[发明专利]动力扰动低温岩石三轴加卸载流变仪及试验方法

说明书

本发明涉及一种动力扰动低温岩石三轴加卸载流变仪及试验方法，其中流变仪包括动力扰动系统、机架、导轨、提升机构、压力室、小车、温度控制系统、轴向加载系统、围压加载系统、测量系统、控制系统和计算机及软件系统；所述轴向加载系统中的加载油缸可通过转换阀在丝杆增压器与伺服阀之间切换，当进行常规三轴压缩试验时，通过转换阀使得伺服油源、伺服阀和加载油缸连通，当进行三轴流变试验时，转换阀将丝杆增压器与加载油缸连通；岩石试样受到的动力扰动采用砝码动力扰动系统或者冲击缸扰动系统实现；本发明提供了一种有效解决负温、动力扰动组合条件下的岩石三轴加卸载流变试验和常规三轴压缩试验，其整体结构原理简单，功能多变，适用性强。

技术领域：

本发明属于岩石力学试验设备技术领域，涉及一种动力扰动低温岩石三轴加卸载流变仪及试验方法。

背景技术：

我国西北地区鄂尔多斯盆地一带的煤炭储备丰富，十三五规划纲要中明确提出，限制东部、控制中部和东北、优化西部地区煤炭资源开发，推进大型煤炭基地绿色化开采和改造。可见西部地区煤炭资源开发利用对国家经济发展、能源安全战略具有重要意义，而该地区开采深度范围内岩层岩性差异性较大，局部岩层内带状脉状裂隙含水系统、断裂带贮水空间以及断裂带集水廊道中地下水丰富，矿井凿掘过程中揭露含水层时易发生突水、涌水事故，人工冻结法是此类富水基岩井筒建设中行之有效的方法，形成的冻结岩壁能够实现止水、提供高强支护的效果，为井筒安全高效掘进提供安全保障，但冻结壁组分复杂，对其力学特性认识还很浅，导致冻结参数设计不合理，一方面使得冻结壁强度利用不充分，增加施工成本；另一方面针对矿井开挖卸荷，冻结壁内三向受力状态岩体在爆破、机械振动等扰动荷载作用下发生变形，且岩体强度随扰动效应增大而降低，同时此类含冰裂隙岩体在扰动作用下产生次生裂隙，开挖卸荷后裂隙进一步扩展，岩体变形随时间渐进增大，很长一段时间后可能发生显著变形甚至失稳破坏，即低温含冰裂隙岩体蠕变现象普遍存在，最终使得岩壁产生不同程度损伤，出现井筒严重变形、漏水事故。因此，必须开展有关低温岩石、含冰裂隙岩体力学特性试验研究，尤其需要掌握扰动荷载作用下该类冻结岩体三轴加卸载力学特性、时间效应和三轴流变特性，对冻结壁的参数设计及其安全性评价具有重要意义。

目前，对裂隙岩体三轴压缩、流变力学特性研究较多，但由于缺乏先进设备，涉及低温、扰动条件下裂隙岩体三轴压缩试验及三轴流变特性试验研究还处于空白，对于低温裂隙岩体受扰动作用后三轴压缩力学特性以及随时间变化的力学行为目前还不得而知；此外，低温裂隙岩体随时间变化的变形会对混凝土井壁产生作用力，使得新浇筑混凝土井壁受岩壁变形及爆破振动双重作用，其扰动效应下的流变特性及稳定性评价也无资料可查。

发明内容：

为了解决上述难题，本发明提供了一种动力扰动低温岩石三轴加卸载流变仪及试验方法，包括以受动力扰动的工程岩体为研究对象，实现不同环境温度、不同扰动荷载条件下岩体的三轴压缩及三轴加卸载流变试验。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种动力扰动低温岩石三轴加卸载流变仪，属于测试低温岩体在扰动荷载作用下强度、变形以及与流变性状的试验装置，所述试验装置侧重于岩石三轴的流变试验，三轴压力室内部可通入冷却液对压力室内部进行冷却，从而可进行低温三轴的流变试验，轴压加载与围压加载均采用丝杆结构的增压器加载，适用于长时间加载，轴压加载的作动器为伺服作动器，通过转换阀可在增压器与伺服阀之间进行切换，故所述试验装置除可用于流变试验外也可采用伺服阀加载实现常规三轴压缩试验；所述试验装置包含动力扰动系统、机架、导轨、提升机构、压力室、小车、温度控制系统、轴向加载系统、围压加载系统、测量系统、控制系统和计算机及软件系统。