【摘要】 THMC多场岩石电阻率测试仪系统集成热-水-机械-化学耦合功能，攻克高压协同控制、多源数据采集与防腐绝缘难题，为岩石力学性质研究与工程安全监测提供高精度解决方案。

岩石力学性质与电阻率的关联性研究为工程监测提供了新方向。国内外学者通过单轴压缩、循环加载等实验，揭示了岩石损伤变量、弹性模量与电阻率的定量关系（Wang等，2012；Yin & Xu，2021）。例如，Kahraman（2021）发现火山碎屑岩的抗压强度与电阻率存在显著相关性，为地下工程稳定性评估奠定了理论基础。

 

一、THMC测试系统核心功能与技术突破

本系统专为模拟深部地质环境设计，集成热-水-机械-化学（THMC）多场耦合功能，攻克三大技术难题：

1.多物理量协同控制：支持轴向压力（400 kN）、围压（30 MPa）、渗透压（20 MPa）及宽温域（-40℃~80℃）精准调控，稳定性长达48小时以上；

2.全维度数据采集：实时监测应力、变形、孔隙压力及电阻率变化，构建岩石力学-电性动态数据库；

3.防腐与绝缘优化：采用304不锈钢与PEEK材料，提升化学腐蚀环境下的设备耐久性，并通过非导电硅油介质保障电阻率测试精度。

 

图1 THMC多场岩石电阻率测试系统 (a) 示意图 (b) 设备照片

 

二、系统关键组件与创新设计

1.三轴压力传感单元：

  • 结构：圆柱体底座集成温控管、渗流管与绝缘电极，法兰连接确保高承载能力；
  • 材料：防锈不锈钢主体搭配PEEK绝缘垫片，平衡强度与电隔离需求；
  • 功能：支持应力加载、温度循环、化学渗透与电阻率同步测试。

 

2.智能控制系统：

  • 渗透管采用高压不锈钢材质，结合PEEK密封塞防止回路短路；
  • 布线接口集中设计于底座，提升拆装效率与操作安全性。

 

三、工程应用与行业价值

本系统可广泛应用于隧道支护、油气勘探及地灾预警领域，通过电阻率变化反演岩石损伤状态，为工程安全提供实时数据支撑。实验表明，系统在高压、腐蚀环境下的稳定性与数据精度达到国际领先水平。

 

图2 三轴压力传感器 （a）设计图纸（b）设备

 

[1] Wang, Y, H., Liu, Y. F., and Ma H. T.: Changing regularity of rock damage variable and resistivity under loading condition, Safety Sci., 50, 718–722, 2012.

[2] Yin, D. H. and Xu, Q. J.: Investigating the damage evolution of sandstone using electrical impedance spectroscopy, Int. J. Rock Mech. Min., 144, 104817, 2021.

[3] Kahraman, S.: Estimating the Physico-Mechanical Properties of Pyroclastic Rocks from Electrical Resistivity, Pure Appl. Geophys., 179, 301–309, 2021.

 

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