水岩耦合实时反应实验方法

本发明涉及岩体力学性能测试领域，具体是水岩耦合实时反应实验方法。

背景技术：

当前，煤炭行业正处于全面深化改革、转型发展关键时期，越来越多的煤矿已经或面临着关闭或废弃。结合煤矿行业发展在“碳中和、碳达峰”背景下的机遇与挑战，利用废弃矿井地下空间储水，将巷道或安全煤柱用人工坝体连接形成水库坝体在世界范围内得到越来越广泛的使用。水库蓄水运行后，库水位反复升降变化对库岸边坡岩体来说是一种疲劳作用，水岩作用下边坡岩体力学性质的劣化将影响整个边坡的稳定。

处于渗流场中的岩体，一方面由于载荷施加于岩体之上，改变岩体内部应力场的分布，从而影响岩体的结构，引起岩体中水的作用强度、作用范围及作用形式发生改变；另一方面，由于外部作用，形成扰动下的水渗流场反过来又作用于岩体之上，最终影响岩体的稳定性。而在水岩耦合实验研究中，往往对岩石进行泡水处理后再进行相关力学试验研究，没有考虑到岩体介质渗透特性和应力状态的相互影响。因此，本领域技术人员迫切需要通过一种较方便且价格低廉、可靠的实验方法，通过室内实验就可对水岩耦合过程进行实时观测，为此，本发明提出水岩耦合实时反应实验方法。

技术实现要素：

本发明针对现有水岩耦合试验难以实现的问题，提供了水岩耦合实时反应实验方法。

本发明实现目的采用如下技术方案：水岩耦合实时反应实验方法，具体包括装置组装、淋浴循环、应力加载，其特征在于：

步骤一，将主体底板放置于试验机上，放置台与底部加载盘中心对齐，将主体侧板固定后，依次插入隔水母板、隔水子板，同时连接排水管、注水管，将顶盖板放置于主体装置内，并将隔水子板与顶盖板连接；

步骤二，将岩样放置于下承载板中央，安放顶盖板后，在找平球头上放置无缝垫管，与顶部加载轴相连接，将磁性固定座吸附于无缝垫管上，且千分表末端与顶盖板接触，将排水管与注水管连接至水泵系统，依据试验设计要求开启可控流量计控制淋浴板开始工作；

步骤三，千分表通过数据传输线与计算机test软件系统对接进行轴向位移变化的实时监测，利用计算机test软件系统开启轴向油泵进行轴向加载，当顶部加载轴与无缝垫管接触时，关闭轴向油泵，将轴向千分表进行清零，记录数据并保存文件，依据设定的轴向加载速率，通过计算机test软件系统向伺服控制器发送命令，启动伺服电流系统对岩样进行轴向加载至设定载荷，进行第一级蠕变，对载荷与轴向千分表数据进行实时监测，当蠕变时间达到设定要求，开始下一级轴向加载，加载至设定载荷进行蠕变，直至岩样破坏完成实验。

具体的，步骤一中的主体底板上部设置为球形凹槽，以便于排水。

具体的，步骤一中的找平球窝与找平球头配套一致，中间涂润滑油。

具体的，步骤一中的隔水子板顶部与顶盖板通过磁吸连接。

具体的，步骤一中的主体侧板为坚硬材质，且为透明材质，便于观察实验过程。

具体的，步骤二中的可控流量计可控制淋浴范围及流量大小并生成数据记录。

具体的，步骤二中的水岩实验可为持续循环流水耦合、浸水-失水耦合的实验方式。

具体的，步骤三中的实验可为单轴加载方式、蠕变加载方式。

具体的，步骤三中的下一级应力水平蠕变可采用分级加载蠕变与增量加载蠕变两种方式进行。

附图说明

图1是实现本发明水岩耦合实时反应实验方法的示意图。

图2是实验装置结构示意图。

图3是主体俯视图。

图4是顶盖仰视图。

图中：1为找平球头；2为找平球窝；3为注水管；4为淋浴板；5为上承载板；6为隔水子板；7为隔水毛鬃；8为隔水母板；9为固定卡口；10为主体侧板；11为下承载板；12为主体底板；13为放置台；14为顶盖板；15为可控流量计；16为进水管；17为出水口；18为排水管；19为顶部加载盘；20为顶部加载轴；21为无缝垫管；22为磁性固定座；23为千分表；24为水泵系统；25为岩样；26为底部加载盘；27为伺服控制器；28为test软件系统；29为轴向油泵；30为伺服电液系统。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步解释说明。

本发明提供了水岩耦合实时反应实验方法，具体包括装置组装、淋浴循环、应力加载，其特征在于：

步骤一，将主体底板12放置于试验机上，放置台13与底部加载盘26中心对齐，将主体侧板10固定后，依次插入隔水母板8、隔水子板6，同时连接排水管18、注水管3，将顶盖板14放置于主体装置内，并将隔水子板6与顶盖板14连接；

步骤二，将岩样放置于下承载板11中央，安放顶盖板14后，在找平球头1上放置无缝垫管21，与顶部加载轴20相连接，将磁性固定座22吸附于无缝垫管21上，且千分表23末端与顶盖板14接触，将排水管18与注水管3连接至水泵系统24，依据试验设计要求开启可控流量计15控制淋浴板4开始工作；

步骤三，千分表23通过数据传输线与计算机test软件系统28对接进行轴向位移变化的实时监测，利用计算机test软件系统28开启轴向油泵29进行轴向加载，当顶部加载轴20与无缝垫管21接触时，关闭轴向油泵29，将轴向千分表23进行清零，记录数据并保存文件，依据设定的轴向加载速率，通过计算机test软件系统28向伺服控制器27发送命令，启动伺服电流系统30对岩样进行轴向加载至设定载荷，进行第一级蠕变，对载荷与轴向千分表23数据进行实时监测，当蠕变时间达到设定要求，开始下一级轴向加载，加载至设定载荷进行蠕变，直至岩样破坏完成实验。

具体的，步骤一中的主体底板12上部设置为球形凹槽，以便于排水。

具体的，步骤一中的找平球窝2与找平球头1配套一致，中间涂润滑油。

具体的，步骤一中的隔水子板6顶部与顶盖板14通过磁吸连接。

具体的，步骤一中的主体侧板10为坚硬材质，且为透明材质，便于观察实验过程。

具体的，步骤二中的可控流量计15可控制淋浴范围及流量大小并生成数据记录。

具体的，步骤二中的水岩实验可为持续循环流水耦合、浸水-失水耦合的实验方式。

具体的，步骤三中的实验可为单轴加载方式、蠕变加载方式。

具体的，步骤三中的下一级应力水平蠕变可采用分级加载蠕变与增量加载蠕变两种方式进行。

当然，上述说明仅仅为本发明的较佳实施例，本发明并不限于上述的实施例，应当说明的是，任何熟悉本领域的技术人员在本说明书的教导下，所做出的所有等同替换、明显变形形式，均落在本说明书的实质范围之内，理应受到本发明的保护。

技术特征：

1.水岩耦合实时反应实验方法，具体包括装置组装、淋浴循环、应力加载，其特征在于：

步骤一，将主体底板放置于试验机上，放置台与底部加载盘中心对齐，将主体侧板固定后，依次插入隔水母板、隔水子板，同时连接排水管、注水管，将顶盖板放置于主体装置内，并将隔水子板与顶盖板连接；

步骤二，将岩样放置于下承载板中央，安放顶盖板后，在找平球头上放置无缝垫管，与顶部加载轴相连接，将磁性固定座吸附于无缝垫管上，且千分表末端与顶盖板接触，将排水管与注水管连接至水泵系统，依据试验设计要求开启可控流量计控制淋浴板开始工作；

步骤三，千分表通过数据传输线与计算机test软件系统对接进行轴向位移变化的实时监测，利用计算机test软件系统开启轴向油泵进行轴向加载，当顶部加载轴与无缝垫管接触时，关闭轴向油泵，将轴向千分表进行清零，记录数据并保存文件，依据设定的轴向加载速率，通过计算机test软件系统向伺服控制器发送命令，启动伺服电流系统对岩样进行轴向加载至设定载荷，进行第一级蠕变，对载荷与轴向千分表数据进行实时监测，当蠕变时间达到设定要求，开始下一级轴向加载，加载至设定载荷进行蠕变，直至岩样破坏完成实验。

2.根据权利要求1所述水岩耦合实时反应实验方法，其特征在于，步骤一中的主体底板上部设置为球形凹槽，以便于排水。

3.根据权利要求1所述水岩耦合实时反应实验方法，其特征在于，步骤一中的找平球窝与找平球头配套一致，中间涂润滑油。

4.根据权利要求1所述水岩耦合实时反应实验方法，其特征在于，步骤一中的隔水子板顶部与顶盖板通过磁吸连接。

5.根据权利要求1所述水岩耦合实时反应实验方法，其特征在于，步骤一中的主体侧板为坚硬材质，且为透明材质，便于观察实验过程。

6.根据权利要求1所述水岩耦合实时反应实验方法，其特征在于，步骤二中的可控流量计可控制淋浴范围及流量大小并生成数据记录。

7.根据权利要求1所述水岩耦合实时反应实验方法，其特征在于，步骤二中的水岩实验可为持续循环流水耦合、浸水-失水耦合的实验方式。

8.根据权利要求1所述水岩耦合实时反应实验方法，其特征在于，步骤三中的实验可为单轴加载方式、蠕变加载方式。

9.根据权利要求1所述水岩耦合实时反应实验方法，其特征在于，步骤三中的下一级应力水平蠕变可采用分级加载蠕变与增量加载蠕变两种方式进行。

技术总结
本发明涉及岩体力学性能测试领域，具体公开了水岩耦合实时反应实验方法，具体包括装置组装、淋浴循环、应力加载三个步骤。将主体底板放置于试验机上，将主体侧板固定后，依次插入隔水母板、隔水子板，同时连接排水管、注水管，并将隔水子板与顶盖板连接，完成装置组装；岩样放置于下承载板中央，依据试验设计要求开启可控流量计控制淋浴板开始工作，实现淋浴循环；千分表通过数据传输线与计算机test软件系统对接进行轴向位移变化的实时监测，同时通过计算机test软件系统向伺服控制器发送应力加载命令，直至岩样破坏完成实验。本发明具有操作简单、效率高、结果可靠、可根据实验要求进行操作的特点。

技术研发人员：方珏静;杨科;吕鑫;池小楼;付强;王于;张寨男
受保护的技术使用者：安徽理工大学
技术研发日：2021.05.18
技术公布日：2021.08.20