实时高温真三轴试验系统的研制与应用

摘要：

高温和应力耦合下的岩石力学特性是深部资源开发研究热点之一,自主研制实时高温真三轴试验系统,该系统主要由以下3个子系统构成:全刚性力学加载系统、高温温控系统和伺服控制与数据采集系统.该系统可真实模拟岩石在深部地层中温度应力场耦合环境,采用50 mm×50 mm× 100 mm的标准岩石试样最高可在460℃(岩样表面温度)温度下进行单轴、常规三轴、真三轴、蠕变与循环加卸载等多种应力路径试验;3个方向(σ1,σ2,σ3)独立加载控制,其中σ1方向最大输出应力为1 000 MPa,σ2与σ3方向最大输出应力为200 MPa;高温温度控制系统由六回路可拆卸式柔性加热组件与气凝胶保温套组成,采用温控箱对每一回路进行单独温度监控,实现对岩样的实时加热和监控;热塑模具钢和水冷循环系统可保证高温下试验系统的整体刚度与工作稳定性,高精度闭环伺服控制系统和磁制位移传感器,可在实时高温下实现多种应力路径试验中3个方向位移与压力的精准伺服监测.通过对比实时高温真三轴试验系统与常规三轴试验系统的试验结果,验证实时高温真三轴试验系统的准确性和稳定性.然后,进行花岗岩实时高温真三轴试验,研究温度和中间主应力(σ2)对花岗岩的力学性质的影响,400℃高温对花岗岩的强度和弹性模量具有增强作用,中间主应力(σ2)对400℃高温下花岗岩的强度和峰值应变有增加作用,对室温(RT)下花岗岩的强度有增强作用和第三主应力方向峰值应变(εp3)有减小作用.相关研究结果可为干热岩资源的开发利用、核废料处置库建设以及深部岩体工程提供理论和技术支持.

关键词：岩石力学、实时高温真三轴、温度应力耦合、花岗岩、高温、中间主应力

所属期刊栏目：38

分类号：TU45(土力学、地基基础工程)

资助基金：国家重点研发计划;国家自然科学基金;国家科技重大专项

在线出版日期：2019-09-04（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共10页

页码：1605-1614