一種并聯型巖石溫度-滲流-應力耦合三軸流變儀的制作方法
【技術領域】
[0001 ]本實用新型涉及一種并聯型巖石溫度-滲流-應力耦合三軸流變儀，屬于地下工程、巖土工程試驗儀器技術領域。本設備可以同時進行多組不同溫度-滲流-應力耦合條件下的流變試驗，適用于溫度-滲流-應力耦合條件下巖土介質長期力學特性的研究。
【背景技術】
[0002]在石油及液化天然氣的地下儲存、地熱資源開發、深部資源開采、高放廢料的地質處置等工程建設中，都存在著多場、多相的耦合問題，多物理場之間的復雜耦合作用對工程巖體的長期穩定具有非常重要的影響，一直受到國內外研究者的重視和關注。其中，溫度場、滲流場與應力場之間耦合問題在復雜條件下巖體工程施工設計、安全評價、穩定性分析與預測評估等方面都具有十分重要的意義。
[0003]巖土工程流變問題從20世紀60年代就作為世界性難題被提出，是當今科技攻關和工程實踐的難點和熱點，在過去的幾十年里，國內外的廣大科研工作者對巖土工程的流變問題進行了大量的研究工作。此外，由于地熱梯度以及高放核廢料地下儲存過程中的衰變放熱，使得巖土體長期處于溫度-滲流-應力耦合作用的影響下。在溫度-滲流-應力耦合條件下表現出來的特性中，非線性流變特性和軟巖大變形表現得尤為突出，且工程流變發生的持續時間長。到目前為止，巖土體溫度-滲流-應力耦合長期流變特性的研究成果十分有限，尚未掌握其變形破壞規律。因此，迫切需要深入了解巖土體在溫度-滲流-應力耦合作用下的流變特性。
[0004]巖土介質的溫度-滲流-應力耦合流變問題，在近幾年成為國內巖土力學研究領域的熱點和難點，需要進行大量的流變試驗來掌握其流變規律。但是，由于流變非線性特性和軟巖大變形特征，導致流變試驗的周期長，試驗時間成本高，對儀器的控制精度和耐久性要求高，傳統的流變試驗裝置已經很難滿足長期流變試驗的要求。
[0005]申請號為2007100535232的中國專利公開了一種巖石雙聯動三軸流變儀，包括壓力傳感器、位移傳感器、軸向出力油缸活塞，軸向伺服加載系統，可以實現相同軸壓、不同圍壓的三軸流變試驗，有效提高試驗效率。其缺點是只能提供應力加載，并且兩個壓力室是上下串聯設置的，共用一套軸壓系統，容易引起較大的摩擦力，并且兩組三軸流變試驗必須設置相同的軸壓。申請號為2009100782332的專利公開了“一種五聯動巖石單軸流變儀”，其解決的問題為“每次試驗僅能對單個試件進行加載等”，采用的技術手段包括“伺服加載系統包括五套并聯的加載體，每套加載體由上承壓板、下承壓板、精密絲杠、升降機、伺服電機、手動調節閥和試件裝卡球座構成”，該并聯型裝置能夠在保證提高試驗效率的基礎上改善串聯型試驗裝置的缺點，但是依然沒有突破傳統流變儀單純應力加載的局限。申請號為201410734403的專利公開了 “CT實時掃描的三軸應力、滲流、化學耦合流變試驗系統”，采用的技術手段為“實用新型試驗系統的三軸壓力室尺寸較小，解決了目前三軸壓力室尺寸大的問題;并且采用三臺閉環伺服計量栗分別精確控制圍壓、軸壓和滲透壓”，其缺點是該實用新型只能實現應力-滲流-化學耦合流變問題，并不能采用溫度-滲流-應力耦合的加載形式，試驗結果無法反映不同溫度-滲流-應力耦合條件下的巖土介質的流變性能。
【實用新型內容】
[0006]本實用新型的目的是為克服上述現有技術的不足，提供一種并聯型巖石溫度-滲流-應力耦合三軸流變儀，可以實現多組不同軸壓和溫度、相同圍壓和孔壓的三軸溫度-滲流-應力耦合條件下的流變試驗，該儀器通用性好，結構簡單，可靠性高，并且可以有效加快試驗速度，縮短試驗周期，節省試驗成本。
[0007]為了達成上述目的，本實用新型采用如下技術方案:
[0008]一種并聯型巖石溫度-滲流-應力耦合三軸流變儀，包括加載框架，所述加載框架內設有兩個或多個三軸壓力室，各個所述三軸壓力室的壓頭分別與軸壓伺服控制系統連接，各個所述三軸壓力室之間并聯，并通過油管與圍壓伺服控制系統連接;各個所述三軸壓力室內的試樣通過水管與孔壓伺服控制系統連接;各個所述三軸壓力室的外壁上設有電加熱部，所述電加熱裝置與溫度控制系統連接;所述軸壓伺服控制系統、圍壓伺服控制系統、孔壓伺服控制系統、和溫度控制系統均和數據采集與控制系統通過電路連接，所述數據采集與控制系統實時控制試樣的應力場、滲流場和溫度場，以測量試樣在不同的溫度-滲流-應力耦合條件下的流變變形。
[0009]所述加載框架的底座上設有兩個或多個三軸壓力室，所述三軸壓力室構成用于容納試樣的空間，所述三軸壓力室設有用以對所述試樣施加軸壓的壓頭，所述壓頭通過傳力部件與所述加載框架的頂部連接。
[0010]各個所述三軸壓力室使用相互獨立的軸壓伺服控制系統和相互獨立的溫度控制系統，共用一個圍壓伺服控制系統和一個孔壓伺服控制系統。
[0011]各個所述三軸壓力室使用相互獨立的軸壓伺服控制系統和相互獨立的溫度控制系統，共用一個圍壓伺服控制系統和一個孔壓伺服控制系統，不僅可以節約試驗裝置購置成本，還能有效克服軸壓摩擦力，也使得當其中一個試樣進入加速蠕變階段時，確保另外一個三軸壓力室的試樣還能繼續開展試驗，有效縮短試驗周期，節約時間成本。
[0012]進一步的，所述三軸壓力室設有軸向壓力傳感器、圍壓壓力傳感器、孔壓壓力傳感器、位移傳感器中的一種或幾種。
[0013]進一步的，各所述傳感器均和所述數據采集與控制系統通過電路連接。
[0014]進一步的，所述位移傳感器為LVDT徑向變形傳感器，與所述試樣緊密相連。
[0015]進一步的，所述壓力室壓頭上設有用以測量所述試樣軸向位移的千分表，所述千分表和所述數據采集與控制系統通過電路連接。
[0016]進一步的，所述電加熱部為電加熱圈，所述電加熱圈纏繞在所述三軸壓力室的外表面。
[0017]進一步的，所述電加熱圈通過溫度控制器與所述數據采集與控制系統連接。
[0018]進一步的，所述流變儀還設有溫度傳感器，所述溫度傳感器和所述數據采集與控制系統通過電路連接。
[0019]進一步的，所述溫度傳感器設于三軸壓力室內和/或電加熱圈內。
[0020]通過對相同圍壓、孔壓下的若干試樣開展流變試驗，若干試樣的軸壓和溫度可以相同也可以不同，試驗過程中分別記錄軸向應力-時間曲線，圍壓-時間曲線，孔壓-時間曲線，溫度-時間曲線，軸向位移-時間曲線，徑向位移-時間曲線，并實時記錄環境溫度。
[0021]本實用新型與現有技術相比，具有以下優點和效果:
[0022]1、適用于測量巖土介質在不同溫度-滲流-應力耦合條件下的流變特性，實驗系統可以實現同時進行多組不同溫度-滲流-應力耦合狀態的流變試驗。
[0023]2、試驗過程中可以實時控制試樣的試驗溫度場、滲流場和應力場。
[0024]3、系統通用性好、可靠性高、精度高，且可縮短試驗周期，節省試驗成本。
【附圖說明】
[0025]圖1為一種并聯型巖石溫度-滲流-應力耦合三軸流變儀結構示意圖。
[0026]其中:I——加載框架;2——軸向壓力傳感器;3——壓力室壓頭;4——三軸壓力室；5——LVDT徑向變形傳感器;6——試樣;7——底座;8——上孔壓壓力傳感器;9——滾珠絲杠驅動輪；10 千分表；11 控制與數據米集系統；12 電加熱圈；13 溫度傳感器；14--溫度控制器；15a--圍壓伺服加載系統；15b--孔壓伺服加載系統；
15c--軸壓伺服加載系統；16a--圍壓伺服電機；16b--孔壓伺服電機；16c--軸壓伺服電機;17—一圍壓壓力傳感器;18—一下孔壓壓力傳感器；。
【具體實施方式】
[0027]根據圖1，本測試儀器包括:專用三軸壓力室4、軸壓伺服控制系統(由軸向壓力傳感器2，滾珠絲杠驅動輪9，控制與數據采集系統11，軸壓伺服加載系統15c，軸壓伺服電機16c組成)、圍壓伺服控制系統(由控制與數據采集系統11，圍壓伺服加載系統15a，圍壓伺服電機16a，圍壓壓力傳感器17組成)、孔壓伺服控制系統(由上孔壓壓力傳感器8，控制與數據采集系統11，孔壓伺服加載系統15b，孔壓伺服電機16b，下孔壓壓力傳感器18組成)、溫度控制系統(由控制與數據采集系統11，電加熱圈12，溫度傳感器13，溫度控制器14組成)、控制與數據采集系統11等部分構