(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210921696.6 (22)申请日 2022.08.02 (71)申请人 山东大学 地址 250061 山东省济南市历下区经十路 17923号 (72)发明人 王汉鹏　王粟　袁亮　李梦天　 张冰　于欣平　 (74)专利代理 机构 济南圣达知识产权代理有限 公司 372 21 专利代理师 刘天柱 (51)Int.Cl. G01N 33/24(2006.01) G01N 25/00(2006.01) G01D 21/02(2006.01) (54)发明名称 可实现分区力热流感知施加的多场耦合装 置及试验方法 (57)摘要 本发明涉及模拟试验装置技术领域， 特别涉 及可实现分区力热流感知施加的多场耦合装置 及试验方法， 包括反力框架， 其内部设有密封的 多场模型箱 体， 用于提供向所述多场模型箱体施 加荷载的反力； 若干力热流加载单元， 阵列布置 在所述多场模 型箱体除底面的任何一面上， 各所 述力热流加载单元包括应力加载模块、 渗流模块 和加热模块； 其中， 所述应力加载模块的加载端 具有设定加载面积的加载板， 所述加热模块包括 嵌在所述加载板上加热组件， 所述渗流模块包括 穿过所述加载板的气流通道， 通过所述加载板组 合对模型分区力热流多场耦合加载； 本发明可做 到真正的力热流耦合施加， 能模拟复杂深部地质 环境。 权利要求书1页 说明书5页 附图2页 CN 115453084 A 2022.12.09 CN 115453084 A 1.可实现分区力热流感知施加的多场耦合装置， 其特 征在于， 包括： 反力框架， 其内部设有密封的多场模型箱体， 用于提供向所述多场模型箱体施加荷载 的反力； 若干力热流加载单元， 阵列布置在所述多场模型箱体除底面的任何一面上， 各所述力 热流加载 单元包括应力加载模块、 渗 流模块和 加热模块； 其中， 所述应力加载模块的加载端具有设定加载面积的加载板， 所述加热模块包括嵌 在所述加载板上加热组件， 所述渗流模块包括穿过所述加载板的气流通道， 通过所述加载 板组合对 模型分区力热流多场耦合加载。 2.如权利要求1所述的可实现分区力热流感知施加的多场耦合装置， 其特征在于， 所述 加载板均布有第一凹槽， 所述加热组件内嵌在所述第一凹槽中且不凸出 所述加载板表面。 3.如权利要求2所述的可实现分区力热流感知施加的多场耦合装置， 其特征在于， 所述 加热组件与所述加载板表面平齐。 4.如权利要求1所述的可实现分区力热流感知施加的多场耦合装置， 其特征在于， 所述 加载板设有安装传感器的第二凹槽， 通过所述传感器反馈的多物理量施加面的参数信息以 调节应力、 温度以及渗压的施加。 5.如权利要求1所述的可实现分区力热流感知施加的多场耦合装置， 其特征在于， 所述 应力加载模块还 包括动静复合加载装置， 以及将荷载传递给 所述加载板的传导组件。 6.如权利要求5所述的可实现分区力热流感知施加的多场耦合装置， 其特征在于， 所述 传导组件与所述多场模型箱体之间设有动密封结构。 7.如权利要求1所述的可实现分区力热流感知施加的多场耦合装置， 其特征在于， 所述 多场模型箱体底部设置底部加热模块和底部渗 流模块。 8.如权利要求7所述的可实现分区力热流感知施加的多场耦合装置， 其特征在于， 所述 底部加热模块包括内嵌在所述多场模型箱体底部的底部加热组件， 所述底部渗流模块包括 穿过所述多场模型箱体底部的底部气流 通道。 9.如权利要求1所述的可实现分区力热流感知施加的多场耦合装置， 其特征在于， 各所 述渗流模块单独 配置阀门。 10.根据如权利要求1 ‑9任一项所述的可实现分区力热流感知施加的多场耦合装置的 试验方法， 其特 征在于， 包括以下内容： 制作试验模型并将其放入多场模型箱体内， 编制模拟试验控制方案， 设定不同力热流 加载单元 的应力加载模块、 渗流模块和加热模块的加载参数， 不同的力热流加载单元按照 设定的参数分区加载， 实现对 模型的分区力热流多场耦合试验。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115453084 A 2可实现分区力热流感知施加的多场耦合装 置及试验方法 技术领域 [0001]本发明涉及模拟 试验装置技术领域， 特别涉及可实现分区力热流感知施加的多场 耦合装置及试验方法。 背景技术 [0002]在深地采掘 过程中， 冲击地压、 岩爆、 煤与瓦斯突出等煤岩动力灾害发生频发、 突 然、 猛烈， 具有极大的破坏性， 其防治已成世界性难题。 其根本原因是深地高地应力、 高瓦斯 压力、 高地温等多场多相孕灾环境与断层滑移、 岩层 破断冲击、 爆破振动等外部动载扰动耦 合演化过程复杂， 物理模型试验是煤与瓦斯突出、 冲击地压等多相多场耦合煤岩动力灾害 的重要研究手段。 而深地工程物理模型试验必然会涉及到力热流耦合问题， 这些问题 能否 得到解决是模型 试验成功与否的关键 。 [0003]目前， 针对 模拟试验中多场多相耦合模拟， 已开展了相关的研究工作： [0004]公开号为CN111208015A的中国发明专利， 公开了一种复杂条件下大埋深隧洞围岩 稳定与支护模型试验系统， 该系统由高压水密封模 型试验舱、 内嵌 式高液压伺服加载系统、 高地温调控系统、 高渗透水压加载系统、 以及自密封高精度测试系统组成， 可实现高地应 力、 高水压、 高地温施加。 但是该试验系统无法施加冲击扰动荷载； 高地温调控系统需预埋 在模型体内部， 为点加热， 加热效果较弱； 测试系统放置于模型体内部， 无法监测模型边界 处各项参数。 [0005]公告号为CN211122341U的中国实用新型专利， 公开了一种多功能岩土三维模型试 验装置， 该装置可以用于制样， 也可以用于加载， 不仅能够模拟平面双轴应力状态或三 维应 力状态， 还可以进行温度场、 渗流场、 应力场的耦合试验， 测定在多物理场作用下的土体的 物理状态、 力学行为、 渗流特性和温度分布。 但是该装置的加热测温管预埋在模型内部， 无 法做到模型整体的均匀 加热。 [0006]公开号为CN108226440A的中国发明专利， 公开了一种煤与瓦斯突出模拟试验用大 流量高压气体充填系统及试验方法， 该装置可实现突出模拟试验中大流量、 高压力气体的 高效、 均匀、 自动化充填， 但是 该装置只能在没有加载面的情况 下进行水气施加。 [0007]综上， 现有物理模拟试验 装置还存在以下不足之处： [0008](1)现有的多场耦合大型物理模拟试验装置温度模拟系统多预埋在模型内部， 或 采用局部加热的方式， 由于试验 模型较大， 加热效果 不理想； [0009](2)现有的模型试验装置水气一般只能在装置无加载面施加， 无法做到真正的力 热流耦合施加， 更 无法模拟复杂深部地质环境。 发明内容 [0010]本发明的目的是提供可实现分区力热流感知施加的多场耦合装置及试验方法， 以 解决现有技 术中存在的上述问题。 为了实现上述目的， 本发明通过如下的技 术方案来 解决： [0011]第一方面， 本发明提供了可实现分区力热流感知施加的多场耦合装置， 包括：说　明　书 1/5 页 3 CN 115453084 A 3