一种水热力耦合分析方法、试验仪和试验仪控制系统

本发明属于岩石评估，具体涉及一种水热力耦合分析方法、试验仪和试验仪控制系统。

背景技术：

1、岩石软化损伤指的是岩石在受到损伤后，其力学性质发生变化，表现为力学强度的降低和易于变形。这种变化可能是由于岩石内部结构的破坏或改变，导致岩石在外部荷载作用下更容易发生变形或破裂。岩石软化损伤是一个复杂的过程，涉及到岩石的微观结构和宏观性质的改变，这些变化可能会影响岩石的稳定性和安全性。

2、岩石软化损伤后其承载能力和抗压能力都会变弱，影响地下工程的建设。现有的岩石性能评价仪器中一般仅单独从水、热或力对岩石的影响进行分析研究，但是实际的岩石状态不是仅仅受水、热或力的影响，难以模拟出岩石环境的真实情况。例如地热温泉对岩石的影响，该岩石是同时受到水、热和地内或者人为的力的影响，但是利用当前的仪器进行研究时，只能单独的模拟某一因素对岩石的影响，导致试验分析的结果不可靠。

3、综上，现有的试验仪器存在难以同时模拟出岩石周围水、热和力的环境，导致根据试验结果对岩石的评价不可靠。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种水热力耦合分析方法、试验仪和试验仪控制系统，其设计新颖合理，结构简单，实用性强，便于推广使用。

2、为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

3、一种水热力耦合试验仪，包括有加热器、液压活塞杆、出水口、进水口、反力架和具有上开口的钢化玻璃箱体；

4、所述反力架包括有液压系统、底盘、顶盘和用于连接底盘与顶盘的连接杆；所述连接杆与顶盘通过螺栓可拆卸连接；所述钢化玻璃箱体设置在顶盘与底盘之间；所述液压系统的输出端与液压活塞杆连接，用于驱动液压活塞杆伸缩运动；所述液压活塞杆与装配在钢化玻璃箱体的内部圆盘止回阀固定连接；所述圆盘止回阀活动装配的位置高于进水口和出水口；所述加热器设置在钢化玻璃箱体的底部，所述进水口和出水口分别开设在玻璃箱体的侧面上；所述钢化玻璃箱体设置有用于放置待测岩石样品的摆放架；

5、所述钢化玻璃箱体底部设置有用于检测水温度的温度传感器和用于检测空间压力的压力传感器。

6、进一步地，摆放架包括有多个用于放置待测岩石样品的放置位，所述放置位等间隔设置。

7、进一步地，还包括有压力表和温度表，所述压力表与压力传感器信号连接，用于显示压力数值；所述温度表与温度传感器信号连接，用于显示温度数值。

8、进一步地，加热器采用电阻丝加热器。

9、进一步地，进水口设置有进水阀，用于控制进水口的进水量；所述出水口设置有出水阀，用于控制出水口的出水量。

10、本发明公开了一种水热力耦合试验仪控制系统，该系统用于控制上述的水热力耦合试验仪，该系统包括有加压模块、加热模块、加水模块、检测模块、温度传感器和压强传感器，检测模块分别与温度传感器、压强传感器数据传输连接；

11、所述加压模块用于控制液压活塞杆伸缩运动，以控制待测试样所在空间的压强；所述加热模块用于控制加热器对待测试样进行加热，以控制待测试样所在空间的温度；所述加水模块用于控制进水口和出水口的进水量和出水量，以控制待测试样所在空间的水量；所述检测模块获取温度传感器采集的温度数据、压强传感器获取的压强数据。

12、本发明还公开了一种水热力耦合分析方法，该方法包括有如下步骤：

13、步骤一、将岩石试件放入上述的水热力耦合试验仪中，利用上述的水热力耦合试验仪控制系统控制其按照设定的环境参数进行软化损伤试验；所述环境参数包括有水量、温度和压强；

14、步骤二、观察岩石试件不同时间段的颜色、形状、大小、位置的变化以及是否产生气泡；

15、步骤三、采集不同时间段对应的沉积物，对沉积物进行预处理，对沉积物进行化学组成分析，确定出沉积物的主要矿物成分及其含量、微观形貌和颗粒形态、粒度组成和分布规律；

16、步骤四、采集不同时间段对应的浸泡水，对浸泡水进行分析，确定出浸泡水的ph值、硬度、溶解氧含量、离子成分；

17、步骤五、根据步骤二的观察结果、步骤三和步骤四的分析结果确定对应时间段岩石试件软化损伤程度，得到时间段-环境参数-岩石试件软化损伤程度的关系；依据该关系对待评估岩石进行评估。

18、进一步地，步骤三中化学组成分析的过程：利用x射线衍射仪对沉积物进行晶体结构分析，确定主要矿物成分及其含量；利用扫描电子显微镜对沉积物进行观察，确定沉积物的微观形貌和颗粒形态；利用激光粒度分析仪对沉积物样本进行粒径分布分析，确定沉积物的粒度组成和分布规律。

19、进一步地，步骤四中分析的过程：利用ph测量仪器对浸泡水进行检测，确定浸泡水的ph值；利用edta滴定法测量水中的钙、镁离子含量，确定出浸泡水的硬度；利用溶解氧测量仪对浸泡水进行测量，确定出浸泡水的溶解氧含量；利用离子色谱法测定阴离子，利用原子吸收光谱法或电感耦合等离子体质谱法测定阳离子，以此确定出浸泡水的离子成分；

20、所述阴离子包括有cl-、so42-、hco3-、no3-，所述阳离子包括有k+、na+、ca2+、mg2+。

21、进一步地，预处理包括有干燥和研磨。

22、本发明与现有技术相比具有以下优点：

23、本发明的水热力耦合试验仪通过在箱体底部设置加热器实现对热环境的模拟，通过在箱体上设置出水口和进水口实现对水环境的模拟，通过液压活塞杆配合反力架来实现对力环境的模拟，通过将岩石样品放置在箱体内部，实现在岩石样品的水、热和力耦合环境的模拟，使得岩石样品的试验环境接近真实的岩石环境，保障岩石样品的变化接近真实环境中岩石样品的变化。

24、本发明的水热力耦合分析方法通过上述水热力耦合试验仪对岩石进行试验，通过对试验过程中岩石试件不同时间段的颜色、形状、大小、位置的变化以及是否产生气泡进行观察，并采集试验过程中的沉积物和浸泡水，对采集的沉积物和浸泡水进行分析，根据分析和观察的结果确定岩石试件软化损伤程度，得到时间段-环境参数-岩石试件软化损伤程度的关系，依据该关系对待评估岩石进行评估；保障了评估结果的可靠度。

25、下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

技术特征：

1.一种水热力耦合试验仪，其特征在于：包括有加热器(10)、液压活塞杆(01)、出水口(03)、进水口(04)、反力架(05)和具有上开口的钢化玻璃箱体(06)；

2.按照权利要求1所述的水热力耦合试验仪，其特征在于：所述摆放架(09)包括有多个用于放置待测岩石样品(11)的放置位，所述放置位等间隔设置。

3.按照权利要求1所述的水热力耦合试验仪，其特征在于：还包括有压力表(081)和温度表，所述压力表(081)与压力传感器(08)信号连接，用于显示压力数值；所述温度表与温度传感器(07)信号连接，用于显示温度数值。

4.按照权利要求1所述的水热力耦合试验仪，其特征在于：所述加热器(10)采用电阻丝加热器(10)。

5.按照权利要求1所述的水热力耦合试验仪，其特征在于：所述进水口(04)设置有进水阀，用于控制进水口(04)的进水量；所述出水口(03)设置有出水阀，用于控制出水口(03)的出水量。

6.一种水热力耦合试验仪控制系统，其特征在于：该系统用于控制权利要求1-5任意一项所述的水热力耦合试验仪，该系统包括有加压模块、加热模块、加水模块、检测模块、温度传感器(07)和压强传感器，检测模块分别与温度传感器(07)、压强传感器数据传输连接；

7.一种水热力耦合分析方法，其特征在于：该方法包括有如下步骤：

8.按照权利要求7所述的水热力耦合分析方法，其特征在于：步骤三中化学组成分析的过程：利用x射线衍射仪对沉积物进行晶体结构分析，确定主要矿物成分及其含量；利用扫描电子显微镜对沉积物进行观察，确定沉积物的微观形貌和颗粒形态；利用激光粒度分析仪对沉积物样本进行粒径分布分析，确定沉积物的粒度组成和分布规律。

9.按照权利要求7所述的水热力耦合分析方法，其特征在于：步骤四中分析的过程：利用ph测量仪器对浸泡水进行检测，确定浸泡水的ph值；利用edta滴定法测量水中的钙、镁离子含量，确定出浸泡水的硬度；利用溶解氧测量仪对浸泡水进行测量，确定出浸泡水的溶解氧含量；利用离子色谱法测定阴离子，利用原子吸收光谱法或电感耦合等离子体质谱法测定阳离子，以此确定出浸泡水的离子成分；

10.按照权利要求7所述的水热力耦合分析方法，其特征在于：所述预处理包括有干燥和研磨。

技术总结本发明公开了一种水热力耦合分析方法、试验仪和试验仪控制系统，属于岩石评估技术领域。该水热力耦合试验仪通过在箱体底部设置加热器实现对热环境的模拟，通过在箱体上设置出水口和进水口实现对水环境的模拟，通过液压活塞杆配合反力架来实现对力环境的模拟，通过将岩石样品放置在箱体内部，实现在岩石样品的水、热和力耦合环境的模拟，使得岩石样品的试验环境接近真实的岩石环境，保障岩石样品的变化接近真实环境中岩石样品的变化。该水热力耦合分析方法通过上述水热力耦合试验仪对岩石进行试验，根据试验结果对待评估岩石进行评估；保障了评估结果的可靠度。技术研发人员：翟越,赵腾,李阳,王思维,李宇白,李艳,魏盛宇,张韵生,蒿少旭,李乐受保护的技术使用者：长安大学技术研发日：技术公布日：2024/11/4