本发明专利技术公开了一种岩石变形破坏过程的实验装置及其实验方法，由温度
【技术实现步骤摘要】
一种岩石变形破坏过程的实验装置及其实验方法
[0001]本专利技术涉及水电工程施工安全
，特别涉及一种温度变化作用下岩石变形破坏过程的实验装置及其实验方法。
技术介绍
[0002]随着地理位置便利的山区水利水电工程趋于饱和，我国未来水利水电工程的建设中心逐渐向高原地区转移。位于高原地区的水电工程地下厂房通常面临高地应力和高地温的问题，例如，新疆布仑口-公格尔水电站引水洞开挖面实测最高温度为105℃(侯代平,刘乃飞,余春海,等.新疆布仑口高温引水隧洞几个设计与施工问题探讨[J].岩石力学与工程学报,2013,32(2,s1):3396-3403)。高地温将造成工作人员和机械设备效率降低、开挖爆破作业难以正常实施、现场监测仪器不能正常工作等情况(袁培国.超高地温条件下引水隧洞施工关键技术探讨[J].水利水电技术,2014,45(4):101-106)，严重影响施工效率和质量。
[0003]对于高地温问题，工程上一般采用通风或喷雾的方式来降低围岩温度。由于热胀冷缩效应，地应力作用下的隧洞围岩在降温过程中必然产生应力调整，然而目前尚没有任何一种实验方法能够真实反映降温过程对地应力作用下的隧洞围岩稳定性的影响。
[0004]现有技术一：李天斌等(李天斌,潘皇宋,陈国庆,等.热-力作用下隧道岩爆温度效应的物理模型实验[J].岩石力学与工程学报,2018,37(2):261-273.)开发了一套物理模型实验装置研究温度和地应力耦合作用下硐室围岩开挖卸荷造成的变形破坏过程，但该装置未考虑人工主动降温对硐室围岩稳定性的影响。
[0005]现有技术二：以Xu et al.(Xu Xiaoli,Gao Feng,Shen Xiaoming,Xie Heping.Mechanical characteristics and microcosmic mechanisms of granite under temperature loads[J].J.China Univ.Mining&Technol.,2008,18:413-417.)为代表的研究[方案II]通过先加热、后降温的方式利用三轴实验探讨了温度变化对岩石物理力学性质的影响，但这些研究均以完整岩块为研究对象，不能揭示降温过程对地应力作用下的隧洞围岩变形破坏过程的影响。
[0006]值得注意的是，虽然本领域的技术人员有动机在现有技术一的基础上增加冷却系统来研究降温对温度-地应力耦合作用下硐室围岩卸荷变形的影响，但降温造成硐室围岩应力状态调整、进而改变洞室围岩蠕变特性、最终影响洞室围岩长期稳定性不属于本领域技术人员的固有知识，因此现有实验手段和认识难以揭示降温过程对地应力作用下的隧洞围岩长期稳定性的影响。另一方面，由于三轴实验装置对样品尺寸的限制，因此现有技术二难以通过引入降温过程来研究温度变化对不同初始应力作用下含孔洞岩石试件变形破坏过程的影响。
技术实现思路
[0007]本专利技术针对现有技术的缺陷，提供了一种岩石变形破坏过程的实验装置及其实验方法，解决了现有技术中存在的缺陷。
[0008]为了实现以上专利技术目的，本专利技术采取的技术方案如下：
[0009]一种岩石变形破坏过程的实验装置，由温度-应力加载系统、人工主动降温系统和岩石变形破坏监测系统组成。
[0010]所述温度-应力加载系统包括：加载框架1、围压加载装置2、加载垫板3、岩石试件4、轴向约束垫板6、加热带7、以及轴向约束螺栓8和温度计；
[0011]岩石试件4为正方体，在岩石试件4中心钻取一圆形通孔5，圆形通孔5用前后两段隔热棉填塞，温度计穿过隔热棉位于圆形通孔5中心段。
[0012]轴向约束垫板6以及轴向约束螺栓8对岩石试件4的轴向变形进行约束。其中，两块轴向约束垫板6外侧均铺设加热带7。
[0013]岩石试件4的顶面、底面以及左右两侧面均设置加载垫板3，使用固定于加载框架1上的围压加载装置2通过加载垫板3对含孔洞岩样4施加静态荷载。
[0014]所述岩石变形破坏监测系统包括：应变数据采集系统9、多个应变片10、声发射传感器11和声发射数据采集系统13；
[0015]应变数据采集系统9与应变片10电连接，声发射数据采集系统13与声发射传感器11电连接；
[0016]在岩石试件4的正面掏挖两条相互正交的方形槽。在方形槽内距中心孔不同距离处分别以与径向相同和相垂直的方式粘贴应变片10，用以分别监测降温在岩块不同位置处造成的径向和环向变形。在两个加热带7的表面各均匀布置多个声发射传感器11。
[0017]所述人工主动降温系统，包括：水冷系统14、水管15和水循环装置12。
[0018]取出岩样圆形通孔5中的隔热棉和温度计，一根水管15按照顺序连接经水冷系统14、水循环装置12、圆形通孔5一端，另一根水管15的两端分别连接圆形通孔5的另一端和水冷系统14的回路。
[0019]本专利技术还公开了岩石变形破坏过程的实验装置的实验方法，包括以下步骤：
[0020](1)在取样并制作完成正方体岩石试件4后，在岩石试件4中心钻取一圆形通孔5，随后在岩石试件4的一面掏挖两条相互正交的方形槽。
[0021](2)在两条相互正交的方形槽内距中心孔不同距离处分别以与径向相同和相垂直的方式粘贴应变片10，用以分别监测降温在岩块不同位置处造成的径向和环向变形。
[0022](3)为模拟隧洞所处的平面应变状态，使用含孔洞的轴向约束垫板6以及轴向约束螺栓8对岩石试件4的轴向变形进行约束。其中，两块轴向约束垫板6外侧均铺设加热带7，同时在两侧加热带的表面各均匀布置多个声发射传感器11。
[0023](4)将岩样中的圆形通孔5用前后两段隔热棉填塞，随后将温度计穿过隔热棉并使温度计位于圆形通孔5中心。
[0024](5)通过铺设于轴向约束垫板6外侧的加热带7对岩样进行加热。
[0025](6)当温度计显示数值达到指定的实验温度时，使用固定于加载框架上的围压加载装置2通过加载垫板3对含孔洞岩样4施加水平地应力和铅直地应力。
[0026](7)当实验温度和压力均达到设计值时，取出岩样孔洞中的隔热棉和温度计，将经水冷系统14冷却的水通过水循环装置12和水管15送入岩样孔洞中，并在孔洞出口处将与岩样产生热交换后的水通过水管15送回水冷系统14，从而保证再次循环进入岩样孔洞中的水温为恒定值。
[0027](8)在上述人工主动降温系统启动的同时，开启岩石变形破坏监测系统，通过应变数据采集系统9记录位于岩样表面方形槽内的应变片10收集到的径向和环向应变数据，通过声发射数据采集系统13记录位于岩样两侧轴向约束垫板上的声发射传感器11收集到的声发射数据，直到岩样产生破坏为止。
[0028]与现有技术相比，本专利技术的优点在于：
[0029]可实现研究人工主动降温对高温高压隧洞围岩变形破坏过程和长期稳定性的影响，对我国高原地区和地球深部基础设施的建设和运营安全具有重要意义。
附图说本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种岩石变形破坏过程的实验装置，其特征在于：由温度-应力加载系统、人工主动降温系统和岩石变形破坏监测系统组成；所述温度-应力加载系统包括：加载框架(1)、围压加载装置(2)、加载垫板(3)、岩石试件(4)、轴向约束垫板(6)、加热带(7)、以及轴向约束螺栓(8)和温度计；岩石试件(4)为正方体，在岩石试件(4)中心钻取一圆形通孔(5)，圆形通孔(5)用前后两段隔热棉填塞，温度计穿过隔热棉位于圆形通孔(5)中心段；轴向约束垫板(6)以及轴向约束螺栓(8)对岩石试件(4)的轴向变形进行约束；其中，两块轴向约束垫板(6)外侧均铺设加热带(7)；岩石试件(4)的顶面、底面以及左右两侧面均设置加载垫板(3)，使用固定于加载框架(1)上的围压加载装置(2)通过加载垫板(3)对含孔洞岩样(4)施加静态荷载；所述岩石变形破坏监测系统包括：应变数据采集系统(9)、多个应变片(10)、多个声发射传感器(11)和声发射数据采集系统(13)；应变数据采集系统(9)与应变片(10)电连接，声发射数据采集系统(13)与声发射传感器(11)电连接；在岩石试件(4)的正面掏挖两条相互正交的方形槽；在方形槽内距中心孔不同距离处分别以与径向相同和相垂直的方式粘贴应变片(10)，用以分别监测降温在岩块不同位置处造成的径向和环向变形；在两个加热带(7)的表面各均匀布置多个声发射传感器(11)；所述人工主动降温系统，包括：水冷系统(14)、水管(15)和水循环装置(12)；取出岩样圆形通孔(5)中的隔热棉和温度计，一根水管(15)按照顺序连接经水冷系统(14)、水循环装置(12)、圆形通孔(5)一端，另一根水管(15)的两端分别连接圆形通孔(5)的另一端和水冷系统(14)的回路。2.根据权利要求1所述岩石变...
【专利技术属性】
技术研发人员：鲁功达，石安池，周家文，洪望兵，陶剑，范刚，李海波，王猛，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：
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