[實用新型]一種并聯型巖石溫度-滲流-應力耦合三軸流變儀

有效

• 申請號: 201620088281.5
• 申請日: 2016-01-28
• 公開（公告）號: CN205317590U
• 公開（公告）日: 2016-06-15
• 發明（設計）人: 陳衛忠;馬永尚;于洪丹;李翻翻;雷江
• 申請（專利權）人: 中國科學院武漢巖土力學研究所
• 主分類號: G01N3/12
• 分類號: G01N3/12
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 張勇

技術領域

本實用新型涉及一種并聯型巖石溫度-滲流-應力耦合三軸流變儀，屬于地下工程、巖土 工程試驗儀器技術領域。本設備可以同時進行多組不同溫度-滲流-應力耦合條件下的流變 試驗，適用于溫度-滲流-應力耦合條件下巖土介質長期力學特性的研究。

背景技術

在石油及液化天然氣的地下儲存、地熱資源開發、深部資源開采、高放廢料的地質處 置等工程建設中，都存在著多場、多相的耦合問題，多物理場之間的復雜耦合作用對工程 巖體的長期穩定具有非常重要的影響，一直受到國內外研究者的重視和關注。其中，溫度 場、滲流場與應力場之間耦合問題在復雜條件下巖體工程施工設計、安全評價、穩定性分 析與預測評估等方面都具有十分重要的意義。

巖土工程流變問題從20世紀60年代就作為世界性難題被提出，是當今科技攻關和工 程實踐的難點和熱點，在過去的幾十年里，國內外的廣大科研工作者對巖土工程的流變問 題進行了大量的研究工作。此外，由于地熱梯度以及高放核廢料地下儲存過程中的衰變放 熱，使得巖土體長期處于溫度-滲流-應力耦合作用的影響下。在溫度-滲流-應力耦合條件下 表現出來的特性中，非線性流變特性和軟巖大變形表現得尤為突出，且工程流變發生的持 續時間長。到目前為止，巖土體溫度-滲流-應力耦合長期流變特性的研究成果十分有限，尚 未掌握其變形破壞規律。因此，迫切需要深入了解巖土體在溫度-滲流-應力耦合作用下的流 變特性。

巖土介質的溫度-滲流-應力耦合流變問題，在近幾年成為國內巖土力學研究領域的熱點 和難點，需要進行大量的流變試驗來掌握其流變規律。但是，由于流變非線性特性和軟巖 大變形特征，導致流變試驗的周期長，試驗時間成本高，對儀器的控制精度和耐久性要求 高，傳統的流變試驗裝置已經很難滿足長期流變試驗的要求。

申請號為2007100535232的中國專利公開了一種巖石雙聯動三軸流變儀，包括壓力傳 感器、位移傳感器、軸向出力油缸活塞，軸向伺服加載系統，可以實現相同軸壓、不同圍 壓的三軸流變試驗，有效提高試驗效率。其缺點是只能提供應力加載，并且兩個壓力室是 上下串聯設置的，共用一套軸壓系統，容易引起較大的摩擦力，并且兩組三軸流變試驗必 須設置相同的軸壓。申請號為2009100782332的專利公開了“一種五聯動巖石單軸流變儀”， 其解決的問題為“每次試驗僅能對單個試件進行加載等”，采用的技術手段包括“伺服加載 系統包括五套并聯的加載體，每套加載體由上承壓板、下承壓板、精密絲杠、升降機、伺 服電機、手動調節閥和試件裝卡球座構成”，該并聯型裝置能夠在保證提高試驗效率的基礎 上改善串聯型試驗裝置的缺點，但是依然沒有突破傳統流變儀單純應力加載的局限。申請 號為201410734403的專利公開了“CT實時掃描的三軸應力、滲流、化學耦合流變試驗系統”， 采用的技術手段為“實用新型試驗系統的三軸壓力室尺寸較小，解決了目前三軸壓力室尺 寸大的問題；并且采用三臺閉環伺服計量泵分別精確控制圍壓、軸壓和滲透壓”，其缺點是 該實用新型只能實現應力-滲流-化學耦合流變問題，并不能采用溫度-滲流-應力耦合的加載 形式，試驗結果無法反映不同溫度-滲流-應力耦合條件下的巖土介質的流變性能。

實用新型內容

本實用新型的目的是為克服上述現有技術的不足，提供一種并聯型巖石溫度-滲流-應 力耦合三軸流變儀，可以實現多組不同軸壓和溫度、相同圍壓和孔壓的三軸溫度-滲流-應力 耦合條件下的流變試驗，該儀器通用性好，結構簡單，可靠性高，并且可以有效加快試驗 速度，縮短試驗周期，節省試驗成本。

為了達成上述目的，本實用新型采用如下技術方案：

一種并聯型巖石溫度-滲流-應力耦合三軸流變儀，包括加載框架，所述加載框架內設 有兩個或多個三軸壓力室，各個所述三軸壓力室的壓頭分別與軸壓伺服控制系統連接，各 個所述三軸壓力室之間并聯，并通過油管與圍壓伺服控制系統連接；各個所述三軸壓力室 內的試樣通過水管與孔壓伺服控制系統連接；各個所述三軸壓力室的外壁上設有電加熱部， 所述電加熱裝置與溫度控制系統連接；所述軸壓伺服控制系統、圍壓伺服控制系統、孔壓 伺服控制系統、和溫度控制系統均和數據采集與控制系統通過電路連接，所述數據采集與 控制系統實時控制試樣的應力場、滲流場和溫度場，以測量試樣在不同的溫度-滲流-應力 耦合條件下的流變變形。