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原文传递温度水耦合作用岩体结构面三轴剪切蠕变实验装置与方法

专利名称：	温度水耦合作用岩体结构面三轴剪切蠕变实验装置与方法
摘要：	本发明涉及岩体力学技术领域，具体为温度水耦合作用岩体结构面三轴剪切蠕变实验装置与方法。目的是为了解决准确模拟深部岩体结构面所处的高温、高地应力、高渗透压以及强烈开采扰动的“三高一扰动”多场耦合复杂力学环境问题。本发明包括包括温控系统和密闭实验釜，所述温控系统的加热装置设置在密闭实验釜的外壁。本发明可简便实现实验室内模拟深部岩体结构面所处的“三高一扰动”多场耦合作用复杂力学环境；本发明通过所述温控系统可以实现深部岩体结构面所处的地温环境，并通过设定不同温度可实现不同深度的地温环境。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	山西;14
申请人：	太原理工大学
发明人：	王晨龙;张昌锁;朱健;史振东;李志强;刘杰
专利状态：	有效
申请日期：	2019-03-30T00:00:00+0800
发布日期：	2019-06-21T00:00:00+0800
申请号：	CN201910254051.X
公开号：	CN109916740A
代理机构：	太原申立德知识产权代理事务所(特殊普通合伙)
代理人：	程园园
分类号：	G01N3/24(2006.01);G;G01;G01N;G01N3
申请人地址：	030024 山西省太原市迎泽西大街79号
主权项：	1.温度水耦合作用岩体结构面三轴剪切蠕变实验装置，其特征在于：包括温控系统和密闭实验釜(2)，所述温控系统的加热装置(14)设置在密闭实验釜(2)的外壁，且使温控系统的加热装置(14)的温度传感器(12)设置在密闭实验釜(2)的测温槽(201)内。 2.根据权利要求1所述的温度水耦合作用岩体结构面三轴剪切蠕变实验装置，其特征在于：所述温控系统由温控仪(11)、温度传感器(12)、固态继电器(13)和加热装置(14)组成，所述温控仪(11)输出端的一个端子与24V直流电源的负极连接，温控仪(11)输出端的另一个端子与固态继电器(13)控制端的负端子连接，固态继电器(13)控制端的正端子与24V直流电源的正极连接，所述固态继电器(13)输出端的一个端子接零线，固态继电器(13)输出端的另一个端子与加热装置(14)电阻丝(143)的输入端连接，加热装置(14)的电阻丝(143)输出端与火线连接，所述温度传感器(12)与温控仪(11)的温度传感器端子连接。 3.根据权利要求2所述的温度水耦合作用岩体结构面三轴剪切蠕变实验装置，其特征在于：所述加热装置(14)包括两个绝缘材料包裹的环形圈(141)、多个陶瓷柱(142)和电阻丝(143)，所述两个绝缘材料包裹的环形圈(141)通过多个陶瓷柱(142)连接成圆柱形，所述电阻丝(143)缠绕在多个陶瓷柱(142)上。 4.根据权利要求3所述的温度水耦合作用岩体结构面三轴剪切蠕变实验装置，其特征在于：所述绝缘材料包裹的环形圈(141)可以为一体成型或者由多个弧形块拼接而成。 5.根据权利要求4所述的温度水耦合作用岩体结构面三轴剪切蠕变实验装置，其特征在于：所述绝缘材料包裹的环形圈(141)的包裹层为塑料或石棉。 6.根据权利要求5所述的温度水耦合作用岩体结构面三轴剪切蠕变实验装置，其特征在于：所述密闭实验釜(2)由釜体(21)、底盖(22)、顶盖(23)和传压柱(24)组成；所述釜体(21)为中空桶状结构，所述底盖(22)和顶盖(23)分别可拆卸的设置在釜体(21)的底端和顶端，在所述釜体(21)下部的一侧设有测温槽(201)，用于放置温度传感器(12)，以便测试釜体(21)的温度，在所述釜体(21)中下部的另一侧设有与釜体(21)内部相通的排液管(202)，在所述釜体(21)的上部的外侧设有与釜体(21)内部相通的排气管(203)，在所述顶盖(23)的中心设有贯穿的通孔(204)，所述传压柱(24)插装在通孔(204)中，用于对岩样进行预紧。 7.根据权利要求6所述的温度水耦合作用岩体结构面三轴剪切蠕变实验装置，其特征在于：在所述釜体(21)内壁的上部和下部与底盖(22)和顶盖(23)相接触的位置设有密封圈凹槽Ⅰ(205)，在所述通孔(204)内壁的下部设有密封圈凹槽Ⅱ(206)，用于安装密封圈。 8.根据权利要求7所述的温度水耦合作用岩体结构面三轴剪切蠕变实验装置，其特征在于：在所述传压柱(24)的内部设有“匚”形的引线槽(241)且引线槽(241)的两个引线口位于传压柱(3)的外侧面。 9.根据权利要求1-8任一项所述的温度水耦合作用岩体结构面三轴剪切蠕变实验装置，其特征在于：所述底盖(22)、顶盖(23)与釜体(21)通过螺纹连接。 10.温度水耦合作用岩体结构面三轴剪切蠕变实验的方法，其特征在于：包括不同地温、干燥和饱水两种含水条件的岩体结构面三轴剪切蠕变实验方法和不同地温、干湿循环条件下岩体结构面单轴剪切蠕变实验方法。 11.根据权利要求10所述的温度水耦合作用岩体结构面三轴剪切蠕变实验的方法，其特征在于：所述不同地温、干燥和饱水两种含水条件的岩体结构面三轴剪切蠕变实验方法包括步骤如下： 1)采用巴西劈裂实验沿不同地温的干燥或饱水岩样高度方向预制贯通结构面，之后沿相对方向切除结构面两侧岩样相同长度的半圆柱体，并用硅胶填补，再对岩样进行泡水处理，之后用橡胶套密封岩样； 2)将处理好的岩样置于密闭实验釜(2)内的底盖上，通过传压柱(24)预紧，传压柱(24)与岩样接触位置由橡胶套密封，并将声发射传感器布置在橡胶套外侧，接线通过传压柱(24)内部设有的“匚”形引线槽(241)的引线口引出； 3)利用手动泵通过排液管(202)向密闭实验釜(2)内注入预热50℃-90℃的液压油，使围压达到0.5MPa-3MPa； 4)将温控系统的加热装置(14)套在密闭实验釜(2)的釜体(21)外壁并将温度传感器(12)放入测温槽(201)内，接通温控系统，设置目标温度50℃-90℃进行控温，对密闭实验釜(2)预热升温至目标温度； 5)采用分级增量单调加载方式进行深部岩体结构面三轴剪切蠕变实验。 12.根据权利要求10所述的温度水耦合作用岩体结构面三轴剪切蠕变实验的方法，其特征在于：所述不同地温、干湿循环条件下岩体结构面单轴剪切蠕变实验方法包括步骤如下： 1)对不同地温、干燥岩样进行三点弯曲实验预制与水平方向成45°夹角的斜结构面，并对岩样进行泡水处理，除了结构面触水宽度范围内岩块表面裸漏外，高度方向的其他部位均采取密封操作； 2)将处理好的岩样置于密闭实验釜(2)的底盖(22)上，通过传压柱(24)预紧，传压柱(24)与岩样接触部位的外柱面裹胶体和橡皮套密封，并在包裹岩样的橡皮套上安设位移引伸计与声发射传感器； 3)关闭排液管(202)排液阀门，打开排气管(203)排气阀门，从顶部向密闭实验釜(2)的釜体(21)注入温度为50℃-90℃的纯水且纯水的高度可以淹没岩样，并将排气管(203)放入盛水的水桶内； 4)将温控系统的加热装置(14)套在密闭实验釜(2)的釜体(21)外壁并将温度传感器(12)放入测温槽(201)内，接通温控系统，设置目标温度50℃-90℃进行控温，对密闭实验釜(2)预热升温至目标温度； 5)采用分级增量单调加载方式进行剪切蠕变实验； 6)不同应力水平剪切蠕变时，打开排液管(202)排液阀门放水，通过温控系统的温控装置(14)对岩样加热1小时-2小时实现干燥，之后通过排液管(202)向密闭实验釜(2)的釜体(21)内注入温度为50℃-90℃的纯水且纯水的高度可以淹没岩样，实现单次干湿循环。
所属类别：	发明专利