可视化的岩石应力-渗流-温度-化学耦合剪切流变试验盒

本发明涉及岩石力学与工程领域，尤其涉及一种可视化的岩石应力-渗流-温度-化学耦合剪切流变试验盒。

背景技术：

1、岩石的应力-渗流-温度-化学耦合特性是岩石力学与工程领域的研究热点，具有十分重要的工程背景和意义。渗透水压影响围岩的应力分布情况，化学溶液作用会腐蚀渗透水的渗透路径，温度变化会引起岩石材料和渗透水的变化，而多因素作用下的岩石内部的应力重分布又会导致岩石内部渗透水和化学溶液的渗径发生变化，从而形成多场耦合作用，是影响重大岩石工程长期稳定性的重要因素。

2、岩石的流变破坏普遍存在，开展岩石流变试验是研究岩石在长期力学特性的基本手段，岩石流变试验中的可视化研究可以直观、实时的观测岩石内部变化的动态特征，对揭示复杂条件下岩石破坏机理具有十分重要的意义。开展应力-渗流-温度-化学耦合作用下的岩石剪切流变试验可以定量的研究复杂环境下的岩石剪切流变特性，是分析重大工程中地震、滑坡等重大灾害产生机理的基础。而目前针对岩石剪切流变试验装置中，还没有能够实时可视化监测的试验盒装置，也没有全面考虑应力-渗流-温度-化学耦合作用下的剪切流变试验盒。

技术实现思路

1、发明目的：本发明旨在提供一种用于多场耦合作用下岩石剪切流变特性的可视化监测的岩石应力-渗流-温度-化学耦合剪切流变试验盒。

2、技术方案：本发明所述的可视化的岩石应力-渗流-温度-化学耦合剪切流变试验盒，包括以斜面作为接触面的加载试验盒和固定试验盒，加载试验盒和固定试验盒置于密封钢筒内，岩样穿过接触面卡固在所述加载试验盒和固定试验盒之间形成的中空圆柱筒内；所述固定试验盒设有从两个直角面分别延伸至岩样上、下剪切接触面的渗水孔，通过渗水孔向岩样施加渗压和化学溶液；所述中空圆柱筒的筒身设有环向加热圈，环向加热圈连接温度控制仪，中空圆柱筒的顶部和底部均设有ct扫描仪，ct扫描仪与ct成像仪连接。

3、当下切面的渗水孔渗压大于上切面的渗水孔渗压，渗压差即为剪切流变试验中的渗压，环向加热圈用于对岩样环向温度控制，ct扫描仪与ct成像仪用于实现岩样加载过程中的可视化成像。

4、进一步的，所述加载试验盒右侧设有加载装置。

5、进一步的，所述加载试验盒上在渗水孔沿接触面向外延伸的位置设有防水槽，槽内设有防水垫层，固定试验盒在与防水槽相对应的位置设有凸起件，用于防止渗透溶液向除剪切面外其余方向渗透。

6、优选的，所述加载试验盒的右侧为平整的承压面，用于安装加载装置并施加压力，保证承压面均匀受力。

7、进一步的，所述加载试验盒与密封钢筒的内壁有间隙，加载试验盒可沿接触面滑动。

8、进一步的，所述固定试验盒的两个渗水孔分别通过导管与对应的蒸馏水瓶连通，两个蒸馏水瓶之间通过导管和流量阀门连通，任一个蒸馏水瓶通过流量阀门和管道连通溶剂盒。

9、优选的，所述蒸馏水瓶中设有用于检测溶液浓度的溶液检测计。

10、优选的，所述固定试验盒的渗水孔和蒸馏水瓶之间还设有压力阀门。

11、进一步的，所述加载装置包括力和位移传感器，测量加载试验盒向左的水平变形和施加压力，通过接触面倾斜角度换算得到应力-渗流-温度-化学耦合作用下岩样的剪切流变变形和流变应力。

12、优选的，所述加载试验盒和固定试验盒均为铜制材料。

13、有益效果：本发明与现有技术相比，其显著优点是：本发明通过对加载试验盒施加压力，加载试验盒和固定试验盒的接触面作为剪切面，通过渗水孔对剪切面施加渗压和化学溶液腐蚀作用，中空圆柱筒的环向加热圈对岩样施加温度作用，中空圆柱筒上下圆形盖板中的ct扫描仪实现岩样在剪切流变过程中的ct可视化成像，能够达到岩石在多场耦合作用下剪切流变过程中的可视化监测。

技术特征：

1.一种可视化的岩石应力-渗流-温度-化学耦合剪切流变试验盒，其特征在于，包括以斜面作为接触面的加载试验盒(1)和固定试验盒(2)，加载试验盒(1)和固定试验盒(2)置于密封钢筒(3)内，岩样穿过接触面卡固在所述加载试验盒和固定试验盒之间形成的中空圆柱筒(12)内；所述固定试验盒(2)设有从两个直角面分别延伸至岩样上、下剪切接触面的渗水孔，通过渗水孔向岩样施加渗压和化学溶液；所述中空圆柱筒(12)的筒身设有环向加热圈，环向加热圈连接温度控制仪(23)，中空圆柱筒(12)的顶部和底部均设有ct扫描仪，ct扫描仪与ct成像仪(15)连接。

2.根据权利要求1所述可视化的岩石应力-渗流-温度-化学耦合剪切流变试验盒，其特征在于，所述加载试验盒(1)右侧设有加载装置(16)。

3.根据权利要求1所述可视化的岩石应力-渗流-温度-化学耦合剪切流变试验盒，其特征在于，所述加载试验盒(1)上在渗水孔沿接触面向外延伸的位置设有防水槽，槽内设有防水垫层，固定试验盒(2)在与防水槽相对应的位置设有凸起件。

4.根据权利要求2所述可视化的岩石应力-渗流-温度-化学耦合剪切流变试验盒，其特征在于，所述加载试验盒(1)的右侧为平整的承压面。

5.根据权利要求1所述可视化的岩石应力-渗流-温度-化学耦合剪切流变试验盒，其特征在于，所述加载试验盒(1)与密封钢筒的内壁有间隙，加载试验盒(1)可沿接触面滑动。

6.根据权利要求1所述可视化的岩石应力-渗流-温度-化学耦合剪切流变试验盒，其特征在于，所述固定试验盒(2)的两个渗水孔分别通过导管与对应的蒸馏水瓶连通，两个蒸馏水瓶之间通过导管和流量阀门连通，任一个蒸馏水瓶通过流量阀门和管道连通溶剂盒(21)。

7.根据权利要求6所述可视化的岩石应力-渗流-温度-化学耦合剪切流变试验盒，其特征在于，所述蒸馏水瓶中设有用于检测溶液浓度的溶液检测计。

8.根据权利要求6所述可视化的岩石应力-渗流-温度-化学耦合剪切流变试验盒，其特征在于，所述固定试验盒(2)的渗水孔和蒸馏水瓶之间还设有压力阀门。

9.根据权利要求2所述可视化的岩石应力-渗流-温度-化学耦合剪切流变试验盒，其特征在于，所述加载装置(16)包括用于测量水平变形和施加压力的力和位移传感器。

10.根据权利要求1所述可视化的岩石应力-渗流-温度-化学耦合剪切流变试验盒，其特征在于，所述加载试验盒(1)和固定试验盒(2)均为铜制材料。

技术总结
本发明公开了一种可视化的岩石应力‑渗流‑温度‑化学耦合剪切流变试验盒，包括置于密封钢筒内以斜面(倾斜角度为α)作为接触面的加载试验盒和固定试验盒，岩样穿过接触面卡固在所述加载试验盒和固定试验盒之间的中空圆柱筒内。固定试验盒设有从连接有溶剂盒的蒸馏水瓶分别引至岩样上、下剪切接触面的渗水孔，通过渗水孔对剪切面施加渗压和化学溶液腐蚀作用；中空圆柱筒的环向加热圈对岩样施加温度作用，通过中空圆柱筒上下圆形盖板中的CT扫描仪对岩样剪切流变过程进行实时CT扫描成像，可实现岩石在多场耦合作用下剪切流变过程中的可视化监测。

技术研发人员：刘琳
受保护的技术使用者：河海大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15