一种岩石应力耦合试验仪的制作方法

本实用新型属于岩体水力学试验装置技术领域，具体涉及一种岩石应力耦合试验仪。

背景技术：

我国西部地域辽阔，不同地区的岩土工程均会受到不同的内、外部环境工程地质条件的影响，引发一些地域性工程地质问题。如水利工程、公路工程、铁道工程、矿山工程等常会遇到工程岩(土)体与渗流场的相互作用问题。地质灾害的产生，主要是由于岩体内温度场、渗流场和应力场的改变，引起岩石内部细观裂纹扩展演化的结果在宏观上岩体应力应变特征变化的客观表现。应力场、渗流场耦合系统是实际工程中经常遇到的问题。因此，研究水-岩相互作用的力学机制和岩石内部细观损伤演化过程及其破裂模式，从细观到宏观两方面揭示出水-岩相互作用的损伤扩展机理，可以为工程岩体的稳定性评价提供理论依据。

岩石材料的损伤破坏特性是解决岩体稳定性评价问题的关键问题之一。岩体边坡基础和地下洞室的稳定性问题常涉及稳定阶段、破坏阶段、破坏后阶段，常常表现为大变形、流变、软化或突变破坏。水电工程中的岩质边坡、隧洞、地基的工程性质评价，核废料的地下埋藏处置，采矿、钻井等人类工程活动，地震预报，山体滑坡等自然灾害防治，都离不开对岩石材料和岩体变形及其强度特性的分析和研究，问题的关键就是对于岩石内部破裂过程的研究。

对于大多数岩石来说，完整的岩块的渗透系数极为微弱，从工程的观点常忽略不计，可认为水流只在岩体的裂隙网络中流动。在荷载作用下，岩体绝大部分的变形发生在裂隙，引起裂隙变形的主要因素是应力和渗流，而裂隙的过水能力又和裂隙宽的三次方成比例。因此，裂隙岩体渗流场受应力状态的影响很大，而渗流场的改变将改变渗透体积力的分布，渗透体积力又必将对应力场产生影响。这个相互影响是岩体力学至关重要的特性。由于大部分岩体都处于与地下水的相互作用之中，而岩石的渗透性一般都极弱，所以岩体的渗透性取决于裂隙的发育程度。岩体裂隙中的地下水具有渗透压力，通过作用于岩体的裂隙面而使岩体变形。所以，除了应力对岩石造成变形损伤外，渗透压力也会对岩石造成变形损伤。目前，国内外文献中渗流对岩石细观损伤扩展规律影响的CT实时检测实验研究工作的报道较少，渗流场与应力场耦合方面的工作主要集中在理论模型研究和常规模型试验研究方面；上述研究在渗流与应力相互作用的机理研究方面是建立在有效应力原理的基础上的，应力对渗流的影响也仅主要研究渗透系数的变化，并未揭示出问题的本质。所以，基本上对岩石在渗流场与应力场耦合作用下的细观损伤机理都不甚明了。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种岩石应力耦合试验仪，解决了现有技术中不能施加轴向机械力，不能实现围压、轴向压力和轴向的渗透水压力耦合的试验的目的。

本实用新型所采用的技术方案是一种岩石应力耦合试验仪，包括压力室，压力室底部设置有渗透水流出口，所述渗透水流出口上放置有岩石试件，压力室的一侧设置有围压源接口，压力室的另一侧设置有压力室排空口，压力室上端靠近岩石试件还设置有渗流水源入口，压力室顶端垂直水平面还固定设置有压力轴；

还包括液压源系统，所述液压源系统包括预加压装置与油杯，预加压装置分别连接有第一预加压调节阀与第二预加压调节阀，所述第一预加压调节阀连接有压力表接口，压力表接口连接有第一压力接口，第一压力接口连接有泄压阀，泄压阀连接到油杯上，所述压力表接口还连接有压力筒；所述第二预加压调节阀连接有第二压力接口，上述各部件均通过油管连接，其中第一压力接口连接所述围压源接口，第二压力接口连接所述渗流水源入口。

本实用新型的特点还在于：

其中所述岩石试件周围包裹有聚氨酯。

本实用新型的有益效果是：利用本实用新型的一种岩石应力耦合试验仪，以实现应力与渗流耦合状态下的水-岩耦合作用对岩石的破坏机理的研究工作，为工程岩体的稳定性评价提供理论依据。

附图说明

图1是本实用新型的一种岩石应力耦合试验仪中压力室结构示意图；

图2是本实用新型的一种岩石应力耦合试验仪中液压源系统的结构示意图；

图中，1.压力室，2.渗透水流出口，3.岩石试件，4.围压源接口， 5.压力室排空口，6.渗流水源入口，7.压力轴，8.聚氨酯，9.预加压装置，10.油杯，11.第一预加压调节阀，12.第二预加压调节阀，13.压力表接口，14.第一压力接口，15.泄压阀，16.压力筒，17.第二压力接口， 18.油管。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进行详细说明。

本实用新型提供一种岩石应力耦合试验仪，包括压力室1和液压源系统两部分。如图1所示，这部分是岩石应力渗透耦合试验仪的压力室1，在压力室1内部安装试件3，在试件的周围衬上聚氨酯8，以便阻隔围压与渗透压力的相互串通，然后通过围压源接口4接入压力源对岩石试件3试件施加围压，围压施加稳定后，再通过渗流水源入口6对岩石试件3施加渗透水压力，如果需要进行耦合试验，可以在施加了围压、渗透水压力后，通过压力轴7对试件施加轴向压力，轴向压力可以在万能材料试验机上完成；

第二部分如图2所示为液压源系统，液压源系统的流程是，首先通过预加压装置1进行预加压，也就是使液压系统中预先达到一定的压力，再通过第一预加压调节阀11和第二预加压调节阀12将系统中的预先施加的压力分成两道，其中一道通过第一压力接口14来连接图1中的围压源接口4，另一道通过第二压力接口17来连接图1中的渗流水源入口6，分别通过调节第一预加压调节阀11与第二预加压调节阀12来施加围压和渗透水压力；

围压和轴向水压力可以分别通过如图2所示的液压源系统施加，围压与轴向水压力之间，采用聚氨酯8进行阻隔，即就是将聚氨酯8 包裹在岩石试件3的周围，使得围压与轴向渗透水压力得以分别施加在岩石试件3各个方向，以达到在围压一定的情况下，可以对试件施加任意水平的渗透压力，以满足不同的试验方案的要求；

具体工作流程为：首先在图1所示的装置里安装岩石试件，安装试件时，为了将围压和渗透水压力分隔开来，在试件上采用聚氨酯进行阻隔，试件两端与专门设计的压头相连接；然后采用液压源系统使用手动液压装置的两个分路，利用其中一个分路对试件施加围压，另一个分路对试件施加渗透水压力，检测岩石试件的渗透系数和渗透率；最后将图1所示的装置，放在伺服万能材料试验机上，对试件施加轴向压力进行三维应力与渗透压力耦合实验。

从本实用新型一种岩石应力耦合试验仪的工作原理解释其优点：

本实用新型的一种岩石应力耦合试验仪，是将手动液压装置分为两个分路，其中一个分路负责对试件施加围压，另一个分路负责对试件施加渗透水压力，通过此动作，可以检测岩石试件的渗透系数和渗透率；同时，需要对试件施加轴向压力进行三维应力与渗透压力耦合实验时，可以与伺服万能材料试验机联动完成实验工作；液压系统台面整体为不锈钢结构，导压介质可以是水液压油等；预加压装置可以快速给试样中填满介质，非常方便快捷，主加压系统可以微调压力，非常精确而且多个压力接口，可以给多系统提供压力，给围压施加一定压力后关闭压力接口阀，继续可以给试样顶部施加压力，一台即可满足围压和顶部压力的使用。