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专利名称：一种岩石拉伸状态下渗流应力耦合的试验系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种复杂应力渗流条件下的试验系统，尤其涉及一种岩石处于拉伸状态下的应力渗流耦合试验系统。
背景技术：
在岩土工程设计和施工中，岩石的抗拉强度是一个重要的力学指标。实际工程中岩体常处于复杂的应力状态，有的部位处于压缩应力状态，有的地方则处于拉伸应力状态，由于岩石的抗拉强度远低于抗压强度，所以围岩总是从拉应力区开始破坏。因此，正确进行围岩体应力状态区域划分，即破坏危险区的确定是围岩稳定性分析评价的关键，而岩石抗拉强度又是确定工程围岩破坏区的基础资料之一。岩石材料的渗透性是指在流体或气体作用下，岩石的孔隙和裂隙渗透的能力，渗透系数的物理意义是岩石材料对某种特定流体的渗透能力。岩石在其漫长的形成过程中，内部富含各种缺陷，包括微裂纹、孔隙以及节理裂隙等宏观非连续面，他们的存在为地下水或气体渗透提供了储存和运移的场所。渗透作用通常以应力的形式作用于岩石材料中，与围压和轴压一起影响岩石的应力场分布，与此同时，应力场的改变又会导致材料裂隙发生进一步变形，改变其渗透性能进而影响渗透系数，因此，渗流场随着材料的渗透系数变化而重新分布，这种相互影响即称为渗流应力耦合。随着我国重大岩石力学工程的大量兴建，导致渗流应力耦合作用下岩石材料在动态平衡体系中的变形、损伤破坏及稳定性成为工程学科的热点问题，但解决这些问题的关键在于得到耦合作用下渗透系数的变化过程和规律，建立出能够反映应力应变及渗透系数演化规律的渗流一应力耦合数学模型，从微细观角度对工程的渗透破坏机理和长期稳定性进行研究，对于工程安全开发，减少灾害具有重要的现实意义。在参阅国内外资料的基础上，原有的一系列相关试验装置如在中国专利CN102607950和中国专利200710040457. 5等文献中，虽然牵涉到了渗流应力耦合，但这些耦合都是在围压作用或者剪切渗流作用下进行的，没有考虑到拉伸的情况。

发明内容
发明目的为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种岩石拉伸状态下渗流应力耦合的试验系统，对现有的渗流应力耦合研究给予补充和完善。技术方案为实现上述目的，本发明采用的技术方案为
一种岩石拉伸状态下渗流应力耦合的试验系统，包括油压室、拉力装置和计算机；所述油压室上设置有能够密封油压室的顶盖和底盖，其中底盖与油压室保持位置固定，顶盖能够相对油压室滑动，所述顶盖同时作为试样上端罩盖、夹持住试样上端，所述底盖同时作为试样下端罩盖、夹持住试样下端并与试样下端形成密封渗入室；所述密封渗入室与进水管连通，且进水管通过进水泵控制，所述顶盖与出水管连通，在出水管上设置有流量计，且出水管通过出水泵控制，所述油压室与油管连通，且油管通过油泵控制；所述拉力装置的固定端与油压室保持位置固定，拉力动作端与顶盖保持位置固定；所述计算机对油泵、进水泵和出水泵和流量计进行控制并提取数据信息。上述装置，在使用时，通过计算机对相关数据的采集和计算，能够方便获取围压、水压、拉应力施加情况；同时，出水管的设计可以根据需要打开或者关闭，以模拟排水和不排水的不同工况。优选的，所述拉力装置包括相适配的螺杆和电动螺母，所述电动螺母仅进行以螺杆的中心轴为轴线的转动，所述螺杆带动上端盖相对油压室滑动，所述计算机可以对电动螺母进行控制并提取数据信息；通过对电动螺母的速率等信息进行控制，便于实现对试样的等速率加载，可以直接通过电动螺母的转数和角度确定试样的拉伸变形。优选的，还包括对拉力装置的拉力动作端受到的拉力进行检测的拉力传感器，所述计算机对拉力传感器的数据信息进行采集。优选的，所述试样为哑铃型，并且在试样的外侧包裹有橡皮套，以便于试样的固定。优选的，还包括支架，所述支架包括下固定板和上固定板，所述下固定板和上固定板之间通过立柱固定；所述油压室固定在下固定板上，所述拉力装置的固定端固定在上固定板上。优选的，所述支架的材质优选为刚度较大的材料，比如合金钢，以减小因支架受力
变形而产生的误差。有益效果本发明提供的岩石拉伸状态下渗流应力耦合的试验系统，可以研究岩石在拉应力和渗流耦合作用下的变化过程和规律，建立能够描述岩石应力、应变及渗透系数演化规律的渗流应力耦合数学模型，从微细观角度对工程的渗透破坏机理进行研究，对于工程安全开发，减少灾害具有重要的现实意义；且本发明系统结构简单、成本较低、易于实现。


图1为本发明的结构示意图。图2为本发明中岩石试样的示意图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明作更进一步的说明。如图1、图2所示为一种岩石拉伸状态下渗流应力耦合的试验系统，包括支架、油压室12、拉力装置和计算机12 ;所述支架包括下固定板16和上固定板17，所述下固定板16和上固定板17之间通过立柱7固定；所述油压室12固定在下固定板16上，所述拉力装置的固定端固定在上固定板17上；所述下固定板16、上固定板17和立柱7均采用合金钢材质。所述油压室12上设置有能够密封油压室12的顶盖13和底盖14，其中底盖14与油压室12保持位置固定，顶盖13能够相对油压室12滑动，所述顶盖13同时作为试样I上端罩盖、夹持住试样I上端，所述底盖14同时作为试样I下端罩盖、夹持住试样I下端并与试样I下端形成密封渗入室；所述密封渗入室与进水管10连通，且进水管10通过进水泵9控制，所述顶盖13与出水管2连通，在出水管2上设置有流量计3，且出水管2通过出水泵8控制，所述油压室12与油管连通，且油管通过油泵15控制。所述拉力装置包括相适配的螺杆5和电动螺母6，所述电动螺母6仅进行以螺杆5的中心轴为轴线的转动，所述螺杆5带动上端盖13相对油压室15滑动；所述螺杆5上设置有对其受到的拉力进行监测的拉力传感器4。所述计算机11对拉力传感器4、电动螺母6、流量计3、出水泵8、进水泵9和油泵15进行控制并提取数据信息。所述试样I为哑铃型，且在试样I的外侧包裹有橡皮套18。上述装置的工作过程如下
(1)按照试验预先设计方案，制备哑铃型试样1，将试样固定在试样固定在顶盖13和底盖14之间；
(2)通过计算机11设定油压室12的围压、进水管10压力、出水管2的开关和水压以及电动螺母6的加载速率；
(3)通过计算机11设定各项参数后开始试验，当拉力传感器4检测到螺杆5出现力松弛或者减小的情况，说明试样I已经开始破坏；
(4)通过计算机11对加载过程中的各项参数及其变化进行记载和计算，得到应力-应变-水压力三者之间的关系，完成试验。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
权利要求
1.一种岩石拉伸状态下渗流应力耦合的试验系统，其特征在于包括油压室(12)、拉力装置和计算机(11);所述油压室(12)上设置有能够密封油压室(12)的顶盖(13)和底盖(14)，其中底盖(14)与油压室(12)保持位置固定，顶盖(13)能够相对油压室(12)滑动，所述顶盖(13)同时作为试样(I)上端罩盖、夹持住试样(I)上端，所述底盖(14)同时作为试样(I)下端罩盖、夹持住试样(I)下端并与试样(I)下端形成密封渗入室；所述密封渗入室与进水管(10)连通，且进水管(10)通过进水泵(9)控制，所述顶盖(13)与出水管(2)连通，在出水管(2)上设置有流量计(3)，且出水管(2)通过出水泵(8)控制，所述油压室(12)与油管连通，且油管通过油泵(15)控制；所述拉力装置的固定端与油压室(12)保持位置固定，拉力动作端与顶盖(13)保持位置固定；所述计算机(11)对油泵(15)、进水泵(9)和出水泵(8 )和流量计(3 )进行控制并提取数据信息。
2.根据权利要求1所述的岩石拉伸状态下渗流应力耦合的试验系统，其特征在于所述拉力装置包括相适配的螺杆(5 )和电动螺母(6 )，所述电动螺母(6 )仅进行以螺杆(5 )的中心轴为轴线的转动，所述螺杆(5)带动顶盖(13)相对油压室(12)滑动，所述计算机(11)对电动螺母(6)进行控制并提取数据信息。
3.根据权利要求1所述的岩石拉伸状态下渗流应力耦合的试验系统，其特征在于还包括对拉力装置的拉力动作端受到的拉力进行检测的拉力传感器(4)，所述计算机(11)对拉力传感器(4)的数据信息进行采集。
4.根据权利要求1所述的岩石拉伸状态下渗流应力耦合的试验系统，其特征在于所述试样(I)为哑铃型，且在试样(I)的外侧包裹有橡皮套(18 )。
5.根据权利要求1所述的岩石拉伸状态下渗流应力耦合的试验系统，其特征在于还包括支架，所述支架包括下固定板(16)和上固定板(17)，所述下固定板(16)和上固定板(17)之间通过立柱(7)固定；所述油压室(12)固定在下固定板(16)上，所述拉力装置的固定端固定在上固定板(17)上。
6.根据权利要求1所述的岩石拉伸状态下渗流应力耦合的试验系统，其特征在于所述支架的材质为合金钢。
全文摘要
本发明公开了一种岩石拉伸状态下渗流应力耦合的试验系统，包括油压室、拉力装置和计算机；油压室上设置有顶盖和底盖，其中底盖与油压室位置固定，顶盖能相对油压室滑动，顶盖同时作为试样上端罩盖、夹持住试样上端，底盖同时作为试样下端罩盖、夹持住试样下端并与试样下端形成密封渗入室；密封渗入室与进水管连通，顶盖与出水管连通，油压室与油管连通；拉力装置与顶盖连接；计算机对油泵、进水泵和出水泵和流量计进行控制并提取数据信息。本发明提供的试验系统，可研究岩石在拉应力和渗流耦合作用下的变化过程和规律，建立能够描述岩石应力、应变及渗透系数演化规律的渗流应力耦合数学模型，从微细观角度对工程的渗透破坏机理进行研究。
文档编号G01N3/12GK103063518SQ20121059102
公开日2013年4月24日 申请日期2012年12月31日 优先权日2012年12月31日
发明者徐卫亚, 孟庆祥, 王伟, 石崇, 王如宾, 王环玲 申请人:河海大学