本技術(shù)涉及巖石力學(xué)領(lǐng)域，尤其是涉及一種基于多場(chǎng)耦合效應(yīng)的巖石試驗(yàn)方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、巖石在地下環(huán)境中通常同時(shí)受到多種物理場(chǎng)及化學(xué)場(chǎng)的作用，包括應(yīng)力、溫度、滲流及酸堿度等。這些物理場(chǎng)和化學(xué)場(chǎng)之間存在相互耦合作用，共同影響巖石的力學(xué)性質(zhì)和變形破壞特征。基于多場(chǎng)耦合效應(yīng)的巖石試驗(yàn)方法旨在模擬巖石在實(shí)際地下環(huán)境中的復(fù)雜狀態(tài)，研究多場(chǎng)耦合作用下巖石的力學(xué)特性和破壞機(jī)理，為地下工程設(shè)計(jì)和安全評(píng)估提供更可靠的參數(shù)。

2、現(xiàn)有的多場(chǎng)耦合巖石試驗(yàn)方法主要包括應(yīng)力-滲流耦合試驗(yàn)、應(yīng)力-溫度耦合試驗(yàn)、應(yīng)力-化學(xué)耦合試驗(yàn)以及三軸應(yīng)力-溫度-滲流耦合試驗(yàn)等。這些方法的主要優(yōu)點(diǎn)是可以模擬多種物理場(chǎng)的綜合作用，試驗(yàn)結(jié)果更接近巖石在實(shí)際工程中的力學(xué)行為，并且可以揭示單一物理場(chǎng)試驗(yàn)難以發(fā)現(xiàn)的復(fù)雜力學(xué)現(xiàn)象。

3、然而，現(xiàn)有方法也存在一些局限性，現(xiàn)有方法通常以不同的試驗(yàn)工況條件對(duì)同一個(gè)巖石樣本進(jìn)行試驗(yàn)，而巖石試驗(yàn)本身就存在耗時(shí)較長(zhǎng)的缺陷，這使得整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程耗時(shí)成倍地增長(zhǎng)，變得效率低下。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本技術(shù)提供了一種基于多場(chǎng)耦合效應(yīng)的巖石試驗(yàn)系統(tǒng)，包括：

2、巖樣預(yù)處理模組，用于對(duì)采集獲取的巖芯進(jìn)行劈裂處理以形成用于滲流的巖芯裂隙以及對(duì)巖芯進(jìn)行分割以形成多個(gè)等長(zhǎng)的巖芯樣本；

3、激光掃描模組，用于對(duì)巖芯裂隙的表面進(jìn)行三維掃描以獲得三維圖像；

4、多個(gè)巖樣加壓模組，用于對(duì)巖芯樣本施加壓力；

5、串聯(lián)滲流模組，用于對(duì)多個(gè)巖芯樣本以串聯(lián)的方式進(jìn)行滲流；

6、溫控模組，用于調(diào)控進(jìn)行滲流時(shí)的滲流液體的溫度；

7、中控模組，用于控制其他模組以及獲取對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)；

8、其中，所述巖樣預(yù)處理模組、所述激光掃描模組、所述巖樣加壓模組、所述串聯(lián)滲流模組、所述溫控模組分別被通信連接于所述中控模組，所述溫控模組被可調(diào)溫地連接于所述串聯(lián)滲流模組，所述串聯(lián)滲流模組單向?qū)ǖ卮?lián)各巖芯樣本；

9、其中，所述巖樣預(yù)處理模組包括劈裂模塊和分割模塊，所述劈裂模塊和所述分割模塊分別通信連接于所述中控模組。

10、通過(guò)采用上述技術(shù)方案，所述基于多場(chǎng)耦合效應(yīng)的巖石試驗(yàn)系統(tǒng)可以將采集獲得的巖芯分割成多個(gè)巖芯樣本進(jìn)行不同條件下的同步試驗(yàn)，以獲得不同條件下的豐富試驗(yàn)數(shù)據(jù)供對(duì)巖石特性進(jìn)行研究，還可以降低試驗(yàn)所需的時(shí)長(zhǎng)，可快速地為相關(guān)地質(zhì)工程提供充分的數(shù)據(jù)保障。

11、可選的，所述串聯(lián)滲流模組包括總滲流入口、多個(gè)串聯(lián)滲出口、多個(gè)單向?qū)Я鞴艿?、多個(gè)檢測(cè)模塊、多個(gè)旁路滲流管道、多個(gè)串聯(lián)滲入口、多個(gè)水壓模塊和多個(gè)儲(chǔ)液模塊，各所述單向?qū)Я鞴艿辣粏蜗驅(qū)ǖ剡B接于對(duì)應(yīng)的所述串聯(lián)滲出口和所述串聯(lián)滲入口之間，各所述檢測(cè)模塊分別被可測(cè)量地連接于所述總滲流入口、各所述串聯(lián)滲出口和各所述串聯(lián)滲入口，各所述旁路滲流管道分別被對(duì)應(yīng)連接于各所述串聯(lián)滲入口，所述總滲流入口、各所述旁路滲流管道和各所述儲(chǔ)液模塊分別被導(dǎo)通連接于對(duì)應(yīng)的所述水壓模塊。

12、通過(guò)采用上述技術(shù)方案，所述基于多場(chǎng)耦合效應(yīng)的巖石試驗(yàn)系統(tǒng)可以通過(guò)對(duì)同一巖芯分割獲得的巖芯樣本進(jìn)行串聯(lián)滲流試驗(yàn)，通過(guò)旁路滲流管道和水壓模塊的設(shè)置增加了系統(tǒng)的靈活性，可以調(diào)節(jié)不同巖樣段的壓力條件，模擬各種復(fù)雜的地下滲透壓力環(huán)境，以實(shí)現(xiàn)對(duì)不同滲流條件的同步模擬和試驗(yàn)，并獲取對(duì)應(yīng)的巖芯變化數(shù)據(jù)，減少了巖石試驗(yàn)的總時(shí)間消耗，加快巖石試驗(yàn)的速度。

13、可選的，所述基于多場(chǎng)耦合效應(yīng)的巖石試驗(yàn)系統(tǒng)進(jìn)一步包括巖石試驗(yàn)策略，所述巖石試驗(yàn)策略包括以下步驟：

14、a1，通過(guò)所述激光掃描模組對(duì)各巖芯樣本的巖芯裂隙的表面進(jìn)行掃描獲取各巖芯樣本對(duì)應(yīng)的裂隙表面初始三維數(shù)據(jù)；

15、a2，分別固定各巖芯樣本于對(duì)應(yīng)的所述巖樣加壓模組；

16、a3，分別對(duì)各巖芯樣本設(shè)定對(duì)應(yīng)的樣本試驗(yàn)工況；

17、a4，根據(jù)各巖芯樣本的樣本試驗(yàn)工況中的圍壓壓強(qiáng)值和軸壓壓強(qiáng)值通過(guò)所述巖樣加壓模組對(duì)巖芯樣本施加圍壓和軸壓；

18、a5，根據(jù)預(yù)設(shè)的基礎(chǔ)滲壓值以預(yù)設(shè)的基礎(chǔ)滲流液通過(guò)與所述總滲流入口對(duì)應(yīng)的所述水壓模塊以串聯(lián)的方式向各巖芯樣本施加滲流；

19、a6，于各巖芯樣本對(duì)應(yīng)的所述串聯(lián)滲出口通過(guò)對(duì)應(yīng)的所述檢測(cè)模塊獲取對(duì)應(yīng)的出流檢測(cè)數(shù)據(jù)和出流取樣；

20、a7，根據(jù)各巖芯樣本的出流檢測(cè)數(shù)據(jù)中的滲出壓強(qiáng)值和后序的巖芯樣本對(duì)應(yīng)的樣本試驗(yàn)工況中的滲流壓強(qiáng)值確定對(duì)應(yīng)的滲壓調(diào)節(jié)值；

21、a8，根據(jù)滲壓調(diào)節(jié)值調(diào)節(jié)各后序的巖芯樣本對(duì)應(yīng)的所述水壓模塊；

22、a9，通過(guò)所述水壓模塊于對(duì)應(yīng)的所述旁路滲流管道以對(duì)應(yīng)的旁路滲流液施加對(duì)應(yīng)的滲流。

23、通過(guò)采用上述技術(shù)方案，所述基于多場(chǎng)耦合效應(yīng)的巖石試驗(yàn)系統(tǒng)可以通過(guò)控制每個(gè)巖芯樣本的試驗(yàn)工況條件，包括圍壓、軸壓、滲流液壓強(qiáng)、滲流液ph值和滲流液溫度等，使得試驗(yàn)?zāi)軌蚋N近復(fù)雜的地質(zhì)環(huán)境，通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和數(shù)據(jù)采集機(jī)制允許工作人員動(dòng)態(tài)調(diào)整實(shí)驗(yàn)參數(shù)，尤其是通過(guò)旁路滲流的設(shè)計(jì)，可以針對(duì)不同巖樣段進(jìn)行獨(dú)立的滲流壓強(qiáng)調(diào)節(jié)，進(jìn)一步提高了試驗(yàn)的靈活性，不僅能夠獲取豐富的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，還能模擬和研究各種復(fù)雜的地下流體情況，為深入理解巖石滲流特性和多場(chǎng)耦合效應(yīng)提供了有力的數(shù)據(jù)獲取支持。

24、可選的，所述巖石試驗(yàn)策略進(jìn)一步包括以下步驟用于預(yù)處理生成巖心樣本：

25、b1，通過(guò)所述巖樣預(yù)處理模組的所述劈裂模塊對(duì)預(yù)選的巖芯進(jìn)行劈裂操作以形成對(duì)應(yīng)的巖芯裂隙；

26、b2，通過(guò)所述巖樣預(yù)處理模組的所述分割模塊對(duì)巖芯進(jìn)行分割操作并依序形成多個(gè)等長(zhǎng)的巖芯樣本；

27、b3，依序固定各巖芯樣本于對(duì)應(yīng)的所述巖樣加壓模組。

28、通過(guò)采用上述技術(shù)方案，所述基于多場(chǎng)耦合效應(yīng)的巖石試驗(yàn)系統(tǒng)可以通過(guò)對(duì)巖芯進(jìn)行劈裂操作及分割操作獲得多個(gè)等長(zhǎng)的巖芯樣本，可以保證各巖芯樣本在成本及特性上的一致性，等長(zhǎng)分割的巖芯樣本可以避免因長(zhǎng)度不一而導(dǎo)致巖石試驗(yàn)中產(chǎn)生過(guò)多的誤差，通過(guò)依序固定各巖芯樣本，可以在滲流過(guò)程中對(duì)巖芯裂隙的連續(xù)性進(jìn)行模擬，以保證試驗(yàn)數(shù)據(jù)的有效性。

29、可選的，所述巖石試驗(yàn)策略進(jìn)一步包括以下步驟：

30、c1，根據(jù)預(yù)設(shè)的基礎(chǔ)溫度通過(guò)所述溫控模組維持各所述儲(chǔ)液模塊中基礎(chǔ)滲流液以及各巖芯樣本對(duì)應(yīng)的旁路滲流液的溫度；

31、c2，于各巖芯樣本的出流檢測(cè)數(shù)據(jù)中確定對(duì)應(yīng)的滲出溫度值，并于后序的巖芯樣本對(duì)應(yīng)的樣本試驗(yàn)工況中確定對(duì)應(yīng)的滲流溫度值；

32、c3，根據(jù)滲出溫度值和滲流溫度值通過(guò)所述溫控模組調(diào)節(jié)后序的巖芯樣本對(duì)應(yīng)的所述旁路滲流管道中的旁路滲流液的溫度。

33、通過(guò)采用上述技術(shù)方案，所述基于多場(chǎng)耦合效應(yīng)的巖石試驗(yàn)系統(tǒng)可以通過(guò)可調(diào)節(jié)的溫度控制，提升了巖石試驗(yàn)的全面性，能夠模擬不同地質(zhì)溫度環(huán)境，使巖石試驗(yàn)更貼近實(shí)際地下情況，并且通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)滲出液體的溫度并動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)后續(xù)巖樣的滲流液溫度，系統(tǒng)能夠研究溫度梯度對(duì)巖石滲透性的影響，可以為地質(zhì)工程提供充分的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，并且通過(guò)溫度控制可以增強(qiáng)試驗(yàn)系統(tǒng)的功能性和適用性，為深入研究復(fù)雜地質(zhì)條件下的巖石-流體相互作用提供實(shí)驗(yàn)支持。

34、可選的，所述巖石試驗(yàn)策略進(jìn)一步包括以下步驟：

35、d1，根據(jù)預(yù)設(shè)的基礎(chǔ)ph值調(diào)配對(duì)應(yīng)的基礎(chǔ)滲流液；

36、d2，于各巖芯樣本的出流檢測(cè)數(shù)據(jù)中確定對(duì)應(yīng)的滲出ph值，并于后序的巖芯樣本對(duì)應(yīng)的樣本試驗(yàn)工況中確定對(duì)應(yīng)的滲流ph值；

37、d3，根據(jù)滲出ph值和滲流ph值調(diào)節(jié)巖芯樣本對(duì)應(yīng)的所述儲(chǔ)液模塊中的旁路滲流液的ph值。

38、通過(guò)采用上述技術(shù)方案，所述基于多場(chǎng)耦合效應(yīng)的巖石試驗(yàn)系統(tǒng)可以通過(guò)控制和動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)滲流液的ph值，以模擬各種地質(zhì)環(huán)境下的化學(xué)條件，使巖石試驗(yàn)更貼近實(shí)際地下情況，能夠研究ph變化對(duì)巖石滲透性和化學(xué)反應(yīng)的影響，為觀察ph變化對(duì)巖石物理化學(xué)性質(zhì)的影響提供了數(shù)據(jù)的獲取路徑。

39、可選的，所述巖石試驗(yàn)策略進(jìn)一步包括以下步驟用于設(shè)定各巖芯樣本的樣本試驗(yàn)工況：

40、e1，于所述分割模塊分割巖芯時(shí)對(duì)各生成的巖心樣本依序設(shè)定對(duì)應(yīng)的樣本編號(hào)；

41、e2，將所有預(yù)設(shè)的圍壓試驗(yàn)參數(shù)分配至對(duì)應(yīng)的樣本編號(hào)；

42、e3，將所有預(yù)設(shè)的軸壓試驗(yàn)參數(shù)分配至對(duì)應(yīng)的樣本編號(hào)；

43、e4，將所有預(yù)設(shè)的滲壓試驗(yàn)參數(shù)從小到大依次分配至對(duì)應(yīng)的樣本編號(hào)；

44、e5，將所有預(yù)設(shè)的溫度試驗(yàn)參數(shù)從小到大依次分配至對(duì)應(yīng)的樣本編號(hào)；

45、e6，將所有預(yù)設(shè)的ph試驗(yàn)參數(shù)從大到小依次分配至對(duì)應(yīng)的樣本編號(hào)；

46、e7，根據(jù)各樣本編號(hào)被分配的圍壓試驗(yàn)參數(shù)、軸壓試驗(yàn)參數(shù)、溫度試驗(yàn)參數(shù)和ph試驗(yàn)參數(shù)組合生成對(duì)應(yīng)的巖芯樣本的樣本試驗(yàn)工況。

47、通過(guò)采用上述技術(shù)方案,所述基于多場(chǎng)耦合效應(yīng)的巖石試驗(yàn)系統(tǒng)可以通過(guò)有序分配不同類(lèi)型的試驗(yàn)參數(shù)，使得巖石試驗(yàn)?zāi)軌蛉娓采w各種地質(zhì)條件和環(huán)境因素的組合，尤其是滲壓、溫度和ph值參數(shù)的梯度分配，允許研究人員系統(tǒng)地觀察這些因素對(duì)巖石性質(zhì)的影響，不僅能夠模擬復(fù)雜的地下環(huán)境，還能揭示多場(chǎng)耦合效應(yīng)下巖石力學(xué)和滲流特性的變化規(guī)律，為后續(xù)數(shù)據(jù)分析和模型建立提供了結(jié)構(gòu)化的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)，有利于發(fā)現(xiàn)不同參數(shù)之間的相互作用和潛在的關(guān)聯(lián)性，為深入研究復(fù)雜地質(zhì)條件下的巖石特性提供了有力的實(shí)驗(yàn)支持。

48、本技術(shù)還提供了一種基于多場(chǎng)耦合效應(yīng)的巖石試驗(yàn)方法，包括以下步驟：

49、對(duì)預(yù)選的巖芯進(jìn)行劈裂操作以形成對(duì)應(yīng)的巖芯裂隙；

50、對(duì)巖芯進(jìn)行分割操作并依序形成多個(gè)等長(zhǎng)的巖芯樣本；

51、各巖芯樣本的巖芯裂隙的表面進(jìn)行掃描獲取各巖芯樣本對(duì)應(yīng)的裂隙表面初始三維數(shù)據(jù)；

52、依序分別固定各巖芯樣本；

53、分別對(duì)各巖芯樣本設(shè)定對(duì)應(yīng)的樣本試驗(yàn)工況；

54、根據(jù)各巖芯樣本的樣本試驗(yàn)工況中的圍壓壓強(qiáng)值和軸壓壓強(qiáng)值對(duì)巖芯樣本施加圍壓和軸壓；

55、根據(jù)預(yù)設(shè)的基礎(chǔ)滲壓值以預(yù)設(shè)的基礎(chǔ)滲流液以串聯(lián)的方式向各巖芯樣本施加滲流；

56、獲取各巖芯樣本對(duì)應(yīng)的出流檢測(cè)數(shù)據(jù)和出流取樣；

57、根據(jù)各巖芯樣本的出流檢測(cè)數(shù)據(jù)中的滲出壓強(qiáng)值和后序的巖芯樣本對(duì)應(yīng)的樣本試驗(yàn)工況中的滲流壓強(qiáng)值確定對(duì)應(yīng)的滲壓調(diào)節(jié)值；

58、根據(jù)滲壓調(diào)節(jié)值調(diào)節(jié)以對(duì)應(yīng)的旁路滲流液對(duì)后序的巖芯樣本施加對(duì)應(yīng)的滲流。

59、通過(guò)采用上述技術(shù)方案,所述基于多場(chǎng)耦合效應(yīng)的巖石試驗(yàn)方法可以通過(guò)控制每個(gè)巖芯樣本的試驗(yàn)工況條件，使得試驗(yàn)?zāi)軌蚋N近復(fù)雜的地質(zhì)環(huán)境，通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和數(shù)據(jù)采集機(jī)制允許工作人員動(dòng)態(tài)調(diào)整實(shí)驗(yàn)參數(shù)，尤其是通過(guò)旁路滲流的設(shè)計(jì)，可以針對(duì)不同巖樣段進(jìn)行獨(dú)立的滲流壓強(qiáng)調(diào)節(jié)，進(jìn)一步提高了試驗(yàn)的靈活性，不僅能夠獲取豐富的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，還能模擬和研究各種復(fù)雜的地下流體情況，為深入理解巖石滲流特性和多場(chǎng)耦合效應(yīng)提供了有力的數(shù)據(jù)獲取支持。

60、綜上所述，本技術(shù)包括以下至少一種有益技術(shù)效果：

61、1.可以將采集獲得的巖芯分割成多個(gè)巖芯樣本進(jìn)行不同條件下的同步試驗(yàn)，以獲得不同條件下的豐富試驗(yàn)數(shù)據(jù)供對(duì)巖石特性進(jìn)行研究，還可以降低試驗(yàn)所需的時(shí)長(zhǎng)，可快速地為相關(guān)地質(zhì)工程提供充分的數(shù)據(jù)保障。

62、2.可以通過(guò)對(duì)同一巖芯分割獲得的巖芯樣本進(jìn)行串聯(lián)滲流試驗(yàn)，通過(guò)旁路滲流管道和水壓模塊的設(shè)置增加了系統(tǒng)的靈活性，可以調(diào)節(jié)不同巖樣段的壓力條件，模擬各種復(fù)雜的地下滲透壓力環(huán)境，以實(shí)現(xiàn)對(duì)不同滲流條件的同步模擬和試驗(yàn)，并獲取對(duì)應(yīng)的巖芯變化數(shù)據(jù)，減少了巖石試驗(yàn)的總時(shí)間消耗，加快巖石試驗(yàn)的速度。

63、3.可以通過(guò)控制每個(gè)巖芯樣本的試驗(yàn)工況條件，包括圍壓、軸壓、滲流液壓強(qiáng)、滲流液ph值和滲流液溫度等，使得試驗(yàn)?zāi)軌蚋N近復(fù)雜的地質(zhì)環(huán)境，通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和數(shù)據(jù)采集機(jī)制允許工作人員動(dòng)態(tài)調(diào)整實(shí)驗(yàn)參數(shù)，尤其是通過(guò)旁路滲流的設(shè)計(jì)，可以針對(duì)不同巖樣段進(jìn)行獨(dú)立的滲流壓強(qiáng)調(diào)節(jié)，進(jìn)一步提高了試驗(yàn)的靈活性，不僅能夠獲取豐富的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，還能模擬和研究各種復(fù)雜的地下流體情況，為深入理解巖石滲流特性和多場(chǎng)耦合效應(yīng)提供了有力的數(shù)據(jù)獲取支持。