[发明专利]一种应力－水流－化学耦合下的岩石双轴压缩细观试验装置

说明书

技术领域

本发明涉及岩石细观试验装置，具体涉及矩形岩体双轴细观压缩试验，特别是一种应力－水流－化学耦合下的岩石双轴压缩细观试验装置，属仪器设备类。

背景技术

应力-水流-化学耦合条件下裂隙岩石的破坏行为研究是国际岩石力学领域最前沿的课题之一，是核废料地下处置、地下能源储存、二氧化碳地下储存、地热开发、石油开采、坝基、边坡、硐室等众多岩石工程的最基础性研究课题之一，具有十分重要的科学意义。在岩石工程安全性的诸多影响因素中，水是最活跃的一个因素。岩土体受水化学溶液侵蚀作用后，由于水-岩作用削弱了矿物颗粒间联结、或腐蚀矿物颗粒晶格而使岩土体物理力学性质变异，同时水溶液通过溶蚀岩土体而将溶蚀物质带走，使岩土体性状变差，甚至出现工程事故，对岩土工程的长期稳定性产生威胁。实际上，节理岩体存在多裂隙，许多情况下水化学溶液对岩体的腐蚀破坏是从岩体介质初始结构面即初始损伤开始的：裂隙（节理）岩体的安全性也往往受到化学、水流、应力的耦合作用影响。在自然界中，大多数情况下，岩石处于三轴压缩状态。在一些特定情况下，会出现平面应力状态，即双轴受力状态。双轴压缩是自然界中一种典型的应力状态，地下硐室的边界如顶、底板和侧墙常常处于双轴压缩应力场中。地下工程岩体通常处于三向不等的应力状态和一定的孔隙压力中，在工程扰动的作用下，岩体状态通常由于如加卸载的作用而变得更加复杂。

因此，研究复杂应力、流体压力和化学耦合作用下岩石裂隙萌生、扩展、贯通及相互作用的内部损伤演化过程与规律，化学环境下的腐蚀破裂机理、新裂隙的形成与新形成裂隙中化学物质的吸附作用以及发生速度等具有更为重要而广泛的科学意义。

既然水-岩作用的实质是通过削弱矿物颗粒间联结或腐蚀矿物颗粒晶格而使岩土体物理力学性质变异，同时水溶液通过溶蚀岩土体而将溶蚀物质带走，使岩土体性状变差。因此，需要采用细观力学试验方法，揭示这种应力、水流、化学耦合作用下岩石破裂过程中其内部损伤演化规律。国内外学者在应力-水流-化学耦合方面也开展了深入的研究工作，前人的研究成果也有涉及复杂应力、水压力和化学耦合下岩石裂隙破坏的机制及其分析方法研究，但并不全面。中国专利公开号CN1603784A，公开日2005年4月6日，发明名称为（应力-水流-化学耦合的岩石单轴压缩细观力学实验装置），该申请案的技术方案只涉及岩石单轴压缩下的应力-水流-化学耦合问题，试验难以解释复杂地应力并有溶液腐蚀环境下的裂隙岩体的破坏机理。中国专利公开号CN1619294A，公开日2005年5月25日，发明名称为（应力-水流-化学耦合下岩石破裂全过程细观力学加载系统），该细观力学加载系统能实现单轴条件下的岩石破裂过程实验，但尚未完全解决复杂应力、流体作用和化学腐蚀三者耦合作用下，岩石裂隙萌生、扩展、贯通及相互作用的损伤演化过程与岩石破裂规律的机理研究问题。

发明内容

针对上述存在问题，本发明的目的在于提供一种考虑应力-水流-化学耦合下岩石破裂全过程的双轴压缩细观力学试验装置，试验中可以考虑不同化学溶液流速、不同应力条件（如加卸载等不同应力路径）和不同流体作用的影响。可实现双轴压缩状态下带预制裂纹矩形岩石试样破裂全过程的观察与记录。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案： 

一种应力－水流－化学耦合的岩石双向加载的细观力学试验装置，包括盒体和对称开在盒体两侧壁上同轴圆孔及分别活动置于同轴圆孔中的轴向加载轴，设置在盒体上的进水口和出水口，所述盒体内设置有垂直隔板，垂直隔板平行于盒体的两个端面，垂直隔板上开有圆孔，盒体的一个端面为组接式，盒体的固定端面内壁上固定设置有反力板，千斤顶固定置于隔板和组接端面形成的空间中，侧向加载轴活动置于垂直隔板的圆孔中，千斤顶的轴线、侧向加载轴与反力板的中心线同轴，盒体的固定端面和垂直隔板组成空间的两侧壁上对称开有同轴圆孔，轴向加载轴活动置于同轴圆孔中，该空间中固定设置有试样台，试样台的中心位于两侧壁圆孔的轴线与千斤顶和反力板的轴线的交点的垂线上，在盒体的底部对称设有水平调节螺栓。

所述的进水口和出水口分别设置于盒体的固定端面和垂直隔板组成空间的一侧壁上，出水口位于进水口上方。

由于采用了以上技术方案，本发明采用在试验装置中增设了侧向加载轴，改善了现有试验装置中单轴压缩的加载方式，盒体中增设了垂直隔板，将盒体分为单独的两部分，一部分作为试验舱进行试验，一部分作为侧向加载的工作舱，进水口和出水口与试验舱配套，可控制其形成稳定水流，水平调节螺栓可调节盒体高度，保证盒体始终处于水平状态。

本发明具有的优点和积极效果在于：