[发明专利]岩石渗流-应力-温度-化学耦合流变测试装置及其方法

说明书

本发明公开了一种岩石渗流‑应力‑温度‑化学耦合流变测试装置及其方法，岩样置于三轴流变试验装置的压力室中，通过液压系统对岩样施加围压，调节液压油的温度来控制压力室内温度；两个化学溶液存储室分别将化学溶液冲入岩样底部和顶部，对岩样施加底部渗压和顶部渗压；维持围压、渗压、温度以及化学溶液浓度稳定后，进行三轴流变试验。本发明通过控制压力室内液压油的温度来实现岩样的温度变化及冻融循环，利用岩样底部与顶部的渗压差实现化学溶液的渗流，并且可实现不同化学溶液浓度的渗压；通过不同渗压、不同应力、不同温度、不同化学溶液及浓度下的岩石多场耦合流变试验，对定量研究岩石受地下水、冻融循环、化学腐蚀以及应力单独或共同作用下的长期稳定性问题具有参考价值。

技术领域

本发明涉及岩石力学与工程领域，具体涉及一种岩石渗流-应力-温度-化学耦合流变试验装置及其方法。

背景技术

岩石的多场耦合问题是目前岩石力学一个重要的研究课题，具有非常重要的工程背景和意义。许多地下岩石工程中，如地下存储洞库、大坝坝基、地下引水隧洞等均存在多重因素耦合效应。地下水的存在通常会使得水与岩石发生相互耦合作用，同时，渗透水中的化学成分复杂多样，不断侵蚀着岩石内部，而冻融循环对岩石材料破坏亦有很大影响。因此有必要开展岩石在渗流-应力-温度-化学多场耦合下的力学特性试验，分析岩石在多场耦合条件下的稳定性问题。

岩石的流变力学特性试验是确定岩石长期稳定性的主要手段之一。因此，开展渗流-应力-温度-化学多场耦合下的流变力学试验成为必要。目前，进行岩石三轴流变力学特性试验的方法已经成熟，但进行多场耦合流变试验的方法还较少，尚未有不同渗压、不同温度、不同应力和不同浓度化学溶液单独或共同作用下应力、应变、渗透率、温度、和时间演化规律的测试方法。

发明内容

发明目的：本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种岩石渗流-应力-温度-化学耦合流变测试装置及其测试方法，测试岩石材料在不同渗压、不同温度、不同应力和不同浓度化学溶液单独或共同作用下应力、应变、渗透率、温度和时间演化规律，解决岩石受地下水、冻融循环、化学腐蚀以及应力单独或共同作用下的长期稳定性问题。

技术方案：本发明提供了一种岩石渗流-应力-温度-化学耦合流变测试装置，岩样置于三轴流变试验装置的压力室中，还包括与压力室相连的液压系统、与岩样的底部和顶部分别连通的两个化学溶液存储室，设有温度调节仪的所述液压系统对压力室中的岩样施加围压，两个化学溶液存储室中流出的化学溶液分别对岩样施加底部渗压和顶部渗压。

进一步，所述液压系统通过液压油施加围压，由于液压油的凝固点在零下20度以下，沸点在100多度，可以满足冻融循环，即温度的大范围变化，且导热性能好。

进一步，所述压力室设有温度传感器，可测量是否达到所需试验温度。

进一步，所述化学溶液存储室连接蒸馏水瓶和溶液瓶，向所述化学溶液存储室内添加溶液或蒸馏水调节溶液浓度。

进一步，所述化学溶液存储室设有溶液浓度检测计，通过选取所需溶液浓度，实现岩样不同浓度化学溶液的渗流。

一种岩石渗流-应力-温度-化学耦合流变测试方法，选取并制备岩样，将岩样套入橡胶套内放入三轴流变试验装置的压力室中，通过液压系统将液压油冲入压力室对岩样施加围压，调节液压油的温度来控制压力室内温度；两个化学溶液存储室分别将化学溶液冲入岩样底部和顶部，对岩样施加底部渗压和顶部渗压；维持围压、渗压、温度以及化学溶液浓度稳定后，通过施加轴压进行三轴流变试验，并实时监测数据。

进一步，液压油冲入压力室后，通过温度调节仪对液压油进行温度调节，并利用温度传感计进行压力室内的温度测量，使得压力室内温度达到试验温度-20℃～20℃。通过调节压力室内液压油的温度，来实现岩样的温度变化以及冻融循环。

进一步，两个化学溶液存储室对岩样施加的底部渗压大于顶部渗压，两者渗压差即为试验所需渗压值。