[发明专利]利用流体垫层均化缺陷岩样加载力的装置及方法

说明书

一种利用流体垫层均化缺陷岩样加载力的装置，包括铺设于缺陷岩样试块加载面上的垫层，缺陷岩样试块加载面为凸凹不平的加载面，垫层外表面和缺陷岩样试块加载面凸凹缺陷处完全贴合，垫层上设置有振动板，将上述缺陷岩样试块、垫层及振动板组成的整体放置于反力框架上，振动板与液压千斤顶相配合。垫层中，碳纤维布制成的外层套体内填充有贴合填充物。本发明提供的利用流体垫层均化缺陷岩样加载力的装置及方法，可以解决用液压加载压力均匀性偏差较大、柔性囊加载行程偏小、荷载强度偏小等问题的问题，利用流体垫层的流动性填充试块不平整受力面，使得加载时均化荷载，使加载面应力均匀、使测得的力学参数和岩土试验结果的准确性更接近真实值。

技术领域

本发明涉及岩样加载试验领域，尤其是一种利用流体垫层均化缺陷岩样加载力的装置及方法。

背景技术

现有的加载方式分为刚性非均化加载和柔性均化加载两种形式，刚性非均化加载装置加载时只适用于加载面平整的试块，针对加载面有缺陷的试块，需要将岩样表面不平整部分切割掉才能实现加载，加载时无法使其加载力均匀化，导致试块加载过程中提前破坏、力学响应存在较大误差或测取数据存在误差，而切割加载这种方式所需要的成本高，操作复杂。在国外，一些著名大学(如 MIT 等)的实验室采用的材料试验机也都是刚性边界加载试验机,而这种设备在对非均质材料进行的刚性边界加载方式下，其内部应力分布是不均匀的，无法精确地反映客观实际。

而目前的柔性均化加载一般都是气压加载和液体加载，但气压加载和液体加载装置复杂，加载过程中不易控制其气密性，而且加载极限值低，不能满足实验需求，容易导致实验失真。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种利用流体垫层均化缺陷岩样加载力的装置及方法，可以解决用液压加载压力均匀性偏差较大、柔性囊加载行程偏小、荷载强度偏小等问题的问题，利用流体垫层的流动性填充试块不平整受力面，使得加载时均化荷载，使加载面应力均匀、受力均匀，使测得的力学参数和岩土试验结果的准确性更接近真实值。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种利用流体垫层均化缺陷岩样加载力的装置，包括铺设于缺陷岩样试块加载面上的垫层，缺陷岩样试块加载面为凸凹不平的加载面，垫层外表面和缺陷岩样试块加载面凸凹缺陷处完全贴合，垫层上设置有振动板，将上述缺陷岩样试块、垫层及振动板组成的整体放置于反力框架上，振动板与液压千斤顶相配合。

垫层中，碳纤维布制成的外层套体内填充有贴合填充物。

贴合填充物为细砂或金属小球或一定级配的碎石土。

外层套体上表面设置有保护网。

细砂为直径小于0.1cm的细砂，金属小球的直径为3-5mm，碎石土的级配碎石颗粒级配不均匀系数Cu不得小于15，力求碎石骨料从大到小均匀，使结构致密，孔隙减小。

一种利用上述装置进行缺陷岩样加载的方法，所述方法包括以下步骤：

步骤1：制作垫层的外层套体：采用碳纤维布缝制成适合缺陷岩样试块的尺寸，且保留填充材料开口的外层套体，用铁丝编制成大小可以配合垫层使用的保护网，将保护网放置在外层套体的表面并在外层套体的四个角用连接铁丝将其和外层套体连接成一个整体；

步骤2：填充贴合填充物：从外层套体的填充材料开口向外层套体内填充金属小球或一定级配的碎石土形成贴合填充物，填充完成后使填充材料开口闭合，制得垫层；

步骤3：制备反力框架，将缺陷岩样试块放置于反力框架上，并将步骤2预制好的垫层放置到缺陷岩样试块上，在垫层上放置振动板，垫层带有保护网的一面朝上；

步骤4：在液压千斤顶的刚性压头上覆盖柔性橡胶层，并在柔性橡胶层上涂覆润滑油，以减小端部界面约束力和表面摩阻力，再将液压千斤顶的刚性压头放置在振动板上进行加载，使液压千斤顶的刚性压头紧压振动板；