技術領域

本發明涉及深部巖體工程技術測試領域，更具體地說它是一種可測試巖石導熱系數的真三軸試驗方法。

背景技術

導熱系數是巖石的重要熱力學參數；在地下核廢料處置、地熱、天然氣、頁巖氣儲存等工程中，經常需要對巖石的導熱系數進行測試，人們日益認識到巖石的導熱系數對巖體工程多場耦合問題研究的重要性；實際工程中巖石處于復雜的地質環境，受到各種外來荷載作用，其應力狀態及內部損傷對巖石的導熱性有著重要的影響。

目前，對巖石導熱系數的研究處在一般水平(巖石力學試驗與導熱系數的測試分開進行、巖石導熱系數的常規三軸試驗裝置)，并不能準確反應巖石在真實受荷狀態下的導熱系數；隨著我國地下工程技術的高速發展，對巖體工程的規范要求也越來越嚴格；因此，現急需一種操作容易，測量精準度高的測試巖石導熱系數的真三軸試驗方法。

發明內容

本發明的目的是提供一種可測試巖石導熱系數的真三軸試驗方法，操作容易，精準度高，能準確地反映巖石在實際工程中的真實受力情況。

為了實現上述目的，本發明的技術方案為：一種可測試巖石導熱系數的真三軸試驗方法，其特征在于：包括如下步驟：

步驟1：制備巖石試樣；

步驟2：在巖石試樣底部設置沿軸向向上延伸的安裝孔；在巖石試樣側面貼應變片；

步驟3：將熱探針置于巖石試樣的中心孔中，熱探針的數據線從扁槽內引出，與側面應變片數據線一起通過排線通道與數據控制及采集系統相連；

步驟4：用橡膠套套上巖石試樣及上壓頭下端和第一臺階，并用箍緊環卡緊；

步驟5：將垂直加載活塞放在上座內，將上座連同圍壓室放置于底座上，并用螺桿連接；左軸桿、右軸桿分別與σ2方向加載系統連接并穿過圍壓室側壁、且位于所述水平壓頭側方；

步驟6：輸油管道與液壓伺服泵連接，試驗開始前關閉排氣通道、輸油管道；

步驟7：加載水平方向力σ2：先通過旋轉手輪推動手動加載部分，使右軸桿左進與水平壓頭貼近；然后再操作泵動加載部分，使左進桿右進與水平壓頭貼近，對巖石試樣施加水平方向力σ2至設定值；

步驟:8：加載水平方向力σ3：打開排氣通道和輸油管道，通過液壓伺服泵向輸油管道輸送液壓油，直至液壓油流出排氣通道時，關閉排氣通道，加載水平方向力σ3至設定值；

步驟9：加載軸向方向力σ1：通過軸向加載系統對垂直加載活塞施加垂直方向的力，使之作用在上壓頭上，進而作用在巖石試樣上，對巖石試樣施加軸向方向力σ1至設定值；

步驟10：當需要測定巖石試樣導熱系數時，停止加載，保持一定的應力狀態，通過熱探針測試巖石試樣導熱系數；

步驟11：導熱系數通過數據控制及采集系統輸出；

步驟12：試驗結束時，依次卸掉三相應力σ1、σ2、σ3；

步驟13：移開σ1方向加載系統，σ2方向加載系統，取出上座與圍壓室，拆除巖石試樣，取出熱探針。

在上述技術方案中，所述巖石試樣為正方形底面的矩形體。以便更加精準地描述巖體在實際工程環境中的受荷狀態。

在上述技術方案中，上壓頭的底面為正方形、且與所述巖石試樣的底面尺寸相同。

在上述技術方案中，水平壓頭側面與所述巖石試樣的側面尺寸相同。減少因接觸面不同引起的應力面積換算。

在上述技術方案中，所述巖石試樣外部包裹有橡膠套，所述橡膠套下端、上端分別套裝在第一臺階頂部、上壓頭下方；所述橡膠套上下兩端分別設置有箍緊環。防止液壓油進入巖石試樣和安裝孔中。

在上述技術方案中，上壓頭、所述巖石試樣與第一臺階為同徑設置。使箍緊環將橡膠套裝套緊密。

一種可測試巖石導熱系數的真三軸試驗裝置，包括σ1方向加載系統、σ2方向加載系統、σ3方向加載系統；所述σ1方向加載系統包括垂直加載活塞、上壓頭；所述σ2方向加載系統包括泵動加載部分、手動加載部分；所述σ3方向加載系統包括輸油管道；所述垂直加載活塞設置于所述上壓頭正上方，巖石試樣上端設置有所述上壓頭、下端設置有底座、左右兩端分別設置有水平壓頭；

所述泵動加載部分右連接于左軸桿左端，所述左軸桿穿過圍壓室側壁、且位于所述水平壓頭側方；所述手動加載部分左連接于右軸桿右端，所述右軸桿穿過圍壓室側壁、且位于所述水平壓頭側方；

所述垂直加載活塞位于上座內，所述垂直加載活塞上部橫向兩端與所述上座內壁滑動連接、且下部軸向向下伸出上座底端出口；圍壓室上、下兩端分別通過螺桿連接所述上座、所述底座，所述底座設置有端口；