岩样循环干湿冻融环境模拟及损伤劣化测试装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种岩样循环干湿冻融环境模拟及损伤劣化测试装置及其方法，其特征在于：该装置包括真空泵及气体管路、水泵及液体管路、温控箱；温控箱内试样室放置岩样，岩样上径向与轴向分别设置耐高温径向和轴向变形传感器，真空泵连接气体管路并接入试样室顶部，水泵一端连接液体管路并接入试样室底部；密封盖体上设液位探测器并置于试样室内，试样室外侧设置扫描装置。本发明专利技术采用微机程序控制器控制实现含裂隙岩石试样在常温到高温烘干、真空强制饱和、降温冰冻及升温解冻融化等复杂环境的多次数循环模拟；采用微机进行径向和轴向应变数据采集和记录，采用扫描系统对反复干湿冻融循环过程中损伤劣化进行测试。该装置具有自动化、一体化特征，且经济环保，人为干预少，测试工作效率高。

Rock core cyclic wet and dry Thawing Environment Simulation and damage deterioration test device and method thereof

The invention discloses a rock freeze-thaw environment simulation and dry wet cycle deterioration testing device and method for damage, which is characterized in that the device comprises a vacuum pump and the gas pipeline, water pump and liquid, temperature control box temperature control box; the sample chamber is placed on rock samples, radial and axial temperature are respectively provided with radial and axial deformations the sensor, the vacuum pump is connected with the gas pipeline and connected to the sample chamber top and bottom water pump is connected with one end of the liquid pipeline access sample chamber; the sealing cover body is provided with a liquid level detector and placed in the sample chamber, the sample chamber is arranged outside the CT scan device. The invention adopts microcomputer program controller to realize high temperature drying, vacuum freezing and heating forced saturation, thawing and other complex environments several times to cycle simulation of cracked rock specimens at room temperature; radial and axial strain data acquisition and recording by computer, using CT scanning system for testing damage and deterioration process of freezing thawing cycle repeated drying and wetting. The device has the characteristics of automation and integration, economic and environmental protection, less human intervention and high test efficiency.

【技术实现步骤摘要】
岩样循环干湿冻融环境模拟及损伤劣化测试装置及其方法
本专利技术涉及岩石工程
，涉及模拟复杂环境条件下裂隙岩体冻融试件的制备和复杂环境对岩样物理力学性质损伤劣化过程测试技术与方法，具体地涉及一种岩样循环烘干、饱和冻融环境模拟及其损伤劣化测试装置与方法。
技术介绍
地壳中的岩土体长期遭受太阳辐射、水(融雪或冰)等风化作用，使岩土体结构和力学性质发生劣化。干湿循环和冻融循环是最为典型的二种风化作用。干湿循环是岩土体介质吸收空气水分或大气降雨而饱和、吸收阳光辐射水分蒸发或风干的物理循环过程，反复干湿循环会使使岩体力学性质软化。冻融是岩土层由于温度降到零度以下和升至零度以上而产生冻结和融化的一种物理地质作用和现象。冰对岩石裂隙两翼便产生较大的冰楔作用；而当气温回升时融解，作用在裂隙两翼的压力骤减，裂隙两翼卸载。在反复的冻结和融化过程中，岩石的裂隙就会扩大、增多，以致石块被分割出来，产生冻融作用。造成这种冻融破坏的原因是由于组成岩石冻结和融化状态的三相介质(水、空气、含冰岩石)具有不同热物理性质，岩石矿物颗粒在温度降低时，其体积发生收缩，而冰在温度降低时，体积发生膨胀(约9％)，岩石矿物颗粒为了限制这种膨胀，由于这种冻胀力是作用在矿物颗粒及岩石微孔隙这一微观尺度上，故孔隙水的存在及冻融循环条件会对岩石的损伤劣化产生深刻影响。随着近年来国家对西部的大力开发建设，高寒山区许多大型岩体工程，如：北疆地区水电工程、青藏铁路工程、南水北调西线工程，石油管线建设等，两部众多深长隧道工程，均涉及到裂隙岩体的饱和烘干、冻结融解及离子交换(化学腐蚀)等物理过程。冻结岩体的主要工程危害有岩质边坡因受到于冻融风化侵蚀从而导致的崩塌以及滑坡，裂隙岩体在循环冻融过程中的冻胀开裂、失稳等；地下深埋高地温岩体开挖后高温度梯度下导致的工程围岩力学性质劣化。其主要机制为含裂隙及节理等原生缺陷的岩石，在冻结、融化及冻融循环条件下，其物理力学性质宏观基本变化规律、内部水成冰引起的相变与水热迁移特征，以及不同温度历史和不同含水(冰)状态引起的岩石宏细观损伤演化规律。在寒冷地区冻结融解作用是主要的岩体物理风化作用，岩体的冻融破坏已经成为寒区岩体工程中常遇到的主要病害之一。如新疆天山公路大部分路段穿越海拔4000m以上的西天山主峰，紫外线辖射强烈，其所属的高寒山区不仅昼夜温差大而且季节气温差异悬殊(年极端高温天气达40.8℃，而年极端寒冷天气则在-35.6℃)，年度周期性的反复冻融作用致使边坡裸露岩体逐渐疏松破碎，崩塌、滑坡等地质灾害时有发生。另外，随着北疆地区的水利水电开发和建设的力度加大，水电坝址区高陡岩质边坡的冻融劣化问题日益凸显。如位于阿勒泰地区布尔津河干流中游峡谷段的QBT水利枢纽工程，坝址区多年最低气温为-45℃，最高气温36.6℃，极端温差超过80℃。又南疆地区正在施工的齐热哈塔尔水电站隧洞围岩温差高达90多度，开挖后涉水(上游雪水)后岩体内温度骤然降低等复杂环境变化对岩体物理力学性质产生劣化作用。以上所述情况下岩体性质的劣化均涉及到烘干到饱和的干湿反复交替、裂隙内固态相到液态相的冻结融解相互转化等复杂环境的模拟，因此，人们试图对岩石反复干湿冻融复杂环境的模拟及岩石及其劣化过程进行研究。但一直以来，缺少一种能模拟足够长时间和循环次数下复杂环境自动实现的一体化的装置和方法，本专利技术可以解决这一技术难题。CN201310544106.3公开了一种模拟岩石裂隙冻融水热迁移的试验装置，它包括裂隙底板、可调式底座、暖端温度控制板、水量标尺、防冻套管、裂隙覆板、冷端注水孔塞、水平仪、裂隙，裂隙底板与裂隙覆板连接，裂隙两端设置暖端水槽和暖端水槽，暖端水槽上部的裂隙覆板开孔，连接外径的钢质波纹管，外部包裹防冻套管，外端连接水量标尺，冷端水槽上部的裂隙覆板开注水孔，安装冷端注水孔塞，裂隙底板底部安装可调式底座，裂隙覆板上部安装水平仪，暖端水槽底部安装暖端温度控制板。结构简单，易于加工，易于操作；可控制暖端和冷端温度，从而实现冻结环境下温度梯度控制；可准确直观反映冻结过程中不同温度梯度下裂隙内水分的迁移通量。CN201210094416.5公开一种岩石冻融损伤破坏的实时监测装置和方法。所述检测装置包括左、右两个装置，左、右两个装置通过螺栓和螺母相连，每个装置由盛装槽和固定装置组成，固定装置上设有电极插孔，电极插孔通过金属丝与金属网片相连，金属网片设置在安装孔端部，安装孔设置在固定装置上，电极插孔通过电极插销与导线相连，试样两端置于安装孔内，试样外包覆有橡胶膜。所述方法是如下进行的：制试样、饱水；安装试样并放入冻融试验机内、进行冻融试验，测定交流阻抗谱；分析岩石冻融损伤破坏的变化规律。本专利技术可以在不破坏岩石试样内部微观结构基础上测试岩石冻融损伤特征，同时还能在冻融试验过程中进行其损伤破坏测量。CN2012201350013公开一种用于测量岩石冻融损伤特征的装置，包括左、右两个结构相同的装置，左、右两个装置的端角处通过螺栓和螺母相连，每个装置由盛装槽和固定装置组成，盛装槽的上盖上连有把手，固定装置上设有电极插孔，电极插孔通过金属丝与金属网片相连，金属网片设置在安装孔端部，安装孔设置在固定装置上并与盛装槽连通，电极插孔通过电极插销与导线相连，试样两端置于安装孔内，试样外包覆有橡胶膜。本专利技术可以在不破坏岩石试样内部微观结构基础上测试岩石冻融损伤特征，同时还能在冻融试验过程中进行其损伤破坏测量。CN201410848369.8公开了一种测定超临界二氧化碳条件下岩石三轴强度的装置，它包括三轴试验舱、岩心夹持装置、气体供给系统、液压油围压加载系统和安装有控制器以及实验数据采集器的计算机，三轴试验舱外壁上设置有加热圈、连通三轴试验舱的进油阀和回油阀，岩心夹持装置由岩心夹持器、气垫、绝缘自粘密封带和热缩套组成，气体供给系统由顺次连接的二氧化碳气瓶、气体增压器和空气压缩机组成，它还公开了测定方法。上述专利申请提供了岩石冻融损伤及破坏的监测或测量装置。但是长期以来，室内试验对裂隙岩体的饱和烘干过程、冻结融解过程均为各自独立过程，往往模拟以上过程的一个循环至少需要6～7天，耗时耗力，而且周期长。为了与长年往复的冬季夏季轮回的温度变化和实际环境模拟近似，需要大尺度时间内岩体受复杂环境的劣化的模拟，若采用传统独立的人工操作方法所需时间和人力不可想象。因此，需要一种能够集饱和烘干过程、冻结融解过程的微机自动控制的设备和测试装置及方法来实现大循环次数下复杂环境模拟和测试。
技术实现思路
本专利技术要解决的问题是室内研究裂隙岩体受复杂外界环境作用后的物理力学性质劣化评价提供设备和方法，提供一种岩样循环干湿冻融环境模拟及其损伤劣化测试装置及其方法。含裂隙岩石试样从常温到高温烘干、从非饱和-饱和、降温冰冻及升温融解等各个环节中塑性体积变形测量采用耐高温轴向传感器和径向传感器来进行测量，用来间接求取塑性体积应变定量表征该复杂循环过程中的损伤量演化过程，实现岩样冻融的损伤劣化测试，设备具有集成化、自动化和人机交互化等特征，且经济环保，减少了人为干预。本专利技术的另一个目的就是提供一种由微机程序自动控制岩样循环干湿冻融环境模拟试验，在交变温度下岩样干湿冻融循环损伤劣化过程中的变形测试并计算机收集应变测试本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种岩样循环干湿冻融环境模拟及损伤劣化测试装置，其特征在于：该装置包括真空泵及气体管路、水泵及液体管路、温控箱；所述温控箱内设置有试样室，试样室内放置岩样，所述岩样上径向与轴向分别设置有耐高温径向变形传感器和轴向变形传感器，所述温控箱上设置密封盖体，所述密封盖体上设置密封接口，所述径向变形传感器和轴向变形传感器分别接入密封接口一、密封接口二；所述真空泵连接气体管路并接入试样室顶部，所述水泵一端连接液体管路并接入试样室13底部；所述密封盖体上设有液位探测器并置于试样室内；所述试样室外侧设置有CT扫描装置。

【技术特征摘要】
1.一种岩样循环干湿冻融环境模拟及损伤劣化测试装置，其特征在于：该装置包括真空泵及气体管路、水泵及液体管路、温控箱；所述温控箱内设置有试样室，试样室内放置岩样，所述岩样上径向与轴向分别设置有耐高温径向变形传感器和轴向变形传感器，所述温控箱上设置密封盖体，所述密封盖体上设置密封接口，所述径向变形传感器和轴向变形传感器分别接入密封接口一、密封接口二；所述真空泵连接气体管路并接入试样室顶部，所述水泵一端连接液体管路并接入试样室13底部；所述密封盖体上设有液位探测器并置于试样室内；所述试样室外侧设置有CT扫描装置。2.根据权利要求1所述的一种岩样循环饱和冻融环境模拟及损伤劣化测试装置，其特征在于：所述真空泵连接的气体管路上安装有三通一，所述三通一分别连通试样室顶部和液体回收罐，所述试样室顶部和液体回收罐的气体管路分别安装气动阀一、气动阀二，所述真空泵通入缓冲气罐。3.根据权利要求1所述的一种岩样循环饱和冻融环境模拟及损伤劣化测试装置，其特征在于：所述水泵连接的液体管路上安装有气动阀四及三通二，所述三通二分别连通试样室底部和液体回收罐，所述液体回收罐上的液体管路上安装气动阀三。4.根据权利要求1所述的一种岩样循环饱和冻融环境模拟及损伤劣化测试装置，其特征在于：所述水泵另一端连接三通三，三通三分别连通供水罐和液体回收罐。5.根据权利要求1所述的一种岩样循环饱和冻融环境模拟及损伤劣化测试装置，其特征在于：所述CT扫描装置为CT扫描仪或核磁共振装置，且接入独立的微机系统。6.根据权利要求1所述的一种岩样循环饱和冻融环境模拟及损伤劣化测试装置，其特征在于：所述温控箱、真空泵、水泵、气动阀一、气动阀二、气动阀三、气动阀四、液位探测器分别接入微机程序控制器，所述径向变形传感器和轴向变形传感器通过密封接口一、密封接口二接入计算机数据采集系统。7.根据权利要求1所述的一种岩样循环饱和冻融环境模拟及损伤劣化测试...

【专利技术属性】
技术研发人员：张振杰，朱杰兵，闫跃先，
申请(专利权)人：新华水力发电有限公司，长江水利委员会长江科学院，
类型：发明
国别省市：北京,11