[发明专利]温度渗流应力(THM)耦合模拟试验系统及其使用方法有效
申请号: | 201510154629.6 | 申请日: | 2015-04-02 |
公开(公告)号: | CN104749044B | 公开(公告)日: | 2017-06-20 |
发明(设计)人: | 由爽;纪洪广;程晓辉;曹杨;高宇 | 申请(专利权)人: | 北京科技大学 |
主分类号: | G01N3/18 | 分类号: | G01N3/18;G01N15/08 |
代理公司: | 北京金智普华知识产权代理有限公司11401 | 代理人: | 皋吉甫 |
地址: | 100083*** | 国省代码: | 北京;11 |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 温度 渗流 应力 thm 耦合 模拟 试验 系统 及其 使用方法 | ||
1.一种温度渗流应力耦合模拟试验系统,其特征在于,所述模拟试验系统包括监控主机、三轴压力试验主机、GDS压力—体积控制仪组和热泵控制循环系统;
所述三轴压力试验主机包括铝制中空厚壁圆柱腔体、土工织物和胶套层、岩土体试样、中心油压通道、LVDT竖向位移计;
所述GDS压力—体积控制仪组包括中心油压控制仪、外围油压控制仪、外部水压控制仪、内部水压控制仪;所述中心油压控制仪用于控制中心油压回路,所述外围油压控制仪用于控制外围油压回路,所述外部水压控制仪用于控制外部水压回路,所述内部水压控制仪用于控制内部水压回路;
所述外围油压回路的两端分别连接铝制中空厚壁圆柱腔体与岩土体试样之间空间的上端和下端,用于对所述岩土体试样施加外部围压;
所述三轴压力试验主机内部有内部排水路径与外部排水路径,是通过所述土工织物和胶套层包裹岩土体试样形成,位于所述土工织物和胶套层上方设有内部水压入口与外部水压入口,底部设有内部水压出口与外部水压出口,所述内部水压回路一端连接内部水压入口,一端连接内部水压出口;所述外部水压回路一端连接外部水压入口,一端连接外部水压出口;通过所述内部水压回路与所述外部水压回路调节所述岩土体试样周围的应力与压强以及用于计算渗透系数;
所述热泵控制循环系统包括控制阀门Ⅰ、控制阀门Ⅱ、控制阀门Ⅲ、控制阀门Ⅳ、油泵、恒温控制仪;
所述中心油压通道环绕在所述土工织物和胶套层周围,所述中心油压通道上端的注油口分别连接所述控制阀门Ⅳ和所述控制阀门Ⅲ一端,所述控制阀门Ⅲ另一端依次连接所述恒温控制仪、所述油泵和所述控制阀门Ⅰ,所述控制阀门Ⅰ分别连接所述中心油压通道下端的出油口和中心油压回路一端,所述中心油压回路另一端连接中心油压控制仪后连接到所述控制阀门Ⅳ另一端;
所述中心油压控制仪、外围油压控制仪、外部水压控制仪、内部水压控制仪分别包括加压装置、螺旋导管、压力控制显示器;
所述LVDT竖向位移计用于测量岩土体试样的竖向变形量;
所述三轴压力试验主机由所述监控主机(17)控制,通过X-ray扫描技术对所述岩土体试样(3)进行扫描来观测岩土体试样的损伤;
还包括数据采集仪,用于采集岩土体试样(3)中的力学参数、水力参数、温度参数。
2.一种温度渗流应力耦合模拟试验方法,应用于上述权利要求1所述的一种温度渗流应力耦合模拟试验系统,其特征在于,包括以下步骤:
1)将岩土体试样放入温度渗流应力耦合模拟试验系统,并恢复其原位应力状态后进行扫描;
2)调节内部水压控制仪,计算初始渗透系数;
3)调节中心油压控制仪,破坏岩土体试样原有的力学平衡,使其产生变形并对其扫描;
4)调节外围油压控制仪与中心油压控制仪,计算渗透系数;
5)对岩土体试样进行施加温度荷载,再次计算渗流系数;
6)对进行加热和制冷处理的岩土体试样进行第三次扫描;
7)根据三次扫描与计算的三次渗透系数分析结果。
3.根据权利要求2所述的温度渗流应力耦合模拟试验方法,其特征在于,所述步骤1)中恢复岩土体试样原位应力时:
通过外围油压回路、中心油压回路、外部水压回路、内部水压回路将所述岩土体试样的外部围压、内部围压和孔隙水压力逐级加载,恢复到原始应力场和渗流场,使孔隙水压力达到平衡;
同时将热泵循环系统中的控制阀门Ⅰ、控制阀门Ⅲ关闭,将控制阀门Ⅱ、控制阀门Ⅳ打开;通过所述中心油压控制仪的加压装置对所述岩土体试样进行加压,中心油压控制仪的压力控制显示器会显示加压的数值,检测所述岩土体试样的内部围压,使其逐渐达到目标压力值;同样,通过所述外围油压控制仪、外部水压控制仪、内部水压控制仪中的压力控制显示器分别检测所述岩土体试样外部围压、外部水压和内部水压值。
4.根据权利要求2所述的温度渗流应力耦合模拟试验方法,其特征在于:所述步骤2)中调节内部水压控制仪,将内部水压减少到1000pa。
5.根据权利要求2所述的温度渗流应力耦合模拟试验方法,其特征在于,所述步骤5)中对岩土体试样进行施加温度荷载时:
首先保持岩土体试样(3)外围硅油温度不变;
接着将控制阀门Ⅰ、控制阀门Ⅲ打开,将控制阀门Ⅱ、控制阀门Ⅳ关闭,通过热泵循环控制系统加热/冷却中心孔洞的硅油对所述岩土体试样施加均匀温度荷载;
在施加温度载荷过程中,在1个小时内将温度提高到目标温度;
通过所述恒温控制仪保持温度不变,直到所述岩土体试样变形量小于每天0.01%,视为稳定;
此阶段中,内部围压和外部围压保持恒定。
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