温度渗流应力(thm)耦合模拟试验系统及其使用方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于岩±体多场禪合作用下的稳定性研究领域，尤其设及一种适用于岩± 体温度一渗流一应力多物理场禪合模拟试验系统及其使用方法。
【背景技术】
[0002] 由于国内并未形成了复杂岩±体多场广义禪合理论和数值分析方法去研究岩± 体多场禪合状态下的物理力学特性，W解决工程岩±体稳定性等问题。已进行的研究工作 多是集中于岩±体=场禪合数学模型的理论和数值模拟方面，相关试验研究却很少。
[0003] 本试验系统的研制不仅可为TOMS场禪合理论研究和数值模拟提供试验上的支 持和指导，也可为地下洞室稳定性分析及地热能的有效利用提供有效的试验手段。
【发明内容】
[0004] 为了解决上述问题，本发明提供了一种温度渗流应力（THM)禪合模拟试验系统及 其使用方法，本试验系统W地下洞室周围岩±体为研究对象，通过建立温度一渗流一应力 多物理场禪合模拟试验系统，切实模拟地下洞室开挖的工况和岩±体赋存的地质环境。试 验步骤切实的反映地下洞室开挖过程、渗流场、和桐室中贬存放射性核废物衰变散热或地 热能利用过程产生的循环温度荷载对围岩的影响过程。通过逐步深化研究力学卸载过程对 岩±力学性能和水力特性的影响，W及温度荷载对桐室周围岩±体损伤演化规律、渗透性 能和热传导性的影响，揭示应力场和渗流场（HM)、应力场和温度场（TM)、渗流场和温度场 (TH)之间的相互作用和相互影响情况。
[0005] 为了实现W上目的，本发明采用的技术方案是：
[0006] 一种温度渗流应力禪合模拟试验系统，其特征在于，所述模拟试验系统包括监控 主机、S轴压力试验主机、GDS压力一体积控制仪组，所述S轴压力试验主机包括中屯、油压 通道，所述GDS压力一体积控制仪组包括中屯、油压回路、外围油压回路、外部水压回路、内 部水压回路；所述中屯、油压回路连接有中屯、油压通道与热累控制循环系统；所述外围油压 回路一端连接所述=轴压力试验主机上端，另一端连接所述=轴压力试验主机下端；所述 外部水压回路、内部水压回路各自一端分别连接所述=轴压力试验主机上端，所述外部水 压回路、内部水压回路各自另一端分别连接所述=轴压力试验主机下端。
[0007] 优先地，所述禪合模拟系统还包括数据采集仪；所述=轴压力试验主机还包括侣 制中空厚壁圆柱腔体、±工织物和胶套层、岩±体试样、LVDT竖向位移计；所述热累控制 循环系统包括控制阀口I、控制阀口II、控制阀口III、控制阀口IV、油累、恒温控制仪；所述 GDS压力一体积控制仪组还包括中屯、油压控制仪、外围油压控制仪、外部水压控制仪、内部 水压控制仪。
[000引优先地，所述中屯、油压控制仪、外围油压控制仪、外部水压控制仪、内部水压控制 仪分别包括加压装置、螺旋导管、压力控制显示器；所述=轴压力试验主机中的所述±工织 物和胶套层包裹岩±体试样，形成内部排出路径和外部排水路径。
[0009] 优先地，位于所述=轴压力试验主机上端设有内部水压入口与外部水压入口，分 别各自连接所述内部水压回路与外部水压回路的一端；所述=轴压力试验主机下端设有内 部水压出口与外部水压出口，分别各自连接所述内部水压回路与外部水压回路的另一端。
[0010] 优先地，所述中屯、油压通道环绕在±工织物和胶套层周围，油累将硅油注入中屯、 油压通道中，并依靠恒温控制仪来控制硅油的温度，W保证对岩上体试样施加既定的温度； 所述中屯、油压通道的注油口位于所述S轴压力试验主机的上端，所述中屯、油压通道的出油 口位于所述=轴压力试验主机的下端。
[0011] 优先地，所述中屯、油压回路一端为所述中屯、油压通道的注油口，一端连接所述热 累控制循环系统的油累；外围油压回路连接在所述中屯、油压通道注油口，一端为所述中屯、 油压通道的出油口。
[0012] 一种温度渗流应力禪合模拟试验方法，应用于上述权利要求1-6之一所述的一 种温度渗流应力禪合模拟试验系统，其特征在于，包括W下步骤：
[0013] 1)将岩±体式样放入系统，并恢复其原位应力状态后进行扫描；
[0014] 2)调节内部水压控制仪，计算初始渗透系数；
[0015] 3)调节中屯、油压控制仪，破坏岩±体试样原有的力学平衡，使其产生变形并对其 扫描；
[0016] 4)调节外部油压控制仪与中屯、油压控制仪，计算渗透系数；
[0017] 5)对岩±体试样进行施加温度荷载，再次计算渗流系数；
[0018] 6)对进行加热和制冷处理的岩±体试样进行第=次扫描；
[0019] 7)根据=次扫描与计算的=次渗透系数分析结果。
[0020] 优先地，所述步骤1)中恢复岩±体式样原位应力时；通过外围油压回路、中屯、油 压回路、外部水压回路、内部水压回路将所述岩±体试样的外围压力、内部压力和孔隙水压 力逐级加载，恢复到原始应力场和渗流场，使孔隙水压力达到平衡；同时将热累循环系统中 的控制阀口I、控制阀口III打开，将控制阀口II、控制阀口IV关闭；通过所述中屯、油压控制 仪的加压装置对所述岩±体试样进行加压，中屯、油压控制仪的压力控制显示器会显示加压 的数值，检测所述岩±体试样；通过所述外围油压控制仪、外部水压控制仪、内部水压控制 仪中的压力控制显示器分别检测所述岩±体试样内部围压、外部围压、内部水压、外部水压 值。
[0021] 优先地，所述步骤2)中调节内部水压控制仪，将内部水压减少到lOOOpa。
[0022] 优先地，所述步骤5)中对岩±体试样进行施加温度荷载时；首先保持岩±体试样 3外围硅油温度不变；接着将控制阀口I、控制阀口III关闭，将控制阀口II、控制阀口IV打 开，通过热累循环控制系统加热/冷却中屯、孔洞的硅油对所述岩±体试样施加均匀温度荷 载；在施加温度载荷过程中，在1个小时内将温度提高到目标温度；通过所述恒温控制仪保 持温度不变，直到所述岩±体试样变形量小于每天0.01%，视为稳定；此阶段中，内部围压 和外部围压保持恒定。
[0023] 说明书附图
[0024] 图1为本发明所设及的温度渗流应力（THM)禪合模拟试验系统与应用方法的结构 示意图；
[0025] 图2为本发明所设及的温度渗流应力（THM)禪合模拟试验系统与应用方法的方法 流程图。
【具体实施方式】
[0026] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，W下结合附图及实施例，对 本发明进行进一步详细描述。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不 用于限定本发明。
[0027] 相反，本发明涵盖任何由权利要求定义的在本发明的精髓和范围上做的替代、修 改、等效方法W及方案。进一步，为了使公众对本发明有更好的了解，在下文对本发明的细 节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有该些细节部分的 描述也可W完全理解本发明。
[002引本发明设及一种温度渗流应力（THM)禪合模拟试验系统及其使用方法，如图1所 示为该温度渗流应力（THM)禪合模拟试验系统的结构示意图，主要有监控主机17、=轴压 力试验主机、热累控制循环系统1、GDS压力-体积控制仪组佑DS为标准压力/体积控制 器）、数据采集仪19组成。
[0029] 所述=轴压力试验主机包括侣制中空厚壁圆柱腔体2、±工织物和胶套层4、岩± 体试样3、中屯、油压通道18、LVDT竖向位移计22(LVDT是LinearVari油leDifferential Transformer的缩写，意思为线性可变差动变压器，属于直线位移传感器。）；所述热累控制 循环系统1包括控制阀口I7、控制阀口II8、控制阀口III20、控制阀口IV21、油累6、恒温控 制仪5 ;所述GDS压力-体积控制仪组包括中屯、油压控制仪16、外围油压控制仪15、外部水 压控制仪13、内部水压控制仪12,各个控制仪分别包括加压装置23、螺旋导管25、压力控制 显示器24,中屯、油压控制仪16控制中屯、油压回路12,外围油压控制仪15控制外围油压回 路11，外部水压控制仪13控制外部水压回路10,内部水压控制仪12控制内部水压回路9。
[0030] 所述中屯、油压回路12 -端为所述中屯、油压通道18的注油口，一端连接所述热累 控制循环系统1的油累6;外围油压回路11连接在所述中屯、油压通道18注油口，一端为所 述中屯、油压通道18的出油口。
[0031] 对热累控制循环系统1中所述=轴压力试验主机内部有内部排水路径与外部排 水路径，是通过所述±工织物和胶套层4包裹岩±体试样3形成，位于所述±工织物和胶套 层4上方设有内部水压入口与外部水压入口，底