溫度滲流應(yīng)力（thm）耦合模擬試驗(yàn)系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于巖土體多場(chǎng)耦合作用下的穩(wěn)定性研究領(lǐng)域，尤其涉及一種適用于巖土體溫度一滲流一應(yīng)力多物理場(chǎng)耦合模擬試驗(yàn)系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]由于國(guó)內(nèi)并未形成了復(fù)雜巖土體多場(chǎng)廣義親合理論和數(shù)值分析方法去研究巖土體多場(chǎng)耦合狀態(tài)下的物理力學(xué)特性，以解決工程巖土體穩(wěn)定性等問(wèn)題。已進(jìn)行的研究工作多是集中于巖土體三場(chǎng)耦合數(shù)學(xué)模型的理論和數(shù)值模擬方面，相關(guān)試驗(yàn)研究卻很少。
[0003]本試驗(yàn)系統(tǒng)的研制不僅可為T(mén)HM三場(chǎng)耦合理論研究和數(shù)值模擬提供試驗(yàn)上的支持和指導(dǎo)，也可為地下洞室穩(wěn)定性分析及地?zé)崮艿挠行Ю锰峁┯行У脑囼?yàn)手段。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了解決上述問(wèn)題，本實(shí)用新型提供了一種溫度滲流應(yīng)力(THM)耦合模擬試驗(yàn)系統(tǒng)及其使用方法，本試驗(yàn)系統(tǒng)以地下洞室周?chē)鷰r土體為研究對(duì)象，通過(guò)建立溫度一滲流一應(yīng)力多物理場(chǎng)耦合模擬試驗(yàn)系統(tǒng)，切實(shí)模擬地下洞室開(kāi)挖的工況和巖土體賦存的地質(zhì)環(huán)境。試驗(yàn)步驟切實(shí)的反映地下洞室開(kāi)挖過(guò)程、滲流場(chǎng)、和硐室中貯存放射性核廢物衰變散熱或地?zé)崮芾眠^(guò)程產(chǎn)生的循環(huán)溫度荷載對(duì)圍巖的影響過(guò)程。通過(guò)逐步深化研究力學(xué)卸載過(guò)程對(duì)巖土力學(xué)性能和水力特性的影響，以及溫度荷載對(duì)硐室周?chē)鷰r土體損傷演化規(guī)律、滲透性能和熱傳導(dǎo)性的影響，揭示應(yīng)力場(chǎng)和滲流場(chǎng)(HM)、應(yīng)力場(chǎng)和溫度場(chǎng)(TM)、滲流場(chǎng)和溫度場(chǎng)(TH)之間的相互作用和相互影響情況。
[0005]為了實(shí)現(xiàn)以上目的，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是:
[0006]—種溫度滲流應(yīng)力耦合模擬試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于，所述模擬試驗(yàn)系統(tǒng)包括監(jiān)控主機(jī)、三軸壓力試驗(yàn)主機(jī)、⑶S壓力一體積控制儀組，所述三軸壓力試驗(yàn)主機(jī)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(yàn)主機(jī)上端，另一端連接所述三軸壓力試驗(yàn)主機(jī)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(yàn)主機(jī)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(yàn)主機(jī)下端。
[0007]優(yōu)先地，所述模擬試驗(yàn)系統(tǒng)還包括數(shù)據(jù)采集儀；所述三軸壓力試驗(yàn)主機(jī)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(jì)；所述熱栗控制循環(huán)系統(tǒng)包括控制閥門(mén)1、控制閥門(mén)I1、控制閥門(mén)II1、控制閥門(mén)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(dǎo)管、壓力控制顯示器。
[0009]優(yōu)先地，所述三軸壓力試驗(yàn)主機(jī)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(yàn)主機(jī)上端設(shè)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(yàn)主機(jī)下端設(shè)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?chē)?，油栗將硅油注入中心油壓通道中，并依靠恒溫控制儀來(lái)控制硅油的溫度，以保證對(duì)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(yàn)主機(jī)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(yàn)主機(jī)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(shuō)明】
[0014]圖1為本實(shí)用新型所涉及的溫度滲流應(yīng)力(THM)耦合模擬試驗(yàn)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0015]為了使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)描述。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅用于解釋本實(shí)用新型，并不用于限定本實(shí)用新型。
[0016]相反，本實(shí)用新型涵蓋任何由權(quán)利要求定義的在本實(shí)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(jìn)一步，為了使公眾對(duì)本實(shí)用新型有更好的了解，在下文對(duì)本實(shí)用新型的細(xì)節(jié)描述中，詳盡描述了一些特定的細(xì)節(jié)部分。對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)沒(méi)有這些細(xì)節(jié)部分的描述也可以完全理解本實(shí)用新型。
[0017]本實(shí)用新型涉及一種溫度滲流應(yīng)力(??Μ)耦合模擬試驗(yàn)系統(tǒng)，如圖1所示為該溫度滲流應(yīng)力(THM)耦合模擬試驗(yàn)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖，主要有監(jiān)控主機(jī)17、三軸壓力試驗(yàn)主機(jī)、熱栗控制循環(huán)系統(tǒng)1、GDS壓力-體積控制儀組(GDS為標(biāo)準(zhǔn)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(yàn)主機(jī)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(jì)22 (LVDT是Linear Variable DifferentialTransformer的縮寫(xiě)，意思為線性可變差動(dòng)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(mén)I 7、控制閥門(mén)II 8、控制閥門(mén)III20、控制閥門(mén)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(gè)控制儀分別包括加壓裝置23、螺旋導(dǎo)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(duì)熱栗控制循環(huán)系統(tǒng)I中所述三軸壓力試驗(yàn)主機(jī)內(nèi)部有內(nèi)部排水路徑與外部排水路徑，是通過(guò)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(shè)有內(nèi)部水壓入口與外部水壓入口，底部設(shè)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(guò)內(nèi)部水壓回路9與外部水壓回路10調(diào)節(jié)所述巖土體試樣3周?chē)膽?yīng)力與壓強(qiáng)以及用于計(jì)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?chē)?，所述中心油壓通?8注油口位于所述控制閥門(mén)III 20與控制閥門(mén)IV 21之間，將三軸壓力試驗(yàn)主機(jī)、熱栗控制循環(huán)系統(tǒng)I連接起來(lái)，通過(guò)對(duì)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(lái)控制硅油的溫度，以保證對(duì)巖土體試樣3施加既定的溫度；施加溫度載荷時(shí)，需要將控制閥門(mén)I 7、控制閥門(mén)III 20打開(kāi)，將控制閥門(mén)II 8、控制閥門(mén)IV 21關(guān)閉。
[0022]試驗(yàn)過(guò)程中，所述三軸壓力試驗(yàn)主機(jī)設(shè)備由所述監(jiān)控主機(jī)17控制，通過(guò)X-ray掃描技術(shù)對(duì)所述巖土體試樣3進(jìn)行掃描來(lái)觀測(cè)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(xué)參數(shù)、水力參數(shù)、溫度參數(shù)。所述監(jiān)控主機(jī)17與數(shù)據(jù)采集儀19為外
PJ3PJ3
置裝置。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種溫度滲流應(yīng)力耦合模擬試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于，所述模擬試驗(yàn)系統(tǒng)包括監(jiān)控主機(jī)、三軸壓力試驗(yàn)主機(jī)、GDS壓力一體積控制儀組，所述三軸壓力試驗(yàn)主機(jī)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(yàn)主機(jī)上端，另一端連接所述三軸壓力試驗(yàn)主機(jī)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(yàn)主機(jī)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(yàn)主機(jī)下端。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的模擬試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于， 所述模擬試驗(yàn)系統(tǒng)還包括掃描儀、數(shù)據(jù)采集儀；所述三軸壓力試驗(yàn)主機(jī)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(jì)；所述熱栗控制循環(huán)系統(tǒng)包括控制閥門(mén)1、控制閥門(mén)I1、控制閥門(mén)II1、控制閥門(mén)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(quán)利要求2所述的模擬試驗(yàn)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(dǎo)管、壓力控制顯示器。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的模擬試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于，所述三軸壓力試驗(yàn)主機(jī)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(quán)利要求4所述的模擬試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于，位于所述三軸壓力試驗(yàn)主機(jī)上端設(shè)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(yàn)主機(jī)下端設(shè)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(quán)利要求5所述的模擬試驗(yàn)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?chē)屠鯇⒐栌妥⑷胫行挠蛪和ǖ乐?，并依靠恒溫控制儀來(lái)控制硅油的溫度，以保證對(duì)巖土體試樣施加既定的溫度。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的模擬試驗(yàn)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(yàn)主機(jī)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(yàn)主機(jī)的下端。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的模擬試驗(yàn)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(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型屬于巖土體多場(chǎng)耦合作用下的穩(wěn)定性研究領(lǐng)域，尤其涉及一種適用于巖土體溫度—滲流—應(yīng)力多物理場(chǎng)耦合模擬試驗(yàn)系統(tǒng)；溫度滲流應(yīng)力（THM）耦合模擬試驗(yàn)系統(tǒng)主要有監(jiān)控主機(jī)、三軸壓力試驗(yàn)主機(jī)、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(lèi)】G01N15/08, G01N3/18
【公開(kāi)號(hào)】CN204831939
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520196292
【發(fā)明人】由爽, 紀(jì)洪廣, 程曉輝, 曹楊, 高宇
【申請(qǐng)人】北京科技大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年12月2日
【申請(qǐng)日】2015年4月2日