[發明專利]用于巖土體動態沖擊壓縮的熱-水-力耦合三軸實驗裝置

在審

• 申請號: 202011167029.0
• 申請日: 2020-10-27
• 公開（公告）號: CN112362504A
• 公開（公告）日: 2021-02-12
• 發明（設計）人: 鄒寶平;劉治平;羅戰友;牟軍東
• 申請（專利權）人: 浙江科技學院
• 主分類號: G01N3/30
• 分類號: G01N3/30
• 代理公司: 上海科律專利代理事務所(特殊普通合伙) 31290
• 代理人: 葉鳳

本發明涉及巖土體動態沖擊壓縮技術領域，其目的是提供一種用于巖土體動態沖擊壓縮的熱?水?力耦合三軸實驗裝置，溫度場、滲流場、應力場多場耦合，能同時施加軸壓、圍壓、水壓、溫壓，以及進行不同的沖擊擾動荷載作用下的三軸多場動態力學特性實驗。本發明所提供的裝置通過將帶壓液壓油作用在啞鈴式圍壓環的外圈致使啞鈴式圍壓環緊緊包裹巖土體試樣形成圍壓，而液壓式軸壓伸縮器驅使動態沖擊透射桿往前方移動與位置固定不變的動態沖擊入射桿共同頂壓巖土體試樣形成軸壓，軸壓和圍壓的共同作用形成動態三軸應力場；通過對帶壓純凈水進行加熱并充填于巖土體試樣的周圍形成滲流場和溫度場。

技術領域

本發明涉及巖土體動態沖擊壓縮技術領域，具體來說，是涉及一種用于巖土體動態沖擊壓縮的熱-水-力耦合三軸實驗裝置。

背景技術

熱-水-力耦合作用是巖土體中溫度場(熱)、滲流場(水)、應力場(力)的相互作用的物理過程，是廣泛存在于巖土體中的一種多物理場耦合現象。巖土體是由多種礦物顆粒組成的復雜非均勻混合體，當熱存在于巖土體內部時，其受熱過程中致使各種礦物顆粒出現熱膨脹各向異性特性，產生熱應力引起巖土體的熱破裂；水存在于各類巖土體中，而各類巖土體均存在裂隙，水賦存在含裂隙的巖土體中形成滲透壓力削弱了各類礦物顆粒之間的聯系，改變了巖土體的物理性態和微觀結構，影響應力場分布，導致巖土體變形加大、強度降低；力是巖土體未受到工程擾動時就已存在的原始應力，它的存在會導致巖土體開挖時引起地應力集中，導致地下結構出現不同程度的破壞。

在實際的巖土體工程開挖環境中，都是溫度場、滲流場、應力場多場耦合作用的環境場，也均是一個動態的沖擊作用過程，如隧道爆破施工、TBM掘進機施工等。而現有的研究主要是開展單一的溫度場、滲流場、應力場作用下的靜態室內單軸和三軸試驗、數值模擬試驗以及物理模擬試驗等，不能真實反映巖土體賦存環境下的動態力學特性，沒有系統開展溫度場、滲流場、應力場耦合作用的三軸巖土體動態沖擊壓縮特性室內實驗研究，也沒有研發溫度場、滲流場、應力場多場耦合的三軸動態沖擊實驗裝置。

因此，研發熱-水-力多場耦合三軸動態沖擊實驗裝置和方法，對精準掌握巖土體的動態沖擊物理力學特性，分析地下工程巖土體的變形和破壞規律具有理論依據，為已建、在建和擬建的各類地下工程的安全穩定性設計、施工和運營提供數據支撐，對防治地下工程動態沖擊引發的巖爆、突水、突泥、坍塌、大變形等嚴重事故具有積極意義。

發明內容

本發明的目的是克服上述現有技術的不足，提供一種用于巖土體動態沖擊壓縮的熱-水-力耦合三軸實驗裝置，該實驗裝置溫度場、滲流場、應力場多場耦合，能同時施加軸壓、圍壓、水壓、溫壓，以及進行不同的沖擊擾動荷載作用下的三軸多場動態力學特性實驗。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的：

一種用于巖土體動態沖擊壓縮的熱-水-力耦合三軸實驗裝置，包括：沿水平軸向依次布設有動態沖擊入射桿、巖土體試樣、動態沖擊透射桿，所述動態沖擊入射桿、巖土體試樣、動態沖擊透射桿依次通過端面帶間隙地接觸連接，其中所述動態沖擊入射桿的位置固定不變。

在所述動態沖擊入射桿、巖土體試樣、動態沖擊透射桿的外部沿軸向套設有中空的L型環式法蘭，所述L型環式法蘭的外部套設有荷載保護套，所述L型環式法蘭的中心位置設有啞鈴式圍壓環。所述啞鈴式圍壓環為中空的啞鈴型圓柱結構，所述啞鈴式圍壓環的外壁全角度與所述L型環設法蘭的內壁粘接連接，以避免啞鈴式圍壓環與L型環式法蘭密封不嚴引發的液壓油滲漏和沖擊擾動后的移位。在所述啞鈴式圍壓環的中部沿所述啞鈴式圍壓環的整個外圈形成凹陷部位，所述啞鈴式圍壓環的內部安設有自適應保護環，所述自適應保護環上沿軸向設有中軸水流輸入槽。所述巖土體試樣安設在所述自適應保護環的內部中心，所述自適應保護環的設置是用于避免動態沖擊時所述啞鈴式圍壓環直接杯所述被動態沖擊入射桿和動態沖擊透射桿撞擊損壞。

所述動態沖擊入射桿的外徑表面、動態沖擊透射桿的外徑表面與L型環式法蘭的內徑表面之間形成構造間隙空間。