CN109916740A - 温度水耦合作用岩体结构面三轴剪切蠕变实验装置与方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及岩体力学技术领域，具体为温度水耦合作用岩体结构面三轴剪切蠕变实验装置与方法。目的是为了解决准确模拟深部岩体结构面所处的高温、高地应力、高渗透压以及强烈开采扰动的“三高一扰动”多场耦合复杂力学环境问题。本发明包括包括温控系统和密闭实验釜，所述温控系统的加热装置设置在密闭实验釜的外壁。本发明可简便实现实验室内模拟深部岩体结构面所处的“三高一扰动”多场耦合作用复杂力学环境；本发明通过所述温控系统可以实现深部岩体结构面所处的地温环境，并通过设定不同温度可实现不同深度的地温环境。
Description
技术领域
本发明涉及岩体力学技术领域，具体为温度水耦合作用岩体结构面三轴剪切蠕变实验装置与方法。
背景技术
国家经济建设的突飞猛进对资源和能源提出了严峻的挑战，迫使资源和能源的开采逐渐由浅部向深部过渡。深部岩体处于高地应力、高温、高渗透压以及强烈开采扰动的“三高一扰动”多场耦合作用复杂力学环境中，该复杂力学环境将造成岩体的强度、变形以及破坏模式等力学行为较浅部岩体发生显著的变化，如破坏模式发生脆-延变化、冲击破坏倾向增强、大变形以及明显的变形流变时间效应。深部岩体力学行为的显著变化，将引起深部灾害呈现出与浅部灾害不同的新特征，进而导致围绕浅部岩体力学行为而建立的理论、方法和技术部分或全部失效。因此，近二十年来，深部岩体岩石力学问题一直是国内外学者的研究热点。深部岩体作为完整岩石连续介质集合体的离散介质，完整岩石连续介质需通过结构面非连续特征而发生相互作用，深部岩体的力学行为很大程度上取决于结构面的力学行为，而结构面的力学行为在很大程度上取决于其表面形貌特征。在“三高一扰动”多场耦合作用下深部岩体工程曾发生多起结构面蠕变失稳灾害并带来了巨大的翻修费用。为此，大力开展温度、水耦合作用下深部岩体结构面的剪切蠕变力学行为研究势在必行。
准确模拟深部岩体结构面“三高一扰动”多场耦合作用的复杂力学环境是开展深部岩体结构面在温度、水耦合作用下剪切蠕变力学行为研究的基础。目前，关于深部岩体结构面剪切蠕变的实验中，大部分仅是单独考虑温度、水和应力因素对其蠕变力学行为的影响作用，几乎不涉及热-水-力耦合作用下深部岩体结构面三轴剪切蠕变力学行为研究。为全面认识深部岩体结构面蠕变力学行为，研制一种温度-水耦合作用下深部岩体结构面三轴剪切蠕变实验装置和方法具有重要的工程意义。
发明内容
本发明的目的在于提供温度水耦合作用岩体结构面三轴剪切蠕变实验装置与方法，以解决上述背景技术中提出的准确模拟深部岩体结构面所处的高温、高地应力、高渗透压以及强烈开采扰动的“三高一扰动”多场耦合复杂力学环境问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
温度水耦合作用岩体结构面三轴剪切蠕变实验装置，包括温控系统和密闭实验釜，所述温控系统的加热装置设置在密闭实验釜的外壁，且使温控系统的加热装置的温度传感器设置在密闭实验釜的测温槽内。
进一步，所述温控系统由温控仪、温度传感器、固态继电器和加热装置组成，所述温控仪输出端的一个端子与24V直流电源的负极连接，温控仪输出端的另一个端子与固态继电器控制端的负端子连接，固态继电器控制端的正端子与24V直流电源的正极连接，所述固态继电器输出端的一个端子接零线，固态继电器输出端的另一个端子与加热装置电阻丝的输入端连接，加热装置的电阻丝输出端与火线连接，所述温度传感器与温控仪的温度传感器端子连接，通过所述温控系统可以实现深部岩体结构面所处的地温环境，并通过设定不同温度可实现不同深度的地温环境。
再进一步，所述加热装置包括两个绝缘材料包裹的环形圈、多个陶瓷柱和电阻丝，所述两个绝缘材料包裹的环形圈通过多个陶瓷柱连接成圆柱形，所述电阻丝缠绕在多个陶瓷柱上。通过所述加热装置的结构设计，可方便实现对密闭实验釜的加热。
更进一步，所述绝缘材料包裹的环形圈可以为一体成型或者由多个弧形块拼接而成。
更进一步，所述绝缘材料包裹的环形圈的包裹层为塑料或石棉，这样可避免电路短路情况发生。
更进一步，所述密闭实验釜由釜体、底盖、顶盖和传压柱组成；所述釜体为中空桶状结构，所述底盖和顶盖分别可拆卸的设置在釜体的底端和顶端，在所述釜体下部的一侧设有测温槽，用于放置温度传感器，以便测试釜体的温度，在所述釜体中下部的另一侧设有与釜体内部相通的排液管，在所述釜体的上部的外侧设有与釜体内部相通的排气管，在所述顶盖的中心设有贯穿的通孔，所述传压柱插装在通孔中，用于对岩样进行预紧。通过所述釜体结构设计，可实现深部岩体结构面所处的三轴应力状态。
更进一步，在所述釜体内壁的上部和下部与底盖和顶盖相接触的位置设有密封圈凹槽Ⅰ，在所述通孔内壁的下部设有密封圈凹槽Ⅱ，用于安装密封圈，以便于实现釜体密封，防止釜体内液体流失而造成围压改变。
更进一步，在所述传压柱的内部设有“匚”形的引线槽且引线槽的两个引线口位于传压柱的外侧面，这样可方便引出不同类型传感器连接线至釜体外侧，实现不同物理量的测量。
更进一步，所述底盖、顶盖与釜体通过螺纹连接，更好的拆卸与组装。
温度水耦合作用岩体结构面三轴剪切蠕变实验的方法，其特征在于：包括不同地温、干燥和饱水两种含水条件的岩体结构面三轴剪切蠕变实验方法和不同地温、干湿循环条件下岩体结构面单轴剪切蠕变实验方法。
进一步，所述不同地温、干燥和饱水两种含水条件的岩体结构面三轴剪切蠕变实验方法包括步骤如下：
1)采用巴西劈裂实验沿不同地温的干燥或饱水岩样高度方向预制贯通结构面，之后沿相对方向切除结构面两侧岩样相同长度的半圆柱体，并用硅胶填补，再对岩样进行泡水处理，之后用橡胶套密封岩样；
2)将处理好的岩样置于密闭实验釜内的底盖上，通过传压柱预紧，传压柱与岩样接触位置由橡胶套密封，并将声发射传感器布置在橡胶套外侧，接线通过传压柱内部设有的“匚”形引线槽的引线口引出；
3)利用手动泵通过排液管向密闭实验釜内注入预热50℃-90℃的液压油，使围压达到0.5MPa-3MPa；
4)将温控系统的加热装置套在密闭实验釜的釜体外壁并将温度传感器放入测温槽内，接通温控系统，设置目标温度50℃-90℃进行控温，对密闭实验釜预热升温至目标温度；
5)采用分级增量单调加载方式进行深部岩体结构面三轴剪切蠕变实验。
进一步，所述不同地温、干湿循环条件下岩体结构面单轴剪切蠕变实验方法包括步骤如下：
1)对不同地温、干燥岩样进行三点弯曲实验预制与水平方向成45°夹角的斜结构面，并对岩样进行泡水处理，除了结构面触水宽度范围内岩块表面裸漏外，高度方向的其他部位均采取密封操作；
2)将处理好的岩样置于密闭实验釜的底盖上，通过传压柱预紧，传压柱与岩样接触部位的外柱面裹胶体和橡皮套密封，并在包裹岩样的橡皮套上安设位移引伸计与声发射传感器；
3)关闭排液管排液阀门，打开排气管排气阀门，从顶部向密闭实验釜的釜体注入温度为50℃-90℃的纯水且纯水的高度可以淹没岩样，并将排气管放入盛水的水桶内；
4)将温控系统的加热装置套在密闭实验釜的釜体外壁并将温度传感器放入测温槽内，接通温控系统，设置目标温度50℃-90℃进行控温，对密闭实验釜预热升温至目标温度；
5)采用分级增量单调加载方式进行剪切蠕变实验；
6)不同应力水平剪切蠕变时，打开排液管排液阀门放水，通过温控系统的温控装置对岩样加热1小时-2小时实现干燥，之后通过排液管向密闭实验釜的釜体内注入温度为50℃-90℃的纯水且纯水的高度可以淹没岩样，实现单次干湿循环。通过上述不同温度下干燥和饱水条件、以及干湿循环实验操作步骤可实现温度-水耦合作用下深部岩体结构面剪切蠕变实验研究。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1.本发明可简便实现实验室内模拟深部岩体结构面所处的“三高一扰动”多场耦合作用复杂力学环境。
2.本发明所述绝缘材料包裹的环形圈的包裹层为塑料或石棉，这样可避免电路短路情况的发生。
3.本发明在所述釜体内壁的上部和下部与底盖和顶盖相接触的位置设有密封圈凹槽Ⅰ，在所述通孔内壁的下部设有密封圈凹槽Ⅱ，用于安装密封圈，以便于实现釜体密封，防止釜体内液体流失而造成围压改变。
4.在所述传压柱的内部设有“匚”形的引线槽且引线槽的两个引线口位于传压柱的外侧面，这样可方便引出不同类型传感器连接线至釜体外侧，实现不同物理量的测量。
5.本发明通过所述温控系统可以实现深部岩体结构面所处的地温环境，并通过设定不同温度可实现不同深度的地温环境。
附图说明
图1为本发明结构示意图；
图2为本发明温控系统控温原理图；
图3为本发明加热装置绝缘材料包裹的环形圈为一体的结构示意图；
图4为本发明加热装置绝缘材料包裹的环形圈为两个的结构示意图；
图5为本发明密闭实验釜的结构示意图；
图6为本发明釜体的三维图；
图7为本发明釜体的断面图；
图8为本发明釜体的主视图；
图9为本发明顶盖的断面图；
图10为本发明传压柱的断面图；
图11为本发明不同地温、干燥和饱水两种含水条件实验前对岩样的预紧图；
图12为本发明不同地温、干湿循环条件实验前对岩样的预紧图；
图中：11-温控仪、12-温度传感器、13-固态继电器、14-加热圈、141-圆形钢板、142-多个陶瓷柱、143-电阻丝、2-密闭实验釜、21-釜体、22-底盖、23-顶盖、24-传压柱、241-引线槽、201-测温槽、202-排液管、203排气管、204-通孔、205密封圈凹槽Ⅰ、206-密封圈凹槽Ⅱ。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
请参阅图1-2、图5-6，温度水耦合作用岩体结构面三轴剪切蠕变实验装置，包括温控系统和密闭实验釜2，所述温控系统的加热装置14设置在密闭实验釜2的外壁，且使温控系统的加热装置14的温度传感器12设置在密闭实验釜2的测温槽201内。
所述温控系统由温控仪11、温度传感器12、固态继电器13和加热装置14组成，所述温控仪11输出端的一个端子与24V直流电源的负极连接，温控仪11输出端的另一个端子与固态继电器13控制端的负端子连接，固态继电器13控制端的正端子与24V直流电源的正极连接，所述固态继电器13输出端的一个端子接零线，固态继电器13输出端的另一个端子与加热装置14电阻丝143的输入端连接，加热装置14的电阻丝143输出端与火线连接，所述温度传感器12与温控仪11的温度传感器端子连接。
所述加热装置14包括两个绝缘材料包裹的环形圈141、多个陶瓷柱142和电阻丝143，所述两个绝缘材料包裹的环形圈141通过多个陶瓷柱142连接成圆柱形，所述电阻丝143缠绕在多个陶瓷柱142上。
所述绝缘材料包裹的环形圈141可以为一体成型或者由多个弧形块拼接而成。
所述绝缘材料包裹的环形圈141的包裹层为塑料。
所述密闭实验釜2由釜体21、底盖22、顶盖23和传压柱24组成；所述釜体21为中空桶状结构，所述底盖22和顶盖23分别可拆卸的设置在釜体21的底端和顶端，在所述釜体21下部的一侧设有测温槽201，用于放置温度传感器12，以便测试釜体21的温度，在所述釜体21中下部的另一侧设有与釜体21内部相通的排液管202，在所述釜体21的上部的外侧设有与釜体21内部相通的排气管203，在所述顶盖23的中心设有贯穿的通孔204，所述传压柱24插装在通孔204中，用于对岩样进行预紧。
在所述釜体21内壁的上部和下部与底盖22和顶盖23相接触的位置设有密封圈凹槽Ⅰ205，在所述通孔204内壁的下部设有密封圈凹槽Ⅱ206，用于安装密封圈。
在所述传压柱24的内部设有“匚”形的引线槽241且引线槽241的两个引线口位于传压柱3的外侧面。
所述底盖22、顶盖23与釜体21通过螺纹连接。
温度水耦合作用岩体结构面三轴剪切蠕变实验的方法，包括不同地温、干燥和饱水两种含水条件的岩体结构面三轴剪切蠕变实验方法和不同地温、干湿循环条件下岩体结构面单轴剪切蠕变实验方法。
所述不同地温、干燥和饱水两种含水条件的岩体结构面三轴剪切蠕变实验方法包括步骤如下：
1)采用巴西劈裂实验沿不同地温的干燥或饱水岩样高度方向预制贯通结构面，之后沿相对方向切除结构面两侧岩样相同长度的半圆柱体，并用硅胶填补，再对岩样进行泡水处理，之后用橡胶套密封岩样；
2)将处理好的岩样置于密闭实验釜2内的底盖上，通过传压柱24预紧，传压柱24与岩样接触位置由橡胶套密封，并将声发射传感器布置在橡胶套外侧，接线通过传压柱24内部设有的“匚”形引线槽241的引线口引出；
3)利用手动泵通过排液管202向密闭实验釜2内注入预热50℃的液压油，使围压达到0.5MPa；
4)将温控系统的加热装置14套在密闭实验釜2的釜体21外壁并将温度传感器12放入测温槽201内，接通温控系统，设置目标温度50℃进行控温，对密闭实验釜2预热升温至目标温度；
5)采用分级增量单调加载方式进行深部岩体结构面三轴剪切蠕变实验。
所述不同地温、干湿循环条件下岩体结构面单轴剪切蠕变实验方法包括步骤如下：
1)对不同地温、干燥岩样进行三点弯曲实验预制与水平方向成45°夹角的斜结构面，并对岩样进行泡水处理，除了结构面触水宽度范围内岩块表面裸漏外，高度方向的其他部位均采取密封操作；
2)将处理好的岩样置于密闭实验釜2的底盖22上，通过传压柱24预紧，传压柱24与岩样接触部位的外柱面裹胶体和橡皮套密封，并在包裹岩样的橡皮套上安设位移引伸计与声发射传感器；
3)关闭排液管202排液阀门，打开排气管203排气阀门，从顶部向密闭实验釜2的釜体21注入温度为50℃的纯水且纯水的高度可以淹没岩样，并将排气管203放入盛水的水桶内；
4)将温控系统的加热装置14套在密闭实验釜2的釜体21外壁并将温度传感器12放入测温槽201内，接通温控系统，设置目标温度50℃进行控温，对密闭实验釜2预热升温至目标温度；
5)采用分级增量单调加载方式进行剪切蠕变实验；
6)不同应力水平剪切蠕变时，打开排液管202排液阀门放水，通过温控系统的温控装置14对岩样加热1小时实现干燥，之后通过排液管202向密闭实验釜2的釜体21内注入温度为50℃的纯水且纯水的高度可以淹没岩样，实现单次干湿循环。
实施例2
请参阅图1-2、图5-6，温度水耦合作用岩体结构面三轴剪切蠕变实验装置，包括温控系统和密闭实验釜2，所述温控系统的加热装置14设置在密闭实验釜2的外壁，且使温控系统的加热装置14的温度传感器12设置在密闭实验釜2的测温槽201内。
所述温控系统由温控仪11、温度传感器12、固态继电器13和加热装置14组成，所述温控仪11输出端的一个端子与24V直流电源的负极连接，温控仪11输出端的另一个端子与固态继电器13控制端的负端子连接，固态继电器13控制端的正端子与24V直流电源的正极连接，所述固态继电器13输出端的一个端子接零线，固态继电器13输出端的另一个端子与加热装置14电阻丝143的输入端连接，加热装置14的电阻丝143输出端与火线连接，所述温度传感器12与温控仪11的温度传感器端子连接。
所述加热装置14包括两个绝缘材料包裹的环形圈141、多个陶瓷柱142和电阻丝143，所述两个绝缘材料包裹的环形圈141通过多个陶瓷柱142连接成圆柱形，所述电阻丝143缠绕在多个陶瓷柱142上。
所述绝缘材料包裹的环形圈141可以为一体成型或者由多个弧形块拼接而成。
所述绝缘材料包裹的环形圈141的包裹层为石棉。
所述密闭实验釜2由釜体21、底盖22、顶盖23和传压柱24组成；所述釜体21为中空桶状结构，所述底盖22和顶盖23分别可拆卸的设置在釜体21的底端和顶端，在所述釜体21下部的一侧设有测温槽201，用于放置温度传感器12，以便测试釜体21的温度，在所述釜体21中下部的另一侧设有与釜体21内部相通的排液管202，在所述釜体21的上部的外侧设有与釜体21内部相通的排气管203，在所述顶盖23的中心设有贯穿的通孔204，所述传压柱24插装在通孔204中，用于对岩样进行预紧。
在所述釜体21内壁的上部和下部与底盖22和顶盖23相接触的位置设有密封圈凹槽Ⅰ205，在所述通孔204内壁的下部设有密封圈凹槽Ⅱ206，用于安装密封圈。
在所述传压柱24的内部设有“匚”形的引线槽241且引线槽241的两个引线口位于传压柱3的外侧面。
所述底盖22、顶盖23与釜体21通过螺纹连接。
温度水耦合作用岩体结构面三轴剪切蠕变实验的方法，包括不同地温、干燥和饱水两种含水条件的岩体结构面三轴剪切蠕变实验方法和不同地温、干湿循环条件下岩体结构面单轴剪切蠕变实验方法。
所述不同地温、干燥和饱水两种含水条件的岩体结构面三轴剪切蠕变实验方法包括步骤如下：
1)采用巴西劈裂实验沿不同地温的干燥或饱水岩样高度方向预制贯通结构面，之后沿相对方向切除结构面两侧岩样相同长度的半圆柱体，并用硅胶填补，再对岩样进行泡水处理，之后用橡胶套密封岩样；
2)将处理好的岩样置于密闭实验釜2内的底盖上，通过传压柱24预紧，传压柱24与岩样接触位置由橡胶套密封，并将声发射传感器布置在橡胶套外侧，接线通过传压柱24内部设有的“匚”形引线槽241的引线口引出；
3)利用手动泵通过排液管202向密闭实验釜2内注入预热70℃的液压油，使围压达到1.5MPa；
4)将温控系统的加热装置14套在密闭实验釜2的釜体21外壁并将温度传感器12放入测温槽201内，接通温控系统，设置目标温度70℃进行控温，对密闭实验釜2预热升温至目标温度；
5)采用分级增量单调加载方式进行深部岩体结构面三轴剪切蠕变实验。
所述不同地温、干湿循环条件下岩体结构面单轴剪切蠕变实验方法包括步骤如下：
1)对不同地温、干燥岩样进行三点弯曲实验预制与水平方向成45°夹角的斜结构面，并对岩样进行泡水处理，除了结构面触水宽度范围内岩块表面裸漏外，高度方向的其他部位均采取密封操作；
2)将处理好的岩样置于密闭实验釜2的底盖22上，通过传压柱24预紧，传压柱24与岩样接触部位的外柱面裹胶体和橡皮套密封，并在包裹岩样的橡皮套上安设位移引伸计与声发射传感器；
3)关闭排液管202排液阀门，打开排气管203排气阀门，从顶部向密闭实验釜2的釜体21注入温度为70℃的纯水且纯水的高度可以淹没岩样，并将排气管203放入盛水的水桶内；
4)将温控系统的加热装置14套在密闭实验釜2的釜体21外壁并将温度传感器12放入测温槽201内，接通温控系统，设置目标温度70℃进行控温，对密闭实验釜2预热升温至目标温度；
5)采用分级增量单调加载方式进行剪切蠕变实验；
6)不同应力水平剪切蠕变时，打开排液管202排液阀门放水，通过温控系统的温控装置14对岩样加热2小时实现干燥，之后通过排液管202向密闭实验釜2的釜体21内注入温度为70℃的纯水且纯水的高度可以淹没岩样，实现单次干湿循环。
实施例3
请参阅图1-2、图5-6，温度水耦合作用岩体结构面三轴剪切蠕变实验装置，包括温控系统和密闭实验釜2，所述温控系统的加热装置14设置在密闭实验釜2的外壁，且使温控系统的加热装置14的温度传感器12设置在密闭实验釜2的测温槽201内。
所述温控系统由温控仪11、温度传感器12、固态继电器13和加热装置14组成，所述温控仪11输出端的一个端子与24V直流电源的负极连接，温控仪11输出端的另一个端子与固态继电器13控制端的负端子连接，固态继电器13控制端的正端子与24V直流电源的正极连接，所述固态继电器13输出端的一个端子接零线，固态继电器13输出端的另一个端子与加热装置14电阻丝143的输入端连接，加热装置14的电阻丝143输出端与火线连接，所述温度传感器12与温控仪11的温度传感器端子连接。
所述加热装置14包括两个绝缘材料包裹的环形圈141、多个陶瓷柱142和电阻丝143，所述两个绝缘材料包裹的环形圈141通过多个陶瓷柱142连接成圆柱形，所述电阻丝143缠绕在多个陶瓷柱142上。
所述绝缘材料包裹的环形圈141可以为一体成型或者由多个弧形块拼接而成。
所述绝缘材料包裹的环形圈141的包裹层为石棉。
所述密闭实验釜2由釜体21、底盖22、顶盖23和传压柱24组成；所述釜体21为中空桶状结构，所述底盖22和顶盖23分别可拆卸的设置在釜体21的底端和顶端，在所述釜体21下部的一侧设有测温槽201，用于放置温度传感器12，以便测试釜体21的温度，在所述釜体21中下部的另一侧设有与釜体21内部相通的排液管202，在所述釜体21的上部的外侧设有与釜体21内部相通的排气管203，在所述顶盖23的中心设有贯穿的通孔204，所述传压柱24插装在通孔204中，用于对岩样进行预紧。
在所述釜体21内壁的上部和下部与底盖22和顶盖23相接触的位置设有密封圈凹槽Ⅰ205，在所述通孔204内壁的下部设有密封圈凹槽Ⅱ206，用于安装密封圈。
在所述传压柱24的内部设有“匚”形的引线槽241且引线槽241的两个引线口位于传压柱3的外侧面。
所述底盖22、顶盖23与釜体21通过螺纹连接。
温度水耦合作用岩体结构面三轴剪切蠕变实验的方法，包括不同地温、干燥和饱水两种含水条件的岩体结构面三轴剪切蠕变实验方法和不同地温、干湿循环条件下岩体结构面单轴剪切蠕变实验方法。
所述不同地温、干燥和饱水两种含水条件的岩体结构面三轴剪切蠕变实验方法包括步骤如下：
1)采用巴西劈裂实验沿不同地温的干燥或饱水岩样高度方向预制贯通结构面，之后沿相对方向切除结构面两侧岩样相同长度的半圆柱体，并用硅胶填补，再对岩样进行泡水处理，之后用橡胶套密封岩样；
2)将处理好的岩样置于密闭实验釜2内的底盖上，通过传压柱24预紧，传压柱24与岩样接触位置由橡胶套密封，并将声发射传感器布置在橡胶套外侧，接线通过传压柱24内部设有的“匚”形引线槽241的引线口引出；
3)利用手动泵通过排液管202向密闭实验釜2内注入预热90℃的液压油，使围压达到3MPa；
4)将温控系统的加热装置14套在密闭实验釜2的釜体21外壁并将温度传感器12放入测温槽201内，接通温控系统，设置目标温度90℃进行控温，对密闭实验釜2预热升温至目标温度；
5)采用分级增量单调加载方式进行深部岩体结构面三轴剪切蠕变实验。
所述不同地温、干湿循环条件下岩体结构面单轴剪切蠕变实验方法包括步骤如下：
1)对不同地温、干燥岩样进行三点弯曲实验预制与水平方向成45°夹角的斜结构面，并对岩样进行泡水处理，除了结构面触水宽度范围内岩块表面裸漏外，高度方向的其他部位均采取密封操作；
2)将处理好的岩样置于密闭实验釜2的底盖22上，通过传压柱24预紧，传压柱24与岩样接触部位的外柱面裹胶体和橡皮套密封，并在包裹岩样的橡皮套上安设位移引伸计与声发射传感器；
3)关闭排液管202排液阀门，打开排气管203排气阀门，从顶部向密闭实验釜2的釜体21注入温度为90℃的纯水且纯水的高度可以淹没岩样，并将排气管203放入盛水的水桶内；
4)将温控系统的加热装置14套在密闭实验釜2的釜体21外壁并将温度传感器12放入测温槽201内，接通温控系统，设置目标温度90℃进行控温，对密闭实验釜2预热升温至目标温度；
5)采用分级增量单调加载方式进行剪切蠕变实验；
6)不同应力水平剪切蠕变时，打开排液管202排液阀门放水，通过温控系统的温控装置14对岩样加热2小时实现干燥，之后通过排液管202向密闭实验釜2的釜体21内注入温度为90℃的纯水且纯水的高度可以淹没岩样，实现单次干湿循环。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (12)
1.温度水耦合作用岩体结构面三轴剪切蠕变实验装置，其特征在于：包括温控系统和密闭实验釜(2)，所述温控系统的加热装置(14)设置在密闭实验釜(2)的外壁，且使温控系统的加热装置(14)的温度传感器(12)设置在密闭实验釜(2)的测温槽(201)内。
2.根据权利要求1所述的温度水耦合作用岩体结构面三轴剪切蠕变实验装置，其特征在于：所述温控系统由温控仪(11)、温度传感器(12)、固态继电器(13)和加热装置(14)组成，所述温控仪(11)输出端的一个端子与24V直流电源的负极连接，温控仪(11)输出端的另一个端子与固态继电器(13)控制端的负端子连接，固态继电器(13)控制端的正端子与24V直流电源的正极连接，所述固态继电器(13)输出端的一个端子接零线，固态继电器(13)输出端的另一个端子与加热装置(14)电阻丝(143)的输入端连接，加热装置(14)的电阻丝(143)输出端与火线连接，所述温度传感器(12)与温控仪(11)的温度传感器端子连接。
3.根据权利要求2所述的温度水耦合作用岩体结构面三轴剪切蠕变实验装置，其特征在于：所述加热装置(14)包括两个绝缘材料包裹的环形圈(141)、多个陶瓷柱(142)和电阻丝(143)，所述两个绝缘材料包裹的环形圈(141)通过多个陶瓷柱(142)连接成圆柱形，所述电阻丝(143)缠绕在多个陶瓷柱(142)上。
4.根据权利要求3所述的温度水耦合作用岩体结构面三轴剪切蠕变实验装置，其特征在于：所述绝缘材料包裹的环形圈(141)可以为一体成型或者由多个弧形块拼接而成。
5.根据权利要求4所述的温度水耦合作用岩体结构面三轴剪切蠕变实验装置，其特征在于：所述绝缘材料包裹的环形圈(141)的包裹层为塑料或石棉。
6.根据权利要求5所述的温度水耦合作用岩体结构面三轴剪切蠕变实验装置，其特征在于：所述密闭实验釜(2)由釜体(21)、底盖(22)、顶盖(23)和传压柱(24)组成；所述釜体(21)为中空桶状结构，所述底盖(22)和顶盖(23)分别可拆卸的设置在釜体(21)的底端和顶端，在所述釜体(21)下部的一侧设有测温槽(201)，用于放置温度传感器(12)，以便测试釜体(21)的温度，在所述釜体(21)中下部的另一侧设有与釜体(21)内部相通的排液管(202)，在所述釜体(21)的上部的外侧设有与釜体(21)内部相通的排气管(203)，在所述顶盖(23)的中心设有贯穿的通孔(204)，所述传压柱(24)插装在通孔(204)中，用于对岩样进行预紧。
7.根据权利要求6所述的温度水耦合作用岩体结构面三轴剪切蠕变实验装置，其特征在于：在所述釜体(21)内壁的上部和下部与底盖(22)和顶盖(23)相接触的位置设有密封圈凹槽Ⅰ(205)，在所述通孔(204)内壁的下部设有密封圈凹槽Ⅱ(206)，用于安装密封圈。
8.根据权利要求7所述的温度水耦合作用岩体结构面三轴剪切蠕变实验装置，其特征在于：在所述传压柱(24)的内部设有“匚”形的引线槽(241)且引线槽(241)的两个引线口位于传压柱(3)的外侧面。
9.根据权利要求1-8任一项所述的温度水耦合作用岩体结构面三轴剪切蠕变实验装置，其特征在于：所述底盖(22)、顶盖(23)与釜体(21)通过螺纹连接。
10.温度水耦合作用岩体结构面三轴剪切蠕变实验的方法，其特征在于：包括不同地温、干燥和饱水两种含水条件的岩体结构面三轴剪切蠕变实验方法和不同地温、干湿循环条件下岩体结构面单轴剪切蠕变实验方法。
11.根据权利要求10所述的温度水耦合作用岩体结构面三轴剪切蠕变实验的方法，其特征在于：所述不同地温、干燥和饱水两种含水条件的岩体结构面三轴剪切蠕变实验方法包括步骤如下：
1)采用巴西劈裂实验沿不同地温的干燥或饱水岩样高度方向预制贯通结构面，之后沿相对方向切除结构面两侧岩样相同长度的半圆柱体，并用硅胶填补，再对岩样进行泡水处理，之后用橡胶套密封岩样；
2)将处理好的岩样置于密闭实验釜(2)内的底盖上，通过传压柱(24)预紧，传压柱(24)与岩样接触位置由橡胶套密封，并将声发射传感器布置在橡胶套外侧，接线通过传压柱(24)内部设有的“匚”形引线槽(241)的引线口引出；
3)利用手动泵通过排液管(202)向密闭实验釜(2)内注入预热50℃-90℃的液压油，使围压达到0.5MPa-3MPa；
4)将温控系统的加热装置(14)套在密闭实验釜(2)的釜体(21)外壁并将温度传感器(12)放入测温槽(201)内，接通温控系统，设置目标温度50℃-90℃进行控温，对密闭实验釜(2)预热升温至目标温度；
5)采用分级增量单调加载方式进行深部岩体结构面三轴剪切蠕变实验。
12.根据权利要求10所述的温度水耦合作用岩体结构面三轴剪切蠕变实验的方法，其特征在于：所述不同地温、干湿循环条件下岩体结构面单轴剪切蠕变实验方法包括步骤如下：
1)对不同地温、干燥岩样进行三点弯曲实验预制与水平方向成45°夹角的斜结构面，并对岩样进行泡水处理，除了结构面触水宽度范围内岩块表面裸漏外，高度方向的其他部位均采取密封操作；
2)将处理好的岩样置于密闭实验釜(2)的底盖(22)上，通过传压柱(24)预紧，传压柱(24)与岩样接触部位的外柱面裹胶体和橡皮套密封，并在包裹岩样的橡皮套上安设位移引伸计与声发射传感器；
3)关闭排液管(202)排液阀门，打开排气管(203)排气阀门，从顶部向密闭实验釜(2)的釜体(21)注入温度为50℃-90℃的纯水且纯水的高度可以淹没岩样，并将排气管(203)放入盛水的水桶内；
4)将温控系统的加热装置(14)套在密闭实验釜(2)的釜体(21)外壁并将温度传感器(12)放入测温槽(201)内，接通温控系统，设置目标温度50℃-90℃进行控温，对密闭实验釜(2)预热升温至目标温度；
5)采用分级增量单调加载方式进行剪切蠕变实验；
6)不同应力水平剪切蠕变时，打开排液管(202)排液阀门放水，通过温控系统的温控装置(14)对岩样加热1小时-2小时实现干燥，之后通过排液管(202)向密闭实验釜(2)的釜体(21)内注入温度为50℃-90℃的纯水且纯水的高度可以淹没岩样，实现单次干湿循环。
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