[发明专利]一种高地温隧洞水力热损伤试验装置及试验方法

权利要求书

1.一种高地温隧洞水力热损伤试验装置，包括隧洞试样，所述隧洞试样设有贯穿孔洞，还包括与外部计算机连接的数据采集系统，其特征在于，还包括设置在所述隧洞试样上面、下面、左面、右面的边界温度加载结构、设置在上面、左面、右面所述边界温度加载结构另一侧的应力加载结构；还包括与所述孔洞两端面密封配合的封盖结构，所述封盖结构包括封盖，所述封盖包括前封盖和后封盖；还包括穿过所述前封盖向所述孔洞施压内水压的水压加载结构、贯穿前封盖和后封盖向所述孔洞内施压中心温度荷载的中心温度施加结构、穿过所述前封盖伸入所述孔洞内的摄像结构。

2.根据权利要求1所述的高地温隧洞水力热损伤试验装置，其特征在于，所述隧洞试样形状为正方体，由砂岩或者大理岩切割而成；所述孔洞位于所述隧洞试样的中心线位置，孔洞为圆柱形；封盖材料为不锈钢。

3.根据权利要求1所述的高地温隧洞水力热损伤试验装置，其特征在于，所述封盖结构还包括用于穿过所述封盖与所述隧洞试样螺栓孔内部固定的固定螺栓，所述固定螺栓设有向所述固定螺栓与所述隧洞试样螺栓孔之间缝隙填充环氧树脂的注射孔。

4.根据权利要求1所述的高地温隧洞水力热损伤试验装置，其特征在于，所述摄像结构包括摄像棒，所述摄像棒上设有多个摄像支架组，所述摄像支架组包括多个环绕固定在所述摄像棒周向上的摄像支架，相邻两个摄像支架组之间设置摄像机组，所述摄像机组为多个环绕固定在所述摄像棒周向上与外部计算机连接的微型摄像机；所述摄像结构还包括套设在摄像支架组外部的透明罩，所述微型摄像机组与所述透明罩形成隔空；所述摄像棒沿轴向设有用于识别损伤位置的刻度线，所述前封盖上设有用于识别摄像棒转动角度的刻度线。

5.根据权利要求1所述的高地温隧洞水力热损伤试验装置，其特征在于，所述水压加载结构包括储水筒，所述储水筒的一侧设有进出水口，所述储水筒的另一侧设有带内螺纹的卡口，所述储水筒内设有活塞，所述活塞与所述储水筒构成密闭的储水室，所述活塞靠近所述卡口的一面设有开口，所述活塞内设有转子，所述转子在所述活塞内壁上滑动，所述转子固定连接电机转轴，所述电机转轴一端伸入所述开口且与所述开口不接触，所述电机转轴外部中段设有与内螺纹适配的外螺纹，所述电机转轴另一端与电机的输出端连接；所述进出水口分别连接进水管和出水管，所述进水管与水箱连通，所述进出水口与进水管的连接处设有进水管阀门，所述进出水口与出水管的连接处设有出水管阀门；

水压加载结构还包括用于控制电机转向的水压加载开关。

6.根据权利要求1所述的高地温隧洞水力热损伤试验装置，其特征在于，所述边界温度加载结构包括加热板，加热板两面侧板之间通过网格板连接，使加热板内部构成多个可放置加热电阻丝的网格空腔。

7.根据权利要求1所述的高地温隧洞水力热损伤试验装置，其特征在于，所述应力加载结构包括应力加载板和设置在所述应力加载板上的传力轴。

8.根据权利要求1所述的高地温隧洞水力热损伤试验装置，其特征在于，所述中心温度施加结构包括贯穿在所述孔洞内的导冷管，与所述导冷管一端连通的冷凝器，与导冷管另一端连通的蒸发器、连通所述冷感器与所述蒸发器的压缩机。

9.一种试验方法，其特征在于，采用权利要求1～8任一项所述的高地温隧洞水力热损伤试验装置，包括如下步骤：

S1、施加初始内水压：打开进水管阀门和关闭出水管阀门，开启水压加载开关反转，电机驱动活塞推出储水筒，使储水室充水；关闭进水阀门和打开出水阀门，开启水压加载开关正转，电机驱动活塞推进储水筒，使孔洞充水并达到内水压值略微上升趋势，关闭水压加载开关；

S2、施加围压：对应力加载板施加压力，并依次向加热板、隧洞试样传递，使隧洞试样的围压值达到预设值，保持围压不变；

S3、施加边界温度荷载：开启加热板，使隧洞试样的边界温度荷载处于60℃以上的预设值，保持恒温；

S4、施加试验内水压：开启水压加载开关正转，使孔洞内的内水压值达到内水压预设值；

S5、施加中心温度荷载：开启压缩机，使孔洞内的中心温度荷载处于10℃以下的恒定温度，直至隧洞试样内部破裂；

S6、在上述步骤中，均开启微型摄像机记录不同破裂特征，并且记录不同破裂特征下的微型摄像机转动角度变化和摄像棒伸入孔洞长度变化。