[發(fā)明專利]一種基于硬巖真三軸系統(tǒng)的高溫滲流耦合實(shí)驗(yàn)裝置及方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110065547.X
• 申請(qǐng)日: 2021-01-18
• 公開（公告）號(hào): CN112903470B
• 公開（公告）日: 2022-03-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉造保;王川;王凱旋;馮夏庭;邵建富;沈挽青;王述紅
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 東北大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N3/18
• 分類號(hào): G01N3/18;G01N15/08
• 代理公司: 沈陽東大知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 21109
• 代理人: 梁焱

一種基于硬巖真三軸系統(tǒng)的高溫滲流耦合實(shí)驗(yàn)裝置及方法，裝置包括保溫箱、加熱管路、冷卻管路及滲流式互扣夾具；保溫箱內(nèi)放置巖石試樣；保溫箱上下兩側(cè)箱壁上對(duì)稱開設(shè)有豎直加載孔，保溫箱左右兩側(cè)箱壁上對(duì)稱開設(shè)有水平加載孔；巖石試樣由滲流式互扣夾具進(jìn)行封裝，滲流式互扣夾具上安裝有用于測(cè)量巖石試樣變形的LVDT位移傳感器組；加熱管路布設(shè)在與巖石試樣圍壓加載面正對(duì)的保溫箱箱體內(nèi)表面；冷卻管路布設(shè)在保溫箱的豎直加載孔和水平加載孔的外側(cè)。實(shí)驗(yàn)方法為：將實(shí)驗(yàn)裝置安裝到真三軸加載設(shè)備內(nèi)，制備試樣組合體并送入保溫箱內(nèi)；精確對(duì)中夾緊試樣組合體并充液壓油；啟動(dòng)加熱和冷卻；啟動(dòng)滲流加載；啟動(dòng)真三軸加載并完成滲流測(cè)量。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于巖石力學(xué)與工程技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種基于硬巖真三軸系統(tǒng)的高溫滲流耦合實(shí)驗(yàn)裝置及方法。

背景技術(shù)

針對(duì)深埋隧道、干熱巖開發(fā)工程、高放廢物處置工程等深部地下工程，工程范圍內(nèi)的巖體多處于高溫高應(yīng)力狀態(tài)，同時(shí)還經(jīng)常伴有地下水的存在，目前關(guān)于研究這些工程中處于高溫環(huán)境下巖體滲透率的演化過程以及多場(chǎng)耦合問題研究尚不充分，需要進(jìn)一步了解在高溫高壓條件下巖體的力學(xué)性質(zhì)變化及內(nèi)部裂隙擴(kuò)展導(dǎo)致的滲透率變化過程，以及巖體物理力學(xué)性質(zhì)。

對(duì)于上述問題的研究，目前尚未形成一套完整的理論，對(duì)于多場(chǎng)耦合問題研究，多采用軟件模擬的方式，而在模擬中所使用的參數(shù)以及得到結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性，仍需要一定的實(shí)驗(yàn)予以支持及驗(yàn)證。

鑒于深部巖體現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)獲取困難，而現(xiàn)有的相關(guān)理論公式也存在適用性不足的問題，并且實(shí)驗(yàn)研究所需的實(shí)驗(yàn)設(shè)備十分匱乏。因此，研發(fā)一套能夠滿足實(shí)際需求的實(shí)驗(yàn)設(shè)備勢(shì)在必行，該設(shè)備不僅需要可以提供真三向不同高應(yīng)力加載條件，同時(shí)設(shè)備的溫度加載能力還應(yīng)達(dá)到深部地下工程中巖體真實(shí)位置所處的溫度環(huán)境，如增強(qiáng)型地?zé)嵯到y(tǒng)中儲(chǔ)層巖石所處的溫度一般在200℃以上。

目前，現(xiàn)有的真三軸試驗(yàn)裝置僅僅能夠增加滲流或高溫功能中的一項(xiàng)，而針對(duì)增強(qiáng)型地?zé)嵯到y(tǒng)的高溫環(huán)境下巖石滲透率的演化過程研究基本無法實(shí)施。

例如，申請(qǐng)?zhí)枮?01720048125.0的中國(guó)專利申請(qǐng)公開的真三軸試驗(yàn)裝置及系統(tǒng)、申請(qǐng)?zhí)枮?02010764849.1的中國(guó)專利申請(qǐng)公開的巖石真三軸應(yīng)力-滲流測(cè)試裝置及方法、申請(qǐng)?zhí)枮?01910599102.2的中國(guó)專利申請(qǐng)公開的基于雙軸流變儀實(shí)現(xiàn)可視化的真三軸水力耦合試驗(yàn)裝置、申請(qǐng)?zhí)枮?02010188888.1的中國(guó)專利申請(qǐng)公開的一種新的真三軸壓裂滲流試驗(yàn)裝置與方法、申請(qǐng)?zhí)枮?01910461877.3的中國(guó)專利申請(qǐng)公開的可視化單裂隙巖石應(yīng)力-滲流耦合試樣的三軸滲流試驗(yàn)方法、申請(qǐng)?zhí)枮?01920928729.3的中國(guó)專利申請(qǐng)公開的利用真三軸儀器開展裂隙巖體各向異性滲流測(cè)試試驗(yàn)裝置、申請(qǐng)?zhí)枮?01711251111.X的中國(guó)專利申請(qǐng)公開的一種施加非均布載荷的真三軸滲流實(shí)驗(yàn)裝置、申請(qǐng)?zhí)枮?01910532740.2的中國(guó)專利申請(qǐng)公開的利用巖石真三軸加載測(cè)試系統(tǒng)開展裂隙巖體各向異性滲流測(cè)試的裝置設(shè)計(jì)及方法、申請(qǐng)?zhí)枮?01821029757.3的中國(guó)專利申請(qǐng)公開的一種適用于節(jié)理或裂隙巖體的L型剪切滲流實(shí)驗(yàn)裝置、申請(qǐng)?zhí)枮?01510261475.0的中國(guó)專利申請(qǐng)公開的裂隙巖石的多場(chǎng)耦合滲透試驗(yàn)裝置及試驗(yàn)方法等，上述專利申請(qǐng)中均只是在真三軸設(shè)備的基礎(chǔ)具備了一定的滲流功能。

例如，申請(qǐng)?zhí)枮?01510261475.0的中國(guó)專利申請(qǐng)公開的裂隙巖石的多場(chǎng)耦合滲透試驗(yàn)裝置及試驗(yàn)方法、申請(qǐng)?zhí)枮?01711070075.7的中國(guó)專利申請(qǐng)公開的一種含溫控系統(tǒng)的大尺寸真三軸水力壓裂實(shí)驗(yàn)機(jī)及其實(shí)驗(yàn)方法等，上述專利申請(qǐng)中均只是在真三軸設(shè)備的基礎(chǔ)具備了一定的溫度加載功能，但溫度加載能力十分有限，均無法達(dá)到深部工程巖體所處的溫度條件，其研究范圍也無法拓展到深部工程巖體領(lǐng)域，同時(shí)上述專利申請(qǐng)的應(yīng)力加載形式也不滿足兩剛一柔真三軸加載要求。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提供一種基于硬巖真三軸系統(tǒng)的高溫滲流耦合實(shí)驗(yàn)裝置及方法，能夠在真三軸力學(xué)場(chǎng)下同時(shí)耦合溫度場(chǎng)與滲流場(chǎng)，而且每個(gè)試驗(yàn)場(chǎng)均具有穩(wěn)定的加載能力，可有效提高實(shí)驗(yàn)效率和結(jié)果精度。