本发明专利技术涉及一种岩石水-力耦合流变损伤多尺度力学试验系统，该系统由全通透高压动/静水压力室、多元同步三轴加载系统、高围压光纤传感实时量测系统、内外流变损伤多尺度三维成像系统、多元异构量测数据同步快速处置系统组成。该系统的优点在于能够模拟再现高压动/静水及其它工作液体环境条件下岩石水-力耦合软化破坏全过程，具有非常广阔的应用前景。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于工程机械中的试验机领域，特别涉及一种岩石水-力耦合流变损伤多尺度力学试验系统，适用于模拟再现高压动/静水及其它工作液体环境条件下岩石水-力耦合软化破坏全过程。
技术介绍
岩石在水作用下的强度丧失是许多重大工程灾害发生的根本原因之所在。其关键在于在水溶液的作用下，岩石发生物理、化学等作用，导致其结构松散、单元分离、裂缝扩展、丛集等，从而使其强度大幅度降低，发生破坏。这也就是许多边坡、隧道、基坑等在降雨影响下产生破坏的主要原因。岩石与水相互作用是目前岩土工程界的研究热点及前沿课题。然而，不同地区的地下水含有不同的化学成分，不同的化学成分对岩石的作用不同。实际工程中的岩石与水相互作用时，还受到水(含有各种化学成分的水溶液)的压力作用。研究不同围压、不同化学成分下的岩石与水相互作用的机理、机制十分迫切。现有的单轴或三轴试验设备，主要存在三大问题(I)传统的加载是通过一套伺服器控制一个加载装置对一个压力室进行控制，无法通过由一套伺服器控制加载时实现对多个压力室的控制，因而，也就不能实现岩石变形破坏全过程同步试验研究；(2)压力室多为全封闭、不透明的，无法在试验中对样品表面的裂纹发展、丛集、破坏等进行多尺度的观察，个别研究者开发的带窗体压力室也只能进行表面裂纹发展的显微观测，缺乏与内部损伤技术的联合运用；因而，不能同时进行内外损伤的观察或测定，也就不能立体的反映岩石变形破坏的全过程；目前尚需着眼于新材料和损伤观测技术的开发与运用，在全通透压力室的技术开发和内外损伤的同步测定上开发新的试验手段；(3)传统的电磁传感器由于水的导电性，致使其无法进行水下物理量的量测，因而，水作为围压介质时，也就无法直接测定样品本身的应变(力)和变形的分布与变化情况，这样，也就无法定量回答破坏是如何发生演化的问题，即变形破坏全过程机制无法获得试验数据支持。由于这些关键问题的存在，难以实现岩石在其赋存环境条件下软化全过程的试验与模拟，从而，严重制约了对滑坡、塌方等重大工程灾害的机制探索和理论假说验证工作。上述三大问题也正是该类仪器设备研制的难题之所在。因此，研制专利技术一种模拟再现高压动/静水及其它工作液体环境条件下岩石水-力耦合软化破坏全过程的试验系统，具有非常广阔的应用前景。
技术实现思路
本专利技术的目的是，针对现有三轴试验中岩石与水相互作用试验的需求，提供一种能够模拟再现高压动/静水及其它工作液体环境条件下岩石水-力耦合软化破坏全过程的试验系统。本专利技术涉及的一种岩石水-力耦合流变损伤多尺度力学试验系统，由全通透高压动/静水压力室、多元同步三轴加载系统、高围压光纤传感实时量测系统、内外流变损伤多尺度三维成像系统、多元异构量测数据同步快速处置系统组成。I)全通透高压动/静水压力室全通透高压动/静水压力室包括压力室底座、压力室侧壁、压力室顶盖和动水循环系统等部分。压力室侧壁采用高强度航空玻璃一次铸模加工成型制成；动水循环系统包括针型阀、耐压水管、耐高压水泵等组成。使用自由分离式的缸体-底座连接模式，使承压缸体和底座可自由分离。2)多元同步三轴加载系统多元同步三轴加载系统主要包括多元伺服围压加载系统与多元轴压加载系统。多元伺服围压加载系统由刚性支座、滚珠丝杆、伺服电机、伺服控制器、总增压仓、分增压仓、活塞、精密压力表、管路、转换器、减速器、齿轮组、工作液体等部分组成。增压仓置于刚性支座一侧，刚性支座支承滚珠丝杆，滚珠丝杆一端与活塞相连，活塞位于增压仓内，增压仓前开有油嘴，通过管路与分增压仓连接，分增压仓通过管路、转换器与岩石三轴试验压力室等连接。多元轴向加载系统，由刚性底座、立柱、滚珠丝杆、顶板、总加压缸、分加压缸、加压活塞、加载压头、伺服电机、伺服控制器、减速器、齿轮组等部分组成。其中计算机分别与轴向加载系统伺服控制器、围压加载系统伺服控制器通讯，通过和分别控制轴向压力和围压加载。3)高围压光纤传感实时量测系统高围压光纤传感实时量测系统由光纤传感器与信号解调系统组成。基于光纤传感技术，结合防腐封装技术，研制适于量测饱水岩石软化变形破坏的波长调制型光纤传感器，通过光纤传感量测补偿技术与信号解调技术，得到岩样的应变(应力)、位移、温度值。4)内外流变损伤多尺度三维成像系统内外流变损伤多尺度三维成像系统主要包括显微摄像系统与内部损伤探测系统。显微摄像系统由三维可调导轨、摄像装置与摄像控制软件组成，可实现对岩样表面裂隙与孔隙的产生和发展的全程记录；内部损伤探测系统由光纤声发射传感器与信号解调仪组成，可实时跟踪量测岩样内部裂纹等的损伤及其发展规律；通过集成上述二者形成内外流变损伤多尺度三维成像系统，实现在高围压水溶液及其它工作液体条件下同步无损观测岩石软化裂纹等内外损伤演化规律。5)多元异构量测数据同步快速处置系统多元异构量测数据同步快速处置系统，针对上述光纤监测与显微观测系统产生的应力、位移、温度、图像等多元异构量测数据，建立动态监测数据库(包含原始数据库和应用数据库两部分)，运用3 σ准则、灰色理论等对多元异构量测数据进行分析，采用数据挖掘技术与数字化技术，开发多元异构量测数据快速处置系统。本专利技术具有以下优点I、能够模拟再现高压动/静水及其它工作液体环境条件下岩石水-力耦合软化破坏全过程。2、最多可达四种不同溶液中同时同步进行岩石软化流变损伤对比试验。3、同一溶液中，岩石最多在四种不同压力、不同流变阶段的同时同步进行流变损伤试验。4、岩石最多在四种不同溶液、不同压力、不同流变阶段的同时同步进行流变损伤试验。5、按照岩石强度弱化规律及其经验性流变试验时间(I个月、3个月、6个月、12个 月)来计算，岩石在一定时段内最多可以开展非同步的48种的不同流变试验。6、实现水中岩石变形破坏全过程的高精度、高频率实时在线量测与多尺度内外损伤的三维观测及成像。附图说明图I是本专利技术的组成结构示意框图；其中I.刚性底座；2.压力室；3.顶板支柱；4.轴压加载轴；5.轴压分加压缸；6.顶板；7.轴压总加压缸；8.围压耐压管道；9.围压分加压缸；10.围压总加压缸；11.围压伺服控制器；12.轴压伺服控制器；14.扩展式导轨；15.数据线；16.控制计算机；17.光纤声发射传感器；18.光纤应变应力传感器；19.光纤；20.光纤解调仪；21.显微摄像机；22.环形可调导轨。图2是本专利技术中的全通透高压动/静水压力室结构示意图；其中Al.底座；A2.压力室底盘；A3.承样台；Α4·岩样；Α5·连杆；Α6·透明压力室；Α7·加载垫；Α8.压力室顶盖；Α9.针型阀；Α10.出气孔；Α11.加载轴；Α12.背压阀；Α13.高压泵；Α14.背压阀；Α15.针型阀；Α16.围压液体进口 /出口 ；A17光纤传感器数据线口。图3是本专利技术中的轴向加载系统结构示意图；其中BI.总加压缸；B2.滚珠丝杆；B3.加压活塞；B4.增压仓；B5.精密压力表；B6.伺服电机；B7.减速器；B8.齿轮组；B9.分加压缸；B10.分加压缸活塞及加压轴；B11.轴压伺服控制器；B12.控制计算机。图4是本专利技术中的围压加载系统结构示意图；其中Cl.刚性支座；C2.伺服控制器；C3.滚珠丝杠；C4.齿轮组；C5.减速器；C6.伺服电机；C7.活塞；C8.精密压力表；C9.增压仓；CIO.耐压本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种岩石水？力耦合流变损伤多尺度力学试验系统，包括全通透高压动/静水压力室、多元同步三轴加载系统、高围压光纤传感实时量测系统、内外流变损伤多尺度三维成像系统、多元异构量测数据同步快速处置系统。其特征在于：所述的全通透高压动/静水压力室采用高强度航空玻璃制作压力室侧壁，并引入动水循环设计，包括压力室底座、压力室侧壁、压力室顶盖和动水循环系统等部分；所述的多元同步三轴加载系统主要包括多元伺服围压加载系统与多元轴压加载系统，多元伺服围压加载系统由刚性支座、滚珠丝杆、伺服电机、伺服控制器、总增压仓、分增压仓、活塞、精密压力表、管路、转换器、减速器、齿轮组、工作液体等部分组成，多元轴向加载系统，由刚性底座、立柱、滚珠丝杆、顶板、总加压缸、分加压缸、加压活塞、加载压头、伺服电机、伺服控制器、减速器、齿轮组等部分组成；所述的高围压光纤传感实时量测系统由光纤传感器与信号解调系统组成；所述的内外流变损伤多尺度三维成像系统，包括显微摄像系统与内部损伤探测系统；所述的多元异构量测数据同步快速处置系统采用数据挖掘技术与数字化技术开发；该试验系统可模拟再现高压动/静水及其它工作液体环境条件下岩石水？力耦合软化破坏全过程。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：周翠英，刘镇，陆仪启，杨旭，
申请(专利权)人：中山大学，
类型：发明
国别省市：
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