溫度滲流應(yīng)力(thm)耦合模擬試驗(yàn)系統(tǒng)及其使用方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于巖±體多場(chǎng)禪合作用下的穩(wěn)定性研究領(lǐng)域，尤其設(shè)及一種適用于巖± 體溫度一滲流一應(yīng)力多物理場(chǎng)禪合模擬試驗(yàn)系統(tǒng)及其使用方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 由于國(guó)內(nèi)并未形成了復(fù)雜巖±體多場(chǎng)廣義禪合理論和數(shù)值分析方法去研究巖± 體多場(chǎng)禪合狀態(tài)下的物理力學(xué)特性，W解決工程巖±體穩(wěn)定性等問(wèn)題。已進(jìn)行的研究工作 多是集中于巖±體=場(chǎng)禪合數(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)OMS場(chǎng)禪合理論研究和數(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，本發(fā)明提供了一種溫度滲流應(yīng)力（THM)禪合模擬試驗(yàn)系統(tǒng)及 其使用方法，本試驗(yàn)系統(tǒng)W地下洞室周?chē)鷰r±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)禪合模擬試驗(yàn)系統(tǒng)，切實(shí)模擬地下洞室開(kāi)挖的工況和巖±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)、和桐室中貶存放射性核廢物衰變散熱或地 熱能利用過(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±力學(xué)性能和水力特性的影響，W及溫度荷載對(duì)桐室周?chē)鷰r±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)W上目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：
[0006] 一種溫度滲流應(yīng)力禪合模擬試驗(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)、S軸壓力試驗(yàn)主機(jī)、GDS壓力一體積控制儀組，所述S軸壓力試驗(yàn)主機(jī)包括中屯、油壓 通道，所述GDS壓力一體積控制儀組包括中屯、油壓回路、外圍油壓回路、外部水壓回路、內(nèi) 部水壓回路；所述中屯、油壓回路連接有中屯、油壓通道與熱累控制循環(huán)系統(tǒng)；所述外圍油壓 回路一端連接所述=軸壓力試驗(yàn)主機(jī)上端，另一端連接所述=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=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=軸壓力試驗(yàn)主機(jī)下端。
[0007] 優(yōu)先地，所述禪合模擬系統(tǒng)還包括數(shù)據(jù)采集儀；所述=軸壓力試驗(yàn)主機(jī)還包括侶 制中空厚壁圓柱腔體、±工織物和膠套層、巖±體試樣、LVDT豎向位移計(jì)；所述熱累控制 循環(huán)系統(tǒng)包括控制閥口I、控制閥口II、控制閥口III、控制閥口IV、油累、恒溫控制儀；所述 GDS壓力一體積控制儀組還包括中屯、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。
[000引優(yōu)先地，所述中屯、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；所述=軸壓力試驗(yàn)主機(jī)中的所述±工織 物和膠套層包裹巖±體試樣，形成內(nèi)部排出路徑和外部排水路徑。
[0009] 優(yōu)先地，位于所述=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=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。
[0010] 優(yōu)先地，所述中屯、油壓通道環(huán)繞在±工織物和膠套層周?chē)屠蹖⒐栌妥⑷胫型汀?油壓通道中，并依靠恒溫控制儀來(lái)控制硅油的溫度，W保證對(duì)巖上體試樣施加既定的溫度； 所述中屯、油壓通道的注油口位于所述S軸壓力試驗(yàn)主機(jī)的上端，所述中屯、油壓通道的出油 口位于所述=軸壓力試驗(yàn)主機(jī)的下端。
[0011] 優(yōu)先地，所述中屯、油壓回路一端為所述中屯、油壓通道的注油口，一端連接所述熱 累控制循環(huán)系統(tǒng)的油累；外圍油壓回路連接在所述中屯、油壓通道注油口，一端為所述中屯、 油壓通道的出油口。
[0012] 一種溫度滲流應(yīng)力禪合模擬試驗(yàn)方法，應(yīng)用于上述權(quán)利要求1-6之一所述的一 種溫度滲流應(yīng)力禪合模擬試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于，包括W下步驟：
[0013] 1)將巖±體式樣放入系統(tǒng)，并恢復(fù)其原位應(yīng)力狀態(tài)后進(jìn)行掃描；
[0014] 2)調(diào)節(jié)內(nèi)部水壓控制儀，計(jì)算初始滲透系數(shù)；
[0015] 3)調(diào)節(jié)中屯、油壓控制儀，破壞巖±體試樣原有的力學(xué)平衡，使其產(chǎn)生變形并對(duì)其 掃描；
[0016] 4)調(diào)節(jié)外部油壓控制儀與中屯、油壓控制儀，計(jì)算滲透系數(shù)；
[0017] 5)對(duì)巖±體試樣進(jìn)行施加溫度荷載，再次計(jì)算滲流系數(shù)；
[0018] 6)對(duì)進(jìn)行加熱和制冷處理的巖±體試樣進(jìn)行第=次掃描；
[0019] 7)根據(jù)=次掃描與計(jì)算的=次滲透系數(shù)分析結(jié)果。
[0020] 優(yōu)先地，所述步驟1)中恢復(fù)巖±體式樣原位應(yīng)力時(shí)；通過(guò)外圍油壓回路、中屯、油 壓回路、外部水壓回路、內(nèi)部水壓回路將所述巖±體試樣的外圍壓力、內(nèi)部壓力和孔隙水壓 力逐級(jí)加載，恢復(fù)到原始應(yīng)力場(chǎng)和滲流場(chǎng)，使孔隙水壓力達(dá)到平衡；同時(shí)將熱累循環(huán)系統(tǒng)中 的控制閥口I、控制閥口III打開(kāi)，將控制閥口II、控制閥口IV關(guān)閉；通過(guò)所述中屯、油壓控制 儀的加壓裝置對(duì)所述巖±體試樣進(jìn)行加壓，中屯、油壓控制儀的壓力控制顯示器會(huì)顯示加壓 的數(shù)值，檢測(cè)所述巖±體試樣；通過(guò)所述外圍油壓控制儀、外部水壓控制儀、內(nèi)部水壓控制 儀中的壓力控制顯示器分別檢測(cè)所述巖±體試樣內(nèi)部圍壓、外部圍壓、內(nèi)部水壓、外部水壓 值。
[0021] 優(yōu)先地，所述步驟2)中調(diào)節(jié)內(nèi)部水壓控制儀，將內(nèi)部水壓減少到lOOOpa。
[0022] 優(yōu)先地，所述步驟5)中對(duì)巖±體試樣進(jìn)行施加溫度荷載時(shí)；首先保持巖±體試樣 3外圍硅油溫度不變；接著將控制閥口I、控制閥口III關(guān)閉，將控制閥口II、控制閥口IV打 開(kāi)，通過(guò)熱累循環(huán)控制系統(tǒng)加熱/冷卻中屯、孔洞的硅油對(duì)所述巖±體試樣施加均勻溫度荷 載；在施加溫度載荷過(guò)程中，在1個(gè)小時(shí)內(nèi)將溫度提高到目標(biāo)溫度；通過(guò)所述恒溫控制儀保 持溫度不變，直到所述巖±體試樣變形量小于每天0.01%，視為穩(wěn)定；此階段中，內(nèi)部圍壓 和外部圍壓保持恒定。
[0023] 說(shuō)明書(shū)附圖
[0024] 圖1為本發(fā)明所設(shè)及的溫度滲流應(yīng)力（THM)禪合模擬試驗(yàn)系統(tǒng)與應(yīng)用方法的結(jié)構(gòu) 示意圖；
[0025] 圖2為本發(fā)明所設(shè)及的溫度滲流應(yīng)力（THM)禪合模擬試驗(yàn)系統(tǒng)與應(yīng)用方法的方法 流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0026] 為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，W下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì) 本發(fā)明進(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)施例僅用于解釋本發(fā)明，并不 用于限定本發(fā)明。
[0027] 相反，本發(fā)明涵蓋任何由權(quán)利要求定義的在本發(fā)明的精髓和范圍上做的替代、修 改、等效方法W及方案。進(jìn)一步，為了使公眾對(duì)本發(fā)明有更好的了解，在下文對(duì)本發(fā)明的細(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)有該些細(xì)節(jié)部分的 描述也可W完全理解本發(fā)明。
[002引本發(fā)明設(shè)及一種溫度滲流應(yīng)力（THM)禪合模擬試驗(yàn)系統(tǒng)及其使用方法，如圖1所 示為該溫度滲流應(yīng)力（THM)禪合模擬試驗(yàn)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖，主要有監(jiān)控主機(jī)17、=軸壓 力試驗(yàn)主機(jī)、熱累控制循環(huán)系統(tǒng)1、GDS壓力-體積控制儀組佑DS為標(biāo)準(zhǔn)壓力/體積控制 器）、數(shù)據(jù)采集儀19組成。
[0029] 所述=軸壓力試驗(yàn)主機(jī)包括侶制中空厚壁圓柱腔體2、±工織物和膠套層4、巖± 體試樣3、中屯、油壓通道18、LVDT豎向位移計(jì)22(LVDT是LinearVari油leDifferential Transformer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。）；所述熱累控制 循環(huán)系統(tǒng)1包括控制閥口I7、控制閥口II8、控制閥口III20、控制閥口IV21、油累6、恒溫控 制儀5 ;所述GDS壓力-體積控制儀組包括中屯、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,中屯、油壓控制儀16控制中屯、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。
[0030] 所述中屯、油壓回路12 -端為所述中屯、油壓通道18的注油口，一端連接所述熱累 控制循環(huán)系統(tǒng)1的油累6;外圍油壓回路11連接在所述中屯、油壓通道18注油口，一端為所 述中屯、油壓通道18的出油口。
[0031] 對(duì)熱累控制循環(huán)系統(tǒng)1中所述=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±工織物和膠套層4包裹巖±體試樣3形成，位于所述±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