[发明专利]CT实时扫描的岩石三轴应力、渗流、温度耦合试验系统

说明书

本发明采用的技术方案是：一种CT实时扫描的岩石三轴应力、渗流、温度耦合试验系统，包括旋转压力室、同源双能量X射线源、X射线探测器、轴压伺服系统、围压加载系统；待测岩石固定于旋转压力室内部；所述旋转压力室内集成有用于加热待测岩石的高温加热板和用于实现旋转压力室内部温度降低的循环制冷网路，以及向待测岩石施加稳定孔隙水压的渗流装置；所述轴压伺服系统用于向待测岩石提供稳定的轴压；所述围压加载系统用于向待测岩石提供稳定的围压。本发明可以对岩石试样施加三轴应力条件、孔隙压力条件以及温度荷载条件，并满足CT扫描试验精度需求。

技术领域

本发明属于岩土应力-渗流-温度耦合技术领域，具体涉及一种CT实时扫描的岩石三轴应力、渗流、温度耦合试验系统。

背景技术

深部空间开挖、寒区工程施工、地热资源开发、二氧化碳封存及高放核废料地质处置等大规模工程建设，均普遍涉及复杂环境下岩石应力、渗流、温度耦合这一关键科学问题。正确描述裂隙或孔隙岩石在应力、渗流、温度耦合作用下的细观力学特性既是进行应力-渗流-温度耦合分析的关键环节，又是耦合研究领域的难点所在。因此，急需构建相应的岩石试验系统和测试方法来准确的评估多场耦合下岩石的力学特性。目前关于岩石多场耦合下细观力学特性研究主要集中在岩石内部的裂隙萌发、发育直至贯穿的损伤断裂过程。CT无损扫描技术可以实现对岩石内部的微观结构进行表征，是揭示多孔介质在多场耦合作用下损伤断裂过程的有效法。

然而，现有的实验设备和实验方法往往存在如下问题：1)目前大多数设备只能获得经过压缩、渗流、温度损伤后的岩石断裂的宏观结果，无法观测岩体内部裂隙或孔隙演化的细观过程(如公开号为CN109738294A)。少数设备尝试将CT扫描技术配合三轴应力、渗流、温度耦合装置使用(如公开号为CN107084876A)，期望从细观尺度描述岩石裂隙或孔隙演化过程，但是此类设备尺寸较大且采用千斤顶施加轴向荷载，容易引起侧压从而影响试验精度。同时，部分设备的CT扫描位置固定(如公开号为CN110542614A)，扫描图像精度较差且无法获得岩石损伤断裂过程的全貌。2)关于温度耦合方面，目前多数设备主要实现了高温试验，而关于岩石低温循环冻融下的损伤断裂特征目前还有待实现。

发明内容

本发明的目的就是为了解决上述背景技术存在的不足，提供一种CT实时扫描的岩石三轴应力、渗流、温度耦合试验系统，可以对岩石试样施加三轴应力条件、孔隙压力条件以及温度荷载条件，并满足CT扫描试验精度需求。

本发明采用的技术方案是：一种CT实时扫描的岩石三轴应力、渗流、温度耦合试验系统，包括旋转压力室、同源双能量X射线源、X射线探测器、轴压伺服系统、围压加载系统；待测岩石固定于旋转压力室内部；所述旋转压力室内集成有用于加热待测岩石的高温加热板和用于实现旋转压力室内部温度降低的循环制冷网路，以及向待测岩石施加稳定孔隙水压的渗流装置；所述轴压伺服系统用于向待测岩石提供稳定的轴压；所述围压加载系统用于向待测岩石提供稳定的围压；

还包括用于检测待测岩石在压缩过程中的轴向应变的轴向引伸计，以及检测待测岩石在压缩过程中的径向向应变的环向引伸计；所述轴向引伸计和环向引伸计均位于旋转压力室内部；所述轴向引伸计和环向引伸计均位于待测岩石的外侧；

所述同源双能量X射线源向发生自转的旋转压力室投射X射线；所述X射线探测器用于接收经旋转压力室中待测岩石反射的X射线；

还包括上位机；所述上位机用于控制高温加热板和循环制冷网络的温度，和轴压伺服系统与围压加载系统向待测岩石施加的压力，以及渗流装置的流量；还用于接收轴向引伸计、环向引伸计和X射线探测器的检测结果。

上述技术方案中，还包括旋转盘和行走支架；所述旋转盘放置于行走支架上，并通过设置于行走支架上的移动履带沿行走支架移动；所述旋转盘与旋转压力室连接，并跟随旋转盘移动；所述同源双能量X射线源和X射线探测器分别设置于旋转压力室移动方向的两端。

上述技术方案中，所述旋转盘上设置有旋转电机；所述旋转电机的传动轴与旋转压力室固定连接，并带动旋转压力室自转。