[發明專利]熱沖擊與動力沖擊耦合下巖石滲流特性測試裝置及方法

在審

• 申請號: 202010980355.7
• 申請日: 2020-09-17
• 公開（公告）號: CN111965091A
• 公開（公告）日: 2020-11-20
• 發明（設計）人: 李夕兵;陳江湛;尹土兵
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: G01N15/08
• 分類號: G01N15/08
• 代理公司: 長沙市融智專利事務所(普通合伙) 43114
• 代理人: 謝浪

1.熱沖擊與動力沖擊耦合下巖石滲流特性測試裝置，包括用于對巖石試件施加真三軸載荷的真三軸應力加載系統以及對所述巖石試件施加熱沖擊載荷的熱沖擊發生機構，所述真三軸應力加載系統包括上加載頭、下加載頭、前加載頭、后加載頭、左加載頭和右加載頭，其特征在于：

所述上加載頭、后加載頭和右加載頭的加載端面上均切割有縱橫交錯的入滲導槽，內部均設置與所述入滲導槽連通的進液流道；

所述下加載頭、前加載頭和左加載頭的加載端面上均切割有縱橫交錯的集液導槽，內部均設置與所述集液導槽連通的回液流道，所述進液流道和回液流道均與高壓滲流加載機構連接；

所述左加載頭的中央開有貫通孔，所述貫通孔中滑動設有對巖石試件施加沖擊載荷的擾動入射桿，所述擾動入射桿與動力沖擊加載系統連接。

2.根據權利要求1所述的熱沖擊與動力沖擊耦合下巖石滲流特性測試裝置，其特征在于：所述貫通孔遠離所述巖石試件的一側上設有滑槽，所述擾動入射桿上設有與所述滑槽相配合的凸臺，所述滑槽的延伸方向與所述擾動入射桿的滑動方向平行；

所述左加載頭對所述巖石試件加載時，所述凸臺與所述滑槽的左端相抵接，并且所述擾動入射桿與所述左加載頭的加載端面平齊。

3.根據權利要求1所述的熱沖擊與動力沖擊耦合下巖石滲流特性測試裝置，其特征在于：所述巖石試件被柔性套體包裹，所述柔性套體上設有與所述擾動入射桿位置對應的避讓孔，且各個端面上均布有滲流孔。

4.根據權利要求1所述的熱沖擊與動力沖擊耦合下巖石滲流特性測試裝置，其特征在于：所述巖石試件的各個拐角被膠套架包裹，所述膠套架與上加載頭、下加載頭、前加載頭、后加載頭、左加載頭和右加載頭共同圍成與所述巖石試件適配且封閉的滲透加載室。

5.根據權利要求4所述的熱沖擊與動力沖擊耦合下巖石滲流特性測試裝置，其特征在于：所述膠套架、上加載頭、下加載頭、前加載頭、后加載頭、左加載頭和右加載頭設置于中空剛性框架內，所述中空剛性框架內設有緊壓所述膠套架的頂緊機構。

6.根據權利要求1-5任一項所述的熱沖擊與動力沖擊耦合下巖石滲流特性測試裝置，其特征在于：所述熱沖擊發生機構包括加熱容器、熱液循環泵、冷凝容器和冷液循環泵；

所述真三軸應力加載系統的至少一個加載頭中設有冷流通道和熱流通道，所述加熱容器、熱液循環泵和熱流通道順次連接構成加熱循環回路，所述冷凝容器、冷液循環泵和冷流通道順次連接構成冷卻循環回路，所述加熱容器內注有熱媒介質，所述冷凝容器內注有冷媒介質。

7.根據權利要求6所述的熱沖擊與動力沖擊耦合下巖石滲流特性測試裝置，其特征在于：所述上加載頭、下加載頭、前加載頭和后加載頭上均設有所述冷流通道和熱流通道。

8.根據權利要求1-5任一項所述的熱沖擊與動力沖擊耦合下巖石滲流特性測試裝置，其特征在于：所述高壓滲流加載機構包括液測加壓機構和氣測加壓機構；

所述液測加壓機構包括水箱、高壓平流泵和中間容器，所述中間容器通過活塞分隔為前容腔與后容腔，所述水箱、高壓平流泵和前容腔通過管道依次連接，所述后容腔上設置有滲流液注入口和滲流輸出總管，所述滲流輸出總管分出多條與所述真三軸應力加載系統的各個加載頭內的進液流道連通的滲流輸出管，每條所述滲流輸出管上均設有截止閥；

所述真三軸應力加載系統的各個加載頭內的回液流道與滲流回流管連接，所述滲流輸出管和滲流回流管上均設有壓力傳感器和流量傳感器；

所述氣測加壓機構包括順次連接的高壓氮氣源、減壓閥和氣用截止閥，所述氣用截止閥的輸出端連接所述滲流輸出總管。

9.根據權利要求1-5任一項所述的熱沖擊與動力沖擊耦合下巖石滲流特性測試裝置，其特征在于：所述真三軸應力加載系統還包括與各個加載頭連接的靜應力作動器，所述擾動入射桿穿過對應的所述靜應力作動器與動力沖擊加載系統連接。

10.熱沖擊與動力沖擊耦合下巖石滲流特性測試方法，其特征在于：使用權利要求1-9任一項所述的熱沖擊與動力沖擊耦合下巖石滲流特性測試裝置，包括如下步驟：

S1：利用真三軸應力加載系統對巖石試件施加真三軸載荷；

S2：在施加真三軸載荷的同時，啟動動力沖擊加載系統和熱沖擊發生機構，分別對巖石試件施加沖擊擾動載荷和熱沖擊載荷；

S3：啟動高壓滲流加載機構，在施加真三軸載荷的同時，對施加沖擊擾動載荷和熱沖擊載荷后的巖石試件的三向滲透參數進行原位測量。