[发明专利]一种持续水环境作用的岩石蠕变三轴试验系统和方法

说明书

一种持续水环境作用的岩石蠕变三轴试验系统和方法，属于岩石力学试验技术领域。技术方案：加压缸与横梁连接，横梁通过支柱支撑在试验机底座上，底座和横梁之间设置水环境围压系统，动态应力应变采集系统与水环境围压系统连接，动态应力应变采集系统依次连接计算机、数字控制器、伺服控制器、液压源、输油管连接。有益效果:本发明用膨胀剂的水化反应代替恒流泵提供三轴试验的围压，降低成本，持续稳定；可以实现不同成分的化学溶液持续作用下岩石的长期力学特性的测试；可以实现静态和流动的水环境下岩石的长期力学特性的测试可以实现水对岩石腐蚀造成水环境PH值变化的实时监测，获得岩石的水化学反应特征；混合膨胀剂膨胀效果好。

技术领域

本发明属于岩石力学试验技术领域，尤其涉及一种岩石在持续不同水环境作用下的三轴试验方法及装置，适用于再现动/静水不同溶液环境条件下岩石长期稳定性及蠕变损伤破坏全过程。

背景技术

目前，有关水对岩石力学性质的影响的三轴试验中，几乎都是从含水率或者含水状态的角度，研究不同含水率或饱水状态下强度、弹性模量的弱化效应。然而，这些实验涉及的含水率大多是一个静态量。然而我们认为，在岩石工程中，由于岩体内水位变化，含水量是一个与时间、空间相关的动态变量，即便是饱水状态的岩体长期处于水环境下必然引起其长期力学特性的改变，导致长期强度与其基本的抗压强度差别显著。此外，三轴试验中一般用恒流泵提供围压，但在岩石长期稳定性及蠕变损伤破坏试验中需要长期提供围压，对恒流泵要求很高，且长时间提供压力恒流泵容易损坏。

发明内容

为了解决上述现有技术中存在的问题，本发明提出一种持续水环境作用的岩石蠕变三轴试验系统和方法，该系统用膨胀剂的水化反应代替恒流泵提供三轴试验的围压，可以实现不同成分的化学溶液持续作用下岩石的长期力学特性的测试。

技术方案如下：

一种持续水环境作用的岩石蠕变三轴试验系统，包括：加压缸、支柱、横梁、水环境围压系统、试验机底座、动态应力应变采集系统、计算机、数字控制器、伺服控制器、液压源、输油管,所述加压缸与所述横梁连接，所述横梁通过支柱支撑在所述试验机底座上，所述底座和横梁之间设置所述水环境围压系统，所述动态应力应变采集系统与所述水环境围压系统连接，所述动态应力应变采集系统依次连接所述计算机、数字控制器、伺服控制器、液压源、输油管连接。

进一步的，所述水环境围压系统包括：压头、岩样放置区、调整垫块、力传感器、lvdt位移传感器、lvdt架、环向应变片、活塞头、上盖、进水管、储水箱、pH测试计、压力表、自动搅拌装置、围压室、箱体外壳、膨胀层、后围压板、前围压板、过滤薄膜、滑动轨道、围压底座、排水管，所述压头上端与所述力传感器连接，所述压头下端与所述活塞头连接，所述活塞头与试验箱连接，所述试验箱由所述上盖、箱体外壳、围压底座构成主体框架，所述箱体外壳上方与所述上盖连接，所述箱体外壳下方与所述围压底座连接，所述试验箱由外向内依次为：储水箱、后围压板、过滤薄膜、膨胀层、前围压板、围压室、岩样放置区；所述围压底座安装在所述调整垫块上，所述lvdt架一端与所述围压底座连接、另一端与所述lvdt位移传感器连接，所述lvdt位移传感器与所述压头接触连接；所述储水箱上方设置所述进水管，所述围压室下方设置所述排水管，所述围压室上方设置所述压力表，所述围压室内部设置所述pH测试计和自动搅拌装置，所述围压室底部设置所述滑动轨道，所述岩样放置区中设有用于固定在岩样上的环向应变片。

进一步的，所述自动搅拌装置包括：底座、变速控制按钮、行程控制按钮、电源开关、立柱、横杆、电机、限位器、滚珠丝杆、叶片，所述底座上方设置所述变速控制按钮、行程控制按钮、电源开关，所述立柱安装在所述底座上，所述横杆安装在所述立柱顶端，所述电机安装在所述横杆上，所述滚珠丝杆与所述电机连接，所述电机设置所述限位器，所述叶片与所述滚珠丝杆连接。

进一步的，还包括传感器数据线，所述动态应力应变采集系统通过所述传感器数据线分别与所述力传感器和lvdt位移传感器连接。