[发明专利]应力梯度自动化加载装置及加载方法

说明书

本发明公开了一种应力梯度自动化加载装置，包括刚性框架，刚性框架内设有四个刚性加载侧板，四个刚性加载侧板围成方形加载腔，刚性框架上还设有将方形加载腔两端封闭的端盖，加载腔内匹配安装有传力组件，传力组件的中部形成有圆柱形的试样装载腔，传力组件包括弹性圆柱套管、套设在弹性圆柱套管外的弹性圆台以及套设在弹性圆台外的方形弹性体，还包括设置于刚性框架内分别对四个刚性加载侧板施力的加载系统。本发明还公开了一种采用上述装置的加载方法。本发明具有结构简单、操作方便、可以实现试样轴向应力的梯度加载的特点。

技术领域

本发明涉及一种岩体力学性能测试装置，尤其涉及一种应力梯度自动化加载装置及加载方法。

背景技术

人类必须向地球深部进军,已成为全球科学家的共识，当前制约岩体深部工程的因素主要是“三高一扰动”即为高地应力,高地温,高渗透压、以及强烈开采扰动。岩体的稳定性研究是深部工程开展的前提，为此，国内外学者广泛开展了到高地应力下岩石在高地温、高渗透压及开采扰动下的力学响应的探索。当前对于岩石在高应力下岩石对不同影响因素的响应的研究过程中，施加的应力通常是恒定的，然而，无论是采矿巷道、硐室工程，隧道工程，或者人防工程等，围岩周边受到的压力均为梯度应力。现有的研究没能反映岩石的真实受力状况，这导致了岩石力学的实验室研究与现场应用的脱节，制约了岩石工程的发展。当前对于在应力梯度下其他因素对于岩石力学性质及稳定性的影响仅限于数值计算，究其原因在于没能开发出一套在岩石静态、动态力学实验中施加应力梯度的关键设备。

发明内容

本发明所要解决的第一个技术问题在于提供一种能够对岩石试样施加梯度应力的应力梯度自动化加载装置。

本发明所要解决的第二个技术问题在于提供一种采用上述装置的加载方法。

为解决上述第一个技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种应力梯度自动化加载装置，包括刚性框架，刚性框架内设有四个刚性加载侧板，四个刚性加载侧板围成方形加载腔，刚性框架上还设有将方形加载腔两端封闭的端盖，加载腔内匹配安装有传力组件，传力组件的中部形成有圆柱形的试样装载腔，传力组件包括弹性圆柱套管、套设在弹性圆柱套管外的弹性圆台以及套设在弹性圆台外的方形弹性体，还包括设置于刚性框架内分别对四个刚性加载侧板施力的加载系统。

进一步的，加载系统包括分别设置在四个刚性加载侧板外侧的四个液压缸。

进一步的，四个刚性加载侧板的内侧面上均设有滑槽，四个刚性加载侧板通过滑槽顺次滑动连接，位于液压缸两侧的刚性加载侧板上的滑槽的延伸方向与该液压缸的加载方向平行。

进一步的，端盖采用钢化玻璃制作。

进一步的，加载系统还包括液压工作站，四个液压缸通过分管连接至液压工作站，各分管上均设有管路开关和压力表。

一种加载方法，使用上述加载装置，包括如下步骤：

步骤一：首先将弹性圆台、方形弹性体依次套在弹性圆柱套管外组成传力组件，将所需测试的试样放入弹性圆柱套管中，最后将传力组件放置在四块刚性加载侧板之间并将端盖固定于刚性框架上；

步骤二：启动液压工作站和液压控制开关，使得液压油沿分管传入液压缸，液压缸带动刚性加载侧板相向运动，实现加载腔内方形弹性体的加压，进而实现弹性圆台的加压；

步骤三：当需要对试样进行轴向应力梯度加载轴向均匀加载时，调节管路开关，参照压力表使得液压缸的压力相等，以实现试样的周向均压加载，同时由于弹性圆台的轴向外径不同，造成的弹性圆台变形不同，试样的轴向方向的应力也不同，实现试样截面周向压力相同的情况下轴向应力梯度加载；