[发明专利]一种变刚度弹性储能装置及应用其测试岩石失稳的方法

说明书

本发明属于岩土工程技术领域，具体涉及一种变刚度弹性储能装置及应用其测试岩石失稳的方法。本发明的技术方案如下：一种变刚度弹性储能装置，包括压头、导杆、底座、垫圈和碟簧，所述导杆垂直安装在所述底座的中心，所述垫圈和碟簧分别套装在所述导杆上，所述导杆的端头设有导向孔，所述压头的中心设有导向柱，所述导向柱与所述导向孔相匹配，所述导向柱放置在所述导向孔内。本发明提供的变刚度弹性储能装置及应用其测试岩石失稳的方法，该变刚度弹性储能装置具有占用空间小、刚度调整范围大、加工制作简便、维护和维修成本低、使用寿命长的特点；可以与多种岩石力学试验机组合使用，采用所述失稳测试方法，测试不同试验条件下岩石的失稳特性。

技术领域

本发明属于岩土工程技术领域，具体涉及一种变刚度弹性储能装置及应用其测试岩石失稳的方法。

背景技术

目前的岩石力学试验机通常都是刚性或伺服控制试验机，人们往往把注意力放在获取恒定变形速率和实现稳定的加载过程上，而忽视了岩石在加载过程中的失稳本身所展现的重要意义。实际上，无论是自然界中地壳岩石的破裂和断层的错动，还是岩石工程导致的岩爆和冲击地压等绝大多数自然和工程灾害，都展示了岩石的失稳破坏现象。其中，地质断层的失稳滑移、矿柱和隧洞岩爆等往往导致严重自然灾害和工程事故，造成重大的人员伤亡和财产损失。因此，基于Cook刚度准则，研发一种变刚度弹性储能装置和失稳测试方法，并再现和研究岩石的失稳破坏现象，对于理解此类自然灾害和工程事故的发生机制和制定相应的防治措施有重要意义。目前市场上尚缺乏用于研究岩石失稳试验用的试验仪器及相应的失稳测试方法。

发明内容

本发明提供一种变刚度弹性储能装置及应用其测试岩石失稳的方法，该变刚度弹性储能装置具有占用空间小、刚度调整范围大、加工制作简便、维护和维修成本低、使用寿命长的特点；可以与多种岩石力学试验机组合使用，采用所述失稳测试方法，测试不同试验条件下岩石的失稳特性。

本发明的技术方案如下：

一种变刚度弹性储能装置，包括压头、导杆、底座、垫圈和碟簧，所述导杆垂直安装在所述底座的中心，所述垫圈和碟簧分别套装在所述导杆上，所述导杆的端头设有导向孔，所述压头的中心设有导向柱，所述导向柱与所述导向孔相匹配，所述导向柱放置在所述导向孔内。

所述的变刚度弹性储能装置，其优选方案为，所述底座的中心设有螺纹杆，所述导杆设有螺纹孔，所述螺纹杆与所述导杆的螺纹孔相匹配。

所述的变刚度弹性储能装置，其优选方案为，所述压头的四周设有凸台。

所述的变刚度弹性储能装置，其优选方案为，所述导向孔的孔壁上沿轴向方向设有凹槽。

所述的变刚度弹性储能装置，其优选方案为，所述碟簧采取叠合、对合和复合的不同方式进行组合，所述碟簧间涂抹润滑液。

所述的变刚度弹性储能装置，其优选方案为，所述导杆外包裹聚四氟乙烯层。

所述的变刚度弹性储能装置，其优选方案为，与单轴压缩试验机、真三轴压缩试验机、假三轴压缩试验机及剪切试验机配合使用，进行岩石力学试验，再现岩石失稳破坏过程和现象，对岩石失稳破坏特性进行研究。

应用上述的变刚度弹性储能装置测试岩石失稳的方法，包括以下步骤：

(1)试样准备：根据不同的试验准备不同的试样；对于单轴压缩试验和假三轴压缩试验，准备标准圆柱试样；对于岩石节理直剪试验，准备含单节理面试样；对于真三轴试验，准备立方体试验；

(2)变刚度弹性储能装置刚度选取：根据试样全应力-应变或者全应力-位移曲线，确定试样发生失稳的条件，进而确定变刚度弹性储能装置的刚度选取范围；

(3)变刚度弹性储能装置组装：根据发生失稳的刚度要求，选用合适的碟簧，以叠合、对合或复合的碟簧组合方式进行组合，然后与底座、垫圈和压头一起完成变刚度弹性储能装置的组装工作；