【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及岩土材料在多场耦合作用下的稳定性研究领域，具体涉及一种可视化的水力-应力-温度耦合作用的流变试验装置及方法。
技术介绍
1、由于岩土体在地下的赋存环境复杂多变，在受到人类工程扰动活动后，岩土体的力学特性发生改变，极易诱发工程失稳等问题；目前针对多场耦合条件下的岩土体力学特性研究多数集中在数值模拟研究，采用相关的试验研究较少；或多场耦合试验多为两场耦合，或者先在某一场环境下处理之后再进行另一场或者另两场的耦合，未能实现真正意义上的多场耦合。
技术实现思路
1、针对上述
技术介绍
问题，本专利技术提供一种适用于处于水压环境中岩土材料的应力-水力-温度多场耦合的可视化试验装置及方法，本试验装置能获得多场耦合条件下岩土体的基本力学参数，为多场耦合场理论研究和数值模拟提供依据；此装置以地下洞室开挖、油气钻井开采和地热开发利用等领域中的岩土体为研究对象，通过所专利技术的应力场-渗流场-温度场耦合模拟装置，真实的模拟地下洞室开挖、油气钻井开采和地热开发利用等领域中扰动和赋存环境对岩土体材料的影响。研究赋存于水压环境与温度环境中岩土体材料在加载与卸载作用下的力学特性和损伤演化规律，揭示应力场、渗流场和温度场之间的相互影响和耦合条件下的水-岩作用。
2、为了实现上述的技术特征，本专利技术的目的是这样实现的：一种可视化的水力-应力-温度耦合作用的流变试验装置，包括用于对岩土材料提供轴向荷载并测量得到岩土材料轴向应变变化值的轴向加压装置，所述轴向加压装置的外围设置有用于记录岩土材料
3、所述图像采集装置为三台工业高速摄像机，并绕岩土材料一周，每台相机之间互呈120°夹角布置。
4、所述可视化水压压力室包括压力室下底座下盘，压力室下底座下盘的顶部设置有压力室下底座上盘，压力室下底座上盘的顶部设置有高强透明亚克力压力室壁，高强透明亚克力压力室壁的顶部设置有压力室上底座，压力室上底座的中心部位贯穿设置有传力杆。
5、所述传力杆和压力室上底座之间采用滑动密封配合；
6、所述压力室上底座上设置有排气阀；
7、所述排气阀与可视化水压压力室内部联通；排气阀为螺纹状，拧紧为关闭状态，拧松为打开状态。
8、所述压力室上底座与高强透明亚克力压力室壁和压力室下底座上盘通过第一高强不锈钢螺杆连为一个整体；
9、所述压力室上底座、高强透明亚克力压力室壁和压力室下底座上盘之间接触部位涂有密封胶。
10、所述压力室下底座下盘上设置有水压增压/卸压口、排水口、加温管、加温管支架、出线口和o型密封圈；
11、所述压力室下底座下盘含有3个等距分布的螺纹孔，以及放置o型密封圈的凹槽；
12、所述水压增压/卸压口在底座外具有开关阀，再通过压力管道与外界加压泵相连；
13、所述排水口在底座外也安装有开关阀，开关阀打开能够将压力室内水溶液排出，也能够通过次通道向压力室内充水，充满后关闭开关阀使压力室形成密闭空间。
14、所述加温管通过加温管支架固定在压力室下底座下盘上，并通过外部温度控制仪调节加温管温度至试验预设值，加温管热量再传递给压力室内水溶液，使水溶液达到试验要求预设值；
15、所述加温管支架上装有温度传感器，能够实时监测压力室内水溶液的温度值。
16、所述可视化水压压力室还包括不锈钢压头和环向引伸计；
17、所述不锈钢压头在岩土材料试样两端各放置一个，环向引伸计安装在岩土材料试样中间位置以获取试样在环向方向的应变值；
18、所述加温管和环向引伸计所涉及的导线均通过出线口引出至压力室下底座下盘外与控制器及数据次采集仪相连；
19、所述出线口通过密封胶进行严格密封。
20、所述压力室下底座上盘通过第二高强不锈钢螺杆和o型密封圈与压力室下底座下盘连接为一个整体，并形成一个密闭空间，进而形成可视化水压压力室。
21、一种可视化的水力-应力-温度耦合作用的流变试验方法，所述试验方法采用所述试验装置来实现，包括以下步骤：
22、step1：放置一个不锈钢压头在压力室下底座下盘中心位置，再将岩土材料试样放在不锈钢压头之上后，再在岩土材料试样顶端放置另一个不锈钢压头，保证岩土材料试样与两端不锈钢压头在同一轴线上；
23、step2：在岩土材料试样上安装环向引伸计；
24、step3：放置o型密封圈于压力室下底座下盘的凹槽内；
25、step4：将压力室上底座、高强透明亚克力压力室壁、压力室下底座上盘与第一高强不锈钢螺杆连接为的整体，安装在压力室下底座下盘之上，采用高强不锈钢螺杆进行紧固连接；
26、step5：通过轴向加压装置向下推动传力杆，使传力杆、不锈钢压头和岩土材料试样紧密接触，并存在小于等于1kn的荷载；
27、step6：关闭水压增压/卸压口，打开排气阀与排水口，通过排水口向压力室内注水，待排气阀有水冒出，停止注水，关闭排水口；
28、step7：通过温度控制仪向加温管施加温度，待温度达到预设值时，关闭排气阀；模拟岩土材料在大于0℃小于等于100℃的环境；
29、step8：打开水压增压/卸压口，通过压力管道向压力室内注入水，以实现施加水压的目的；同时，轴向加压装置也施加轴向荷载，使岩土材料试样达到静水压力平衡状态；
30、step9：打开图像采集装置开始拍摄录制，直到试件发生破坏后录制停止；
31、step10：采用轴压控制仪和水压控制仪分别通过轴向加压装置和水压增压/卸压口向岩土材料试样施加轴向荷载和水压至预设值，并在要求的试验时间内保持不变，同时，温度控制仪也要在试验时间内维持温度在预设值，这样岩土材料试样就长期处于有温度的水压和轴压环境中，以实现岩土试样在应力-水力-温度耦合作用下的流变试验。
32、本专利技术有如下有益效果：
33、1、本专利技术通过轴向加压装置和可视化水压压力室，对岩土材料进行应力-水力-温度耦合作用下的流变试验，并通过岩土材料破裂过程图像采集装置对试验过程进行全过程图像采集，不仅得到了多场耦合条件下岩土材料的变形特征，还获得了岩土材料破坏的全过程图像，为分析岩土材料的破坏机制具有重要意义。
34、2、本专利技术所提供的装置及方法可实现岩土体处于真实水压和温度环境中，操作简单方便，具有广泛的工程实践意义和应用前景。
35、3、本专利技术通过在压力室下底座下盘设置o型密封圈凹槽，通过凹槽内放置o型密封圈后压力室下底座下盘与压力室下底座上盘接触时，能较好的密封，防止压力室内的水溶液溢出。
36、4、本专利技术围绕可视化水压压力室外部等距离布置3台数字图像高速摄像机，能对岩土材料的表面变化过程进行全方位的采集，在后续图像重构时实现三维图像。
37、5、本专利技术在水压增压/卸压口和排水口本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种可视化的水力-应力-温度耦合作用的流变试验装置，其特征在于，包括用于对岩土材料提供轴向荷载并测量得到岩土材料轴向应变变化值的轴向加压装置（1），所述轴向加压装置（1）的外围设置有用于记录岩土材料破裂试验过程的图像采集装置（2），所述轴向加压装置（1）上设置有可视化水压压力室（3）。
2.根据权利要求1所述一种可视化的水力-应力-温度耦合作用的流变试验装置，其特征在于，所述图像采集装置（2）为三台工业高速摄像机，并绕岩土材料一周，每台相机之间互呈120°夹角布置。
3.根据权利要求1所述一种可视化的水力-应力-温度耦合作用的流变试验装置，其特征在于，所述可视化水压压力室（3）包括压力室下底座下盘（17），压力室下底座下盘（17）的顶部设置有压力室下底座上盘（13），压力室下底座上盘（13）的顶部设置有高强透明亚克力压力室壁（6），高强透明亚克力压力室壁（6）的顶部设置有压力室上底座（4），压力室上底座（4）的中心部位贯穿设置有传力杆（5）。
4.根据权利要求3所述一种可视化的水力-应力-温度耦合作用的流变试验装置，其特征在于，所述传力杆（
5.根据权利要求3所述一种可视化的水力-应力-温度耦合作用的流变试验装置，其特征在于，所述压力室上底座（4）与高强透明亚克力压力室壁（6）和压力室下底座上盘（13）通过第一高强不锈钢螺杆（8）连为一个整体；
6.根据权利要求3所述一种可视化的水力-应力-温度耦合作用的流变试验装置，其特征在于，所述压力室下底座下盘（17）上设置有水压增压/卸压口（10）、排水口（11）、加温管（18）、加温管支架（19）、出线口（20）和O型密封圈（15）；
7.根据权利要求6所述一种可视化的水力-应力-温度耦合作用的流变试验装置，其特征在于，所述加温管（18）通过加温管支架（19）固定在压力室下底座下盘（17）上，并通过外部温度控制仪调节加温管（18）温度至试验预设值，加温管（18）热量再传递给压力室内水溶液，使水溶液达到试验要求预设值；
8.根据权利要求6所述一种可视化的水力-应力-温度耦合作用的流变试验装置，其特征在于，所述可视化水压压力室（3）还包括不锈钢压头（7）和环向引伸计（16）；
9.根据权利要求6所述一种可视化的水力-应力-温度耦合作用的流变试验装置，其特征在于，所述压力室下底座上盘（13）通过第二高强不锈钢螺杆（9）和O型密封圈（15）与压力室下底座下盘（17）连接为一个整体，并形成一个密闭空间，进而形成可视化水压压力室（3）。
10.一种可视化的水力-应力-温度耦合作用的流变试验方法，其特征在于，所述试验方法采用权利要求1-9任意一项所述试验装置来实现，包括以下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种可视化的水力-应力-温度耦合作用的流变试验装置，其特征在于，包括用于对岩土材料提供轴向荷载并测量得到岩土材料轴向应变变化值的轴向加压装置（1），所述轴向加压装置（1）的外围设置有用于记录岩土材料破裂试验过程的图像采集装置（2），所述轴向加压装置（1）上设置有可视化水压压力室（3）。
2.根据权利要求1所述一种可视化的水力-应力-温度耦合作用的流变试验装置，其特征在于，所述图像采集装置（2）为三台工业高速摄像机，并绕岩土材料一周，每台相机之间互呈120°夹角布置。
3.根据权利要求1所述一种可视化的水力-应力-温度耦合作用的流变试验装置，其特征在于，所述可视化水压压力室（3）包括压力室下底座下盘（17），压力室下底座下盘（17）的顶部设置有压力室下底座上盘（13），压力室下底座上盘（13）的顶部设置有高强透明亚克力压力室壁（6），高强透明亚克力压力室壁（6）的顶部设置有压力室上底座（4），压力室上底座（4）的中心部位贯穿设置有传力杆（5）。
4.根据权利要求3所述一种可视化的水力-应力-温度耦合作用的流变试验装置，其特征在于，所述传力杆（5）和压力室上底座（4）之间采用滑动密封配合；
5.根据权利要求3所述一种可视化的水力-应力-温度耦合作用的流变试验装置，其特征在于，所述压力室上底座（4）与高强透明亚克力压力室壁（6）和压力室下底...
【专利技术属性】
技术研发人员：王乐华，王小平，许晓亮，宋春鹏，秦仕福，谭德林，张译天，朱斐，
申请(专利权)人：三峡大学，
类型：发明
国别省市：
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