温度渗流应力（thm）耦合模拟试验系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型属于岩土体多场耦合作用下的稳定性研究领域，尤其涉及一种适用于岩土体温度一渗流一应力多物理场耦合模拟试验系统。
【背景技术】
[0002]由于国内并未形成了复杂岩土体多场广义親合理论和数值分析方法去研究岩土体多场耦合状态下的物理力学特性，以解决工程岩土体稳定性等问题。已进行的研究工作多是集中于岩土体三场耦合数学模型的理论和数值模拟方面，相关试验研究却很少。
[0003]本试验系统的研制不仅可为THM三场耦合理论研究和数值模拟提供试验上的支持和指导，也可为地下洞室稳定性分析及地热能的有效利用提供有效的试验手段。
【发明内容】
[0004]为了解决上述问题，本实用新型提供了一种温度渗流应力(THM)耦合模拟试验系统及其使用方法，本试验系统以地下洞室周围岩土体为研究对象，通过建立温度一渗流一应力多物理场耦合模拟试验系统，切实模拟地下洞室开挖的工况和岩土体赋存的地质环境。试验步骤切实的反映地下洞室开挖过程、渗流场、和硐室中贮存放射性核废物衰变散热或地热能利用过程产生的循环温度荷载对围岩的影响过程。通过逐步深化研究力学卸载过程对岩土力学性能和水力特性的影响，以及温度荷载对硐室周围岩土体损伤演化规律、渗透性能和热传导性的影响，揭示应力场和渗流场(HM)、应力场和温度场(TM)、渗流场和温度场(TH)之间的相互作用和相互影响情况。
[0005]为了实现以上目的，本实用新型采用的技术方案是:
[0006]—种温度渗流应力耦合模拟试验系统，其特征在于，所述模拟试验系统包括监控主机、三轴压力试验主机、⑶S压力一体积控制仪组，所述三轴压力试验主机包括中心油压通道，所述GDS压力一体积控制仪组包括中心油压回路、外围油压回路、外部水压回路、内部水压回路；所述中心油压回路连接有中心油压通道与热栗控制循环系统；所述外围油压回路一端连接所述三轴压力试验主机上端，另一端连接所述三轴压力试验主机下端；所述外部水压回路、内部水压回路各自一端分别连接所述三轴压力试验主机上端，所述外部水压回路、内部水压回路各自另一端分别连接所述三轴压力试验主机下端。
[0007]优先地，所述模拟试验系统还包括数据采集仪；所述三轴压力试验主机还包括铝制中空厚壁圆柱腔体、土工织物和胶套层、岩土体试样、竖向位移计；所述热栗控制循环系统包括控制阀门1、控制阀门I1、控制阀门II1、控制阀门IV、油栗、恒温控制仪；所述GDS压力一体积控制仪组还包括中心油压控制仪、外围油压控制仪、外部水压控制仪、内部水压控制仪。
[0008]优先地，所述中心油压控制仪、外围油压控制仪、外部水压控制仪、内部水压控制仪分别包括加压装置、螺旋导管、压力控制显示器。
[0009]优先地，所述三轴压力试验主机中的所述土工织物和胶套层包裹岩土体试样，形成内部排出路径和外部排水路径。
[0010]优先地，位于所述三轴压力试验主机上端设有内部水压入口与外部水压入口，分别各自连接所述内部水压回路与外部水压回路的一端。
[0011]优先地所述三轴压力试验主机下端设有内部水压出口与外部水压出口，分别各自连接所述内部水压回路与外部水压回路的另一端。
[0012]优先地，所述中心油压通道环绕在土工织物和胶套层周围，油栗将硅油注入中心油压通道中，并依靠恒温控制仪来控制硅油的温度，以保证对岩土体试样施加既定的温度；所述中心油压通道的注油口位于所述三轴压力试验主机的上端，所述中心油压通道的出油口位于所述三轴压力试验主机的下端。
[0013]优先地，所述中心油压回路一端为所述中心油压通道的注油口，一端连接所述热栗控制循环系统的油栗；外围油压回路连接在所述中心油压通道注油口，一端为所述中心油压通道的出油口。
【附图说明】
[0014]图1为本实用新型所涉及的温度渗流应力(THM)耦合模拟试验系统的结构示意图。
【具体实施方式】
[0015]为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细描述。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
[0016]相反，本实用新型涵盖任何由权利要求定义的在本实用新型的精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。进一步，为了使公众对本实用新型有更好的了解，在下文对本实用新型的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本实用新型。
[0017]本实用新型涉及一种温度渗流应力(??Μ)耦合模拟试验系统，如图1所示为该温度渗流应力(THM)耦合模拟试验系统的结构示意图，主要有监控主机17、三轴压力试验主机、热栗控制循环系统1、GDS压力-体积控制仪组(GDS为标准压力/体积控制器)、数据采集仪19组成。
[0018]所述三轴压力试验主机包括铝制中空厚壁圆柱腔体2、土工织物和胶套层4、岩土体试样3、中心油压通道18、LVDT竖向位移计22 (LVDT是Linear Variable DifferentialTransformer的缩写，意思为线性可变差动变压器，属于直线位移传感器。)；所述热栗控制循环系统I包括控制阀门I 7、控制阀门II 8、控制阀门III20、控制阀门IV21、油栗6、恒温控制仪5 ;所述GDS压力-体积控制仪组包括中心油压控制仪16、外围油压控制仪15、外部水压控制仪13、内部水压控制仪12，各个控制仪分别包括加压装置23、螺旋导管25、压力控制显示器24，中心油压控制仪16控制中心油压回路12，外围油压控制仪15控制外围油压回路11，外部水压控制仪13控制外部水压回路10，内部水压控制仪12控制内部水压回路9。
[0019]所述中心油压回路12 —端为所述中心油压通道18的注油口，一端连接所述热栗控制循环系统I的油栗6 ;外围油压回路11连接在所述中心油压通道18注油口，一端为所述中心油压通道18的出油口。
[0020]对热栗控制循环系统I中所述三轴压力试验主机内部有内部排水路径与外部排水路径，是通过所述土工织物和胶套层4包裹岩土体试样3形成，位于所述土工织物和胶套层4上方设有内部水压入口与外部水压入口，底部设有内部水压出口与外部水压出口，所述内部水压回路9 一端连接内部水压入口，一端连接内部水压出口 ；所述外部水压回路10一端连接外部水压入口，一端连接外部水压出口 ；通过内部水压回路9与外部水压回路10调节所述岩土体试样3周围的应力与压强以及用于计算渗透系数。
[0021]所述，油栗6将硅油注入中心油压通道18中，所述中心油压通道18环绕在土工织物和胶套层4周围，所述中心油压通道18注油口位于所述控制阀门III 20与控制阀门IV 21之间，将三轴压力试验主机、热栗控制循环系统I连接起来，通过对所述中心油压通道18注油用于岩土体试样3施加温度载荷，并依靠恒温控制仪5来控制硅油的温度，以保证对岩土体试样3施加既定的温度；施加温度载荷时，需要将控制阀门I 7、控制阀门III 20打开，将控制阀门II 8、控制阀门IV 21关闭。
[0022]试验过程中，所述三轴压力试验主机设备由所述监控主机17控制，通过X-ray扫描技术对所述岩土体试样3进行扫描来观测岩土体s试样的损伤，所述数据采集仪19采集岩土体试样3中的力学参数、水力参数、温度参数。所述监控主机17与数据采集仪19为外
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置装置。
【主权项】
1.一种温度渗流应力耦合模拟试验系统，其特征在于，所述模拟试验系统包括监控主机、三轴压力试验主机、GDS压力一体积控制仪组，所述三轴压力试验主机包括中心油压通道，所述GDS压力一体积控制仪组包括中心油压回路、外围油压回路、外部水压回路、内部水压回路； 所述中心油压回路连接有中心油压通道与热栗控制循环系统； 所述外围油压回路一端连接所述三轴压力试验主机上端，另一端连接所述三轴压力试验主机下端； 所述外部水压回路、内部水压回路各自一端分别连接所述三轴压力试验主机上端，所述外部水压回路、内部水压回路各自另一端分别连接所述三轴压力试验主机下端。2.根据权利要求1所述的模拟试验系统，其特征在于， 所述模拟试验系统还包括扫描仪、数据采集仪；所述三轴压力试验主机还包括铝制中空厚壁圆柱腔体、土工织物和胶套层、岩土体试样、竖向位移计；所述热栗控制循环系统包括控制阀门1、控制阀门I1、控制阀门II1、控制阀门IV、油栗、恒温控制仪； 所述GDS压力一体积控制仪组还包括中心油压控制仪、外围油压控制仪、外部水压控制仪、内部水压控制仪。3.根据权利要求2所述的模拟试验系统，其特征在于，所述中心油压控制仪、外围油压控制仪、外部水压控制仪、内部水压控制仪分别包括加压装置、螺旋导管、压力控制显示器。4.根据权利要求3所述的模拟试验系统，其特征在于，所述三轴压力试验主机中的所述土工织物和胶套层包裹岩土体试样，形成内部排出路径和外部排水路径。5.根据权利要求4所述的模拟试验系统，其特征在于，位于所述三轴压力试验主机上端设有内部水压入口与外部水压入口，分别各自连接所述内部水压回路与外部水压回路的一端；所述三轴压力试验主机下端设有内部水压出口与外部水压出口，分别各自连接所述内部水压回路与外部水压回路的另一端。6.根据权利要求5所述的模拟试验系统，其特征在于，所述中心油压通道环绕在土工织物和胶套层周围，油栗将硅油注入中心油压通道中，并依靠恒温控制仪来控制硅油的温度，以保证对岩土体试样施加既定的温度。7.根据权利要求6所述的模拟试验系统，其特征在于，所述中心油压通道的注油口位于所述三轴压力试验主机的上端，所述中心油压通道的出油口位于所述三轴压力试验主机的下端。8.根据权利要求7所述的模拟试验系统，其特征在于，所述中心油压回路一端为所述中心油压通道的注油口，一端连接所述热栗控制循环系统的油栗；外围油压回路连接在所述中心油压通道注油口，一端为所述中心油压通道的出油口。
【专利摘要】本实用新型属于岩土体多场耦合作用下的稳定性研究领域，尤其涉及一种适用于岩土体温度—渗流—应力多物理场耦合模拟试验系统；温度渗流应力（THM）耦合模拟试验系统主要有监控主机、三轴压力试验主机、热泵控制循环系统、GDS压力-体积控制仪组、数据采集仪组成。
【IPC分类】G01N15/08, G01N3/18
【公开号】CN204831939
【申请号】CN201520196292
【发明人】由爽, 纪洪广, 程晓辉, 曹杨, 高宇
【申请人】北京科技大学
【公开日】2015年12月2日
【申请日】2015年4月2日