔的孔径为试件主体外径的五分之一。 

一种测试环向裂隙岩石试件的MHC耦合渗流实验装置，具有： 

位于实验装置上方，提供实验压力的稳压机构， 

位于稳压机构下方，传递压力的加载头， 

位于加载头下方，提供液体围压和试件轴向压力实验环境的围压室，该围压室具有竖直设置的环形围压室侧壁，围压室侧壁的上方和下方分别设有密封上盖和密封下盖，所述密封上盖和密封下盖分别具有一通孔，所述的两通孔同轴；所述围压室侧壁开有至少一个溶液流孔； 

位于围压室下方的传力柱；该传力柱的内部具有管路I； 

工作使用状态下，所述加载头的下端穿过所述密封上盖的通孔；所述传力柱的上端穿过所述密封下盖的通孔；密封上盖、围压室侧壁、密封下盖、加载头和传力柱形成一近似封闭的空间；试件承受加载头施加的轴向压力固定在所述加载头和传力柱之间；所述试件与所述加载头接触的一端封闭，其内部管路通过所述传力柱的管路I与外部的量筒连通； 

实验溶液通过外部的围压泵加压进入外部管路I，经所述溶液流孔进入空间，形成围压，透过径向贯通裂隙进入试件内部，最终流入量筒。 

所述加载头连接有感知试件轴向位移的位移传感器。 

所述外部管路I设有控制实验溶液围压，为围压室提供长期稳定围压的稳压静态伺服阀。 

所述环形围压室侧壁的上端和下端分别具有向围压室内部延伸的内沿，所述的两个内沿分别具有与所述密封上盖和密封下盖的通孔内径尺寸一致的通孔I和通孔II；所述加载头与试件的结合部位于所述通孔I内，所述传力柱与试件的结合部位于所述通孔II内； 

所述加载头、试件和传力柱与所述的通孔I和通孔II过盈配合。 

所述通孔I和通孔II的上底和下底加工成沉孔，在所述沉孔中固定有密封圈。 

位于设备外部的加载架，所述加载架具有顶板和底板；顶板的下表面与所述稳压装置接触；所述底板通过装置底座支撑所述实验装置。 

S100.将岩石加工成带孔的圆柱形的试件，在所述试件上，加工至少一个径向的贯通裂隙；