一种并联型岩石温度-渗流-应力耦合三轴流变仪的制作方法
【技术领域】
[0001 ]本实用新型涉及一种并联型岩石温度-渗流-应力耦合三轴流变仪，属于地下工程、岩土工程试验仪器技术领域。本设备可以同时进行多组不同温度-渗流-应力耦合条件下的流变试验，适用于温度-渗流-应力耦合条件下岩土介质长期力学特性的研究。
【背景技术】
[0002]在石油及液化天然气的地下储存、地热资源开发、深部资源开采、高放废料的地质处置等工程建设中，都存在着多场、多相的耦合问题，多物理场之间的复杂耦合作用对工程岩体的长期稳定具有非常重要的影响，一直受到国内外研究者的重视和关注。其中，温度场、渗流场与应力场之间耦合问题在复杂条件下岩体工程施工设计、安全评价、稳定性分析与预测评估等方面都具有十分重要的意义。
[0003]岩土工程流变问题从20世纪60年代就作为世界性难题被提出，是当今科技攻关和工程实践的难点和热点，在过去的几十年里，国内外的广大科研工作者对岩土工程的流变问题进行了大量的研究工作。此外，由于地热梯度以及高放核废料地下储存过程中的衰变放热，使得岩土体长期处于温度-渗流-应力耦合作用的影响下。在温度-渗流-应力耦合条件下表现出来的特性中，非线性流变特性和软岩大变形表现得尤为突出，且工程流变发生的持续时间长。到目前为止，岩土体温度-渗流-应力耦合长期流变特性的研究成果十分有限，尚未掌握其变形破坏规律。因此，迫切需要深入了解岩土体在温度-渗流-应力耦合作用下的流变特性。
[0004]岩土介质的温度-渗流-应力耦合流变问题，在近几年成为国内岩土力学研究领域的热点和难点，需要进行大量的流变试验来掌握其流变规律。但是，由于流变非线性特性和软岩大变形特征，导致流变试验的周期长，试验时间成本高，对仪器的控制精度和耐久性要求高，传统的流变试验装置已经很难满足长期流变试验的要求。
[0005]申请号为2007100535232的中国专利公开了一种岩石双联动三轴流变仪，包括压力传感器、位移传感器、轴向出力油缸活塞，轴向伺服加载系统，可以实现相同轴压、不同围压的三轴流变试验，有效提高试验效率。其缺点是只能提供应力加载，并且两个压力室是上下串联设置的，共用一套轴压系统，容易引起较大的摩擦力，并且两组三轴流变试验必须设置相同的轴压。申请号为2009100782332的专利公开了“一种五联动岩石单轴流变仪”，其解决的问题为“每次试验仅能对单个试件进行加载等”，采用的技术手段包括“伺服加载系统包括五套并联的加载体，每套加载体由上承压板、下承压板、精密丝杠、升降机、伺服电机、手动调节阀和试件装卡球座构成”，该并联型装置能够在保证提高试验效率的基础上改善串联型试验装置的缺点，但是依然没有突破传统流变仪单纯应力加载的局限。申请号为201410734403的专利公开了 “CT实时扫描的三轴应力、渗流、化学耦合流变试验系统”，采用的技术手段为“实用新型试验系统的三轴压力室尺寸较小，解决了目前三轴压力室尺寸大的问题;并且采用三台闭环伺服计量栗分别精确控制围压、轴压和渗透压”，其缺点是该实用新型只能实现应力-渗流-化学耦合流变问题，并不能采用温度-渗流-应力耦合的加载形式，试验结果无法反映不同温度-渗流-应力耦合条件下的岩土介质的流变性能。
【实用新型内容】
[0006]本实用新型的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种并联型岩石温度-渗流-应力耦合三轴流变仪，可以实现多组不同轴压和温度、相同围压和孔压的三轴温度-渗流-应力耦合条件下的流变试验，该仪器通用性好，结构简单，可靠性高，并且可以有效加快试验速度，缩短试验周期，节省试验成本。
[0007]为了达成上述目的，本实用新型采用如下技术方案:
[0008]一种并联型岩石温度-渗流-应力耦合三轴流变仪，包括加载框架，所述加载框架内设有两个或多个三轴压力室，各个所述三轴压力室的压头分别与轴压伺服控制系统连接，各个所述三轴压力室之间并联，并通过油管与围压伺服控制系统连接;各个所述三轴压力室内的试样通过水管与孔压伺服控制系统连接;各个所述三轴压力室的外壁上设有电加热部，所述电加热装置与温度控制系统连接;所述轴压伺服控制系统、围压伺服控制系统、孔压伺服控制系统、和温度控制系统均和数据采集与控制系统通过电路连接，所述数据采集与控制系统实时控制试样的应力场、渗流场和温度场，以测量试样在不同的温度-渗流-应力耦合条件下的流变变形。
[0009]所述加载框架的底座上设有两个或多个三轴压力室，所述三轴压力室构成用于容纳试样的空间，所述三轴压力室设有用以对所述试样施加轴压的压头，所述压头通过传力部件与所述加载框架的顶部连接。
[0010]各个所述三轴压力室使用相互独立的轴压伺服控制系统和相互独立的温度控制系统，共用一个围压伺服控制系统和一个孔压伺服控制系统。
[0011]各个所述三轴压力室使用相互独立的轴压伺服控制系统和相互独立的温度控制系统，共用一个围压伺服控制系统和一个孔压伺服控制系统，不仅可以节约试验装置购置成本，还能有效克服轴压摩擦力，也使得当其中一个试样进入加速蠕变阶段时，确保另外一个三轴压力室的试样还能继续开展试验，有效缩短试验周期，节约时间成本。
[0012]进一步的，所述三轴压力室设有轴向压力传感器、围压压力传感器、孔压压力传感器、位移传感器中的一种或几种。
[0013]进一步的，各所述传感器均和所述数据采集与控制系统通过电路连接。
[0014]进一步的，所述位移传感器为LVDT径向变形传感器，与所述试样紧密相连。
[0015]进一步的，所述压力室压头上设有用以测量所述试样轴向位移的千分表，所述千分表和所述数据采集与控制系统通过电路连接。
[0016]进一步的，所述电加热部为电加热圈，所述电加热圈缠绕在所述三轴压力室的外表面。
[0017]进一步的，所述电加热圈通过温度控制器与所述数据采集与控制系统连接。
[0018]进一步的，所述流变仪还设有温度传感器，所述温度传感器和所述数据采集与控制系统通过电路连接。
[0019]进一步的，所述温度传感器设于三轴压力室内和/或电加热圈内。
[0020]通过对相同围压、孔压下的若干试样开展流变试验，若干试样的轴压和温度可以相同也可以不同，试验过程中分别记录轴向应力-时间曲线，围压-时间曲线，孔压-时间曲线，温度-时间曲线，轴向位移-时间曲线，径向位移-时间曲线，并实时记录环境温度。
[0021]本实用新型与现有技术相比，具有以下优点和效果:
[0022]1、适用于测量岩土介质在不同温度-渗流-应力耦合条件下的流变特性，实验系统可以实现同时进行多组不同温度-渗流-应力耦合状态的流变试验。
[0023]2、试验过程中可以实时控制试样的试验温度场、渗流场和应力场。
[0024]3、系统通用性好、可靠性高、精度高，且可缩短试验周期，节省试验成本。
【附图说明】
[0025]图1为一种并联型岩石温度-渗流-应力耦合三轴流变仪结构示意图。
[0026]其中:I——加载框架;2——轴向压力传感器;3——压力室压头;4——三轴压力室；5——LVDT径向变形传感器;6——试样;7——底座;8——上孔压压力传感器;9——滚珠丝杠驱动轮；10 千分表；11 控制与数据米集系统；12 电加热圈；13 温度传感器；14--温度控制器；15a--围压伺服加载系统；15b--孔压伺服加载系统；
15c--轴压伺服加载系统；16a--围压伺服电机；16b--孔压伺服电机；16c--轴压伺服电机;17—一围压压力传感器;18—一下孔压压力传感器；。
【具体实施方式】
[0027]根据图1，本测试仪器包括:专用三轴压力室4、轴压伺服控制系统(由轴向压力传感器2，滚珠丝杠驱动轮9，控制与数据采集系统11，轴压伺服加载系统15c，轴压伺服电机16c组成)、围压伺服控制系统(由控制与数据采集系统11，围压伺服加载系统15a，围压伺服电机16a，围压压力传感器17组成)、孔压伺服控制系统(由上孔压压力传感器8，控制与数据采集系统11，孔压伺服加载系统15b，孔压伺服电机16b，下孔压压力传感器18组成)、温度控制系统(由控制与数据采集系统11，电加热圈12，温度传感器13，温度控制器14组成)、控制与数据采集系统11等部分构