溫度滲流應力（thm）耦合模擬試驗系統(tǒng)的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型屬于巖土體多場耦合作用下的穩(wěn)定性研究領域，尤其涉及一種適用于巖土體溫度一滲流一應力多物理場耦合模擬試驗系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]由于國內(nèi)并未形成了復雜巖土體多場廣義親合理論和數(shù)值分析方法去研究巖土體多場耦合狀態(tài)下的物理力學特性，以解決工程巖土體穩(wěn)定性等問題。已進行的研究工作多是集中于巖土體三場耦合數(shù)學模型的理論和數(shù)值模擬方面，相關試驗研究卻很少。
[0003]本試驗系統(tǒng)的研制不僅可為THM三場耦合理論研究和數(shù)值模擬提供試驗上的支持和指導，也可為地下洞室穩(wěn)定性分析及地熱能的有效利用提供有效的試驗手段。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了解決上述問題，本實用新型提供了一種溫度滲流應力(THM)耦合模擬試驗系統(tǒng)及其使用方法，本試驗系統(tǒng)以地下洞室周圍巖土體為研究對象，通過建立溫度一滲流一應力多物理場耦合模擬試驗系統(tǒng)，切實模擬地下洞室開挖的工況和巖土體賦存的地質環(huán)境。試驗步驟切實的反映地下洞室開挖過程、滲流場、和硐室中貯存放射性核廢物衰變散熱或地熱能利用過程產(chǎn)生的循環(huán)溫度荷載對圍巖的影響過程。通過逐步深化研究力學卸載過程對巖土力學性能和水力特性的影響，以及溫度荷載對硐室周圍巖土體損傷演化規(guī)律、滲透性能和熱傳導性的影響，揭示應力場和滲流場(HM)、應力場和溫度場(TM)、滲流場和溫度場(TH)之間的相互作用和相互影響情況。
[0005]為了實現(xiàn)以上目的，本實用新型采用的技術方案是:
[0006]—種溫度滲流應力耦合模擬試驗系統(tǒng)，其特征在于，所述模擬試驗系統(tǒng)包括監(jiān)控主機、三軸壓力試驗主機、⑶S壓力一體積控制儀組，所述三軸壓力試驗主機包括中心油壓通道，所述GDS壓力一體積控制儀組包括中心油壓回路、外圍油壓回路、外部水壓回路、內(nèi)部水壓回路；所述中心油壓回路連接有中心油壓通道與熱栗控制循環(huán)系統(tǒng)；所述外圍油壓回路一端連接所述三軸壓力試驗主機上端，另一端連接所述三軸壓力試驗主機下端；所述外部水壓回路、內(nèi)部水壓回路各自一端分別連接所述三軸壓力試驗主機上端，所述外部水壓回路、內(nèi)部水壓回路各自另一端分別連接所述三軸壓力試驗主機下端。
[0007]優(yōu)先地，所述模擬試驗系統(tǒng)還包括數(shù)據(jù)采集儀；所述三軸壓力試驗主機還包括鋁制中空厚壁圓柱腔體、土工織物和膠套層、巖土體試樣、豎向位移計；所述熱栗控制循環(huán)系統(tǒng)包括控制閥門1、控制閥門I1、控制閥門II1、控制閥門IV、油栗、恒溫控制儀；所述GDS壓力一體積控制儀組還包括中心油壓控制儀、外圍油壓控制儀、外部水壓控制儀、內(nèi)部水壓控制儀。
[0008]優(yōu)先地，所述中心油壓控制儀、外圍油壓控制儀、外部水壓控制儀、內(nèi)部水壓控制儀分別包括加壓裝置、螺旋導管、壓力控制顯示器。
[0009]優(yōu)先地，所述三軸壓力試驗主機中的所述土工織物和膠套層包裹巖土體試樣，形成內(nèi)部排出路徑和外部排水路徑。
[0010]優(yōu)先地，位于所述三軸壓力試驗主機上端設有內(nèi)部水壓入口與外部水壓入口，分別各自連接所述內(nèi)部水壓回路與外部水壓回路的一端。
[0011]優(yōu)先地所述三軸壓力試驗主機下端設有內(nèi)部水壓出口與外部水壓出口，分別各自連接所述內(nèi)部水壓回路與外部水壓回路的另一端。
[0012]優(yōu)先地，所述中心油壓通道環(huán)繞在土工織物和膠套層周圍，油栗將硅油注入中心油壓通道中，并依靠恒溫控制儀來控制硅油的溫度，以保證對巖土體試樣施加既定的溫度；所述中心油壓通道的注油口位于所述三軸壓力試驗主機的上端，所述中心油壓通道的出油口位于所述三軸壓力試驗主機的下端。
[0013]優(yōu)先地，所述中心油壓回路一端為所述中心油壓通道的注油口，一端連接所述熱栗控制循環(huán)系統(tǒng)的油栗；外圍油壓回路連接在所述中心油壓通道注油口，一端為所述中心油壓通道的出油口。
【附圖說明】
[0014]圖1為本實用新型所涉及的溫度滲流應力(THM)耦合模擬試驗系統(tǒng)的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0015]為了使本實用新型的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本實用新型進行進一步詳細描述。應當理解，此處所描述的具體實施例僅用于解釋本實用新型，并不用于限定本實用新型。
[0016]相反，本實用新型涵蓋任何由權利要求定義的在本實用新型的精髓和范圍上做的替代、修改、等效方法以及方案。進一步，為了使公眾對本實用新型有更好的了解，在下文對本實用新型的細節(jié)描述中，詳盡描述了一些特定的細節(jié)部分。對本領域技術人員來說沒有這些細節(jié)部分的描述也可以完全理解本實用新型。
[0017]本實用新型涉及一種溫度滲流應力(??Μ)耦合模擬試驗系統(tǒng)，如圖1所示為該溫度滲流應力(THM)耦合模擬試驗系統(tǒng)的結構示意圖，主要有監(jiān)控主機17、三軸壓力試驗主機、熱栗控制循環(huán)系統(tǒng)1、GDS壓力-體積控制儀組(GDS為標準壓力/體積控制器)、數(shù)據(jù)采集儀19組成。
[0018]所述三軸壓力試驗主機包括鋁制中空厚壁圓柱腔體2、土工織物和膠套層4、巖土體試樣3、中心油壓通道18、LVDT豎向位移計22 (LVDT是Linear Variable DifferentialTransformer的縮寫，意思為線性可變差動變壓器，屬于直線位移傳感器。)；所述熱栗控制循環(huán)系統(tǒng)I包括控制閥門I 7、控制閥門II 8、控制閥門III20、控制閥門IV21、油栗6、恒溫控制儀5 ;所述GDS壓力-體積控制儀組包括中心油壓控制儀16、外圍油壓控制儀15、外部水壓控制儀13、內(nèi)部水壓控制儀12，各個控制儀分別包括加壓裝置23、螺旋導管25、壓力控制顯示器24，中心油壓控制儀16控制中心油壓回路12，外圍油壓控制儀15控制外圍油壓回路11，外部水壓控制儀13控制外部水壓回路10，內(nèi)部水壓控制儀12控制內(nèi)部水壓回路9。
[0019]所述中心油壓回路12 —端為所述中心油壓通道18的注油口，一端連接所述熱栗控制循環(huán)系統(tǒng)I的油栗6 ;外圍油壓回路11連接在所述中心油壓通道18注油口，一端為所述中心油壓通道18的出油口。
[0020]對熱栗控制循環(huán)系統(tǒng)I中所述三軸壓力試驗主機內(nèi)部有內(nèi)部排水路徑與外部排水路徑，是通過所述土工織物和膠套層4包裹巖土體試樣3形成，位于所述土工織物和膠套層4上方設有內(nèi)部水壓入口與外部水壓入口，底部設有內(nèi)部水壓出口與外部水壓出口，所述內(nèi)部水壓回路9 一端連接內(nèi)部水壓入口，一端連接內(nèi)部水壓出口 ；所述外部水壓回路10一端連接外部水壓入口，一端連接外部水壓出口 ；通過內(nèi)部水壓回路9與外部水壓回路10調節(jié)所述巖土體試樣3周圍的應力與壓強以及用于計算滲透系數(shù)。
[0021]所述，油栗6將硅油注入中心油壓通道18中，所述中心油壓通道18環(huán)繞在土工織物和膠套層4周圍，所述中心油壓通道18注油口位于所述控制閥門III 20與控制閥門IV 21之間，將三軸壓力試驗主機、熱栗控制循環(huán)系統(tǒng)I連接起來，通過對所述中心油壓通道18注油用于巖土體試樣3施加溫度載荷，并依靠恒溫控制儀5來控制硅油的溫度，以保證對巖土體試樣3施加既定的溫度；施加溫度載荷時，需要將控制閥門I 7、控制閥門III 20打開，將控制閥門II 8、控制閥門IV 21關閉。
[0022]試驗過程中，所述三軸壓力試驗主機設備由所述監(jiān)控主機17控制，通過X-ray掃描技術對所述巖土體試樣3進行掃描來觀測巖土體s試樣的損傷，所述數(shù)據(jù)采集儀19采集巖土體試樣3中的力學參數(shù)、水力參數(shù)、溫度參數(shù)。所述監(jiān)控主機17與數(shù)據(jù)采集儀19為外
PJ3PJ3
置裝置。
【主權項】
1.一種溫度滲流應力耦合模擬試驗系統(tǒng)，其特征在于，所述模擬試驗系統(tǒng)包括監(jiān)控主機、三軸壓力試驗主機、GDS壓力一體積控制儀組，所述三軸壓力試驗主機包括中心油壓通道，所述GDS壓力一體積控制儀組包括中心油壓回路、外圍油壓回路、外部水壓回路、內(nèi)部水壓回路； 所述中心油壓回路連接有中心油壓通道與熱栗控制循環(huán)系統(tǒng)； 所述外圍油壓回路一端連接所述三軸壓力試驗主機上端，另一端連接所述三軸壓力試驗主機下端； 所述外部水壓回路、內(nèi)部水壓回路各自一端分別連接所述三軸壓力試驗主機上端，所述外部水壓回路、內(nèi)部水壓回路各自另一端分別連接所述三軸壓力試驗主機下端。2.根據(jù)權利要求1所述的模擬試驗系統(tǒng)，其特征在于， 所述模擬試驗系統(tǒng)還包括掃描儀、數(shù)據(jù)采集儀；所述三軸壓力試驗主機還包括鋁制中空厚壁圓柱腔體、土工織物和膠套層、巖土體試樣、豎向位移計；所述熱栗控制循環(huán)系統(tǒng)包括控制閥門1、控制閥門I1、控制閥門II1、控制閥門IV、油栗、恒溫控制儀； 所述GDS壓力一體積控制儀組還包括中心油壓控制儀、外圍油壓控制儀、外部水壓控制儀、內(nèi)部水壓控制儀。3.根據(jù)權利要求2所述的模擬試驗系統(tǒng)，其特征在于，所述中心油壓控制儀、外圍油壓控制儀、外部水壓控制儀、內(nèi)部水壓控制儀分別包括加壓裝置、螺旋導管、壓力控制顯示器。4.根據(jù)權利要求3所述的模擬試驗系統(tǒng)，其特征在于，所述三軸壓力試驗主機中的所述土工織物和膠套層包裹巖土體試樣，形成內(nèi)部排出路徑和外部排水路徑。5.根據(jù)權利要求4所述的模擬試驗系統(tǒng)，其特征在于，位于所述三軸壓力試驗主機上端設有內(nèi)部水壓入口與外部水壓入口，分別各自連接所述內(nèi)部水壓回路與外部水壓回路的一端；所述三軸壓力試驗主機下端設有內(nèi)部水壓出口與外部水壓出口，分別各自連接所述內(nèi)部水壓回路與外部水壓回路的另一端。6.根據(jù)權利要求5所述的模擬試驗系統(tǒng)，其特征在于，所述中心油壓通道環(huán)繞在土工織物和膠套層周圍，油栗將硅油注入中心油壓通道中，并依靠恒溫控制儀來控制硅油的溫度，以保證對巖土體試樣施加既定的溫度。7.根據(jù)權利要求6所述的模擬試驗系統(tǒng)，其特征在于，所述中心油壓通道的注油口位于所述三軸壓力試驗主機的上端，所述中心油壓通道的出油口位于所述三軸壓力試驗主機的下端。8.根據(jù)權利要求7所述的模擬試驗系統(tǒng)，其特征在于，所述中心油壓回路一端為所述中心油壓通道的注油口，一端連接所述熱栗控制循環(huán)系統(tǒng)的油栗；外圍油壓回路連接在所述中心油壓通道注油口，一端為所述中心油壓通道的出油口。
【專利摘要】本實用新型屬于巖土體多場耦合作用下的穩(wěn)定性研究領域，尤其涉及一種適用于巖土體溫度—滲流—應力多物理場耦合模擬試驗系統(tǒng)；溫度滲流應力（THM）耦合模擬試驗系統(tǒng)主要有監(jiān)控主機、三軸壓力試驗主機、熱泵控制循環(huán)系統(tǒng)、GDS壓力-體積控制儀組、數(shù)據(jù)采集儀組成。
【IPC分類】G01N15/08, G01N3/18
【公開號】CN204831939
【申請?zhí)枴緾N201520196292
【發(fā)明人】由爽, 紀洪廣, 程曉輝, 曹楊, 高宇
【申請人】北京科技大學
【公開日】2015年12月2日
【申請日】2015年4月2日