[发明专利]动静载荷与裂隙压力耦合破裂岩石力学试验装置及其方法

说明书

本发明涉及动静载荷与裂隙压力耦合破裂岩石力学试验装置及其方法，装置包括：动载荷加载装置、静载荷加载装置、试件、入射杆、透射杆、数据采集装置、数据处理装置、连接架、液压泵、限位板、高速显微摄像机、裂缝压力加载头、钢丝和加压气囊，在试件上开有预制裂隙，在预制裂隙的一开口端装有限位板，在限位板的两端穿过钢丝，在钢丝的两端装有钢丝预紧夹，加压气囊装在钢丝和限位板所限定的预制裂隙内，加压气囊上装有裂缝压力加载头，裂缝压力加载头穿过限位板并通过液压管线与液压泵相连，在试件的预制裂隙上方装有高速显微摄像机，高速显微摄像机与数据处理装置相连，本发明实现了在试验室条件下，对含有裂隙压力岩体的动态力学特性的测定。

技术领域

本发明涉及破断岩体力学，属于矿山岩石力学领域，具体地涉及了一种动静载荷与裂隙压力耦合破裂岩石力学试验装置及其方法。

背景技术

脆性岩石的破坏和裂纹传播规律一直是岩石断裂力学和矿山岩体力学研究的重要方向。岩石的破裂不仅与岩石的静载和冲击载荷有关，还与岩石内部的孔隙大小，孔隙流体及其压力息息相关。岳中琦等人对孔隙内的流体进行过研究，得出许多地质现象都与孔隙内的气体包裹体有关，但这些研究多是理论上的推导，并没有相关的设备及其试验研究介绍。对裂隙研究方法多数是通过试验室对岩石试件进行各种加载从而得到相关的岩石破坏规律。由于岩石试件取件困难和技术条件的限制，几乎不可能取到能满足试验要求的含有孔隙压力的裂纹试件，也就很难对岩体中孔隙压力对岩体破坏的影响进行研究。因此，要研究孔隙压力对岩体的影响，就需要通过人为制备预制裂隙并加压。本发明的目的就是解决上述难题和弥补当前在裂纹压力研究方面的不足。

目前，对含预制裂纹岩石试样加载的方式多种多样，有许多学者也进行过相关的研究。专利201610452297.4公开“一种静载与水压耦合作用破岩装置及其使用方法”，该方法介绍了在静载作用下以及在岩体内部注入水压作用下的岩石破坏行为，利用贴片进行应变观测。该方法用于研究岩石在静载和水压作用下变形和破坏强度等确实是一种较先进方法。但这种方法内部注压采用埋设法，无法实现对预制裂隙的观测，且观测方法单一，无法对含有裂隙压力的裂隙的发育过程进行监测和研究，另外该方法只是在静载下的内部注水加压耦合，无法对动载作用下的岩石破坏行为进行观测。

发明内容

为了解决上述问题，本申请的发明目的是提供一种动静载荷与裂隙压力耦合破裂岩石力学试验装置，它可以实现对裂隙压力及动静载荷作用下动态力学特性的测定。

为了完成本申请的发明目的，本申请采用以下技术方案：

本发明的一种动静载荷与裂隙压力耦合破裂岩石力学试验装置，它包括：动载荷加载装置、静载荷加载装置、试件、入射杆、透射杆、数据采集装置、数据处理装置和连接架，在连接架上装有试件，在试件的两端分别装有入射杆和透射杆，试件、入射杆和透射杆在同一直线上，动载荷加载装置对入射杆进行加载，静载荷加载装置对透射杆进行加载，在入射杆和透射杆上贴有应变片，应变片通过导线与数据采集装置相连，数据采集装置与数据处理装置相连，其中：它还包括：液压泵、限位板、高速显微摄像机、裂缝压力加载头、钢丝和加压气囊，在试件上开有预制裂隙，在预制裂隙的一开口端装有限位板，在限位板的两端穿过钢丝，在钢丝的两端装有钢丝预紧夹，加压气囊装在钢丝和限位板所限定的预制裂隙内，加压气囊上装有裂缝压力加载头，裂缝压力加载头穿过限位板并通过液压管线与液压泵相连，在试件的预制裂隙上方装有高速显微摄像机，高速显微摄像机与数据处理装置相连；

本发明的一种动静载荷与裂隙压力耦合破裂岩石力学试验装置，其中：所述预制裂隙是开在试件上的通孔，在预制裂隙的另一开口端的钢丝上套有气囊限位管，以保护加压气囊，限位板为圆弧形板，它与试件贴合在一起，在所述裂缝压力加载头上装有加压头固定螺母和螺母垫片，螺母垫片装在限位板上，裂缝压力加载头的外侧有螺纹，通过加压头固定螺母将裂缝压力加载头固定在限位板上；

本发明的一种动静载荷与裂隙压力耦合破裂岩石力学试验装置，其中：在所述液压管线上还装有压力表和压力开关；