[发明专利]一种应力梯度加载试验装置及精确确定加载能量的方法

权利要求书

1.一种应力梯度加载试验装置，包括岩石力学试验机、上承压板、试样固定装置、应力传递装置和模拟试件，试样固定装置设置在岩石力学试验机的试验台上；其特征在于，所述模拟试件置于试样固定装置的侧挡板之间，应力传递装置压设在模拟试件上表面，上承压板压设在应力传递装置上方；所述试样固定装置呈U形，包括底部挡板和2个侧挡板；所述应力传递装置包括多个板状高强材料，板状高强材料根据刚度大小组合排列，所述多个板状高强材料共同传递上承压板的加载压力；所述模拟试件内开设有模拟巷道，模拟巷道的顶底板和巷帮均设置有多个应变片，模拟试件上部设置有应力传感器；岩石力学试验机的加载系统、应变片和应力传感器分别与计算机相连；所述应力传递装置配合固定装置的侧挡板安装，应力传递装置和侧挡板之间接触面光滑，岩石力学试验机的压头压设在上承压板上；所述上承压板为实心钢板，上承压板的厚度小于试样固定装置侧挡板的厚度。

2.一种应力梯度加载试验精确确定加载能量的方法，利用权利要求1所述的一种应力梯度加载试验装置，其特征在于，步骤包括：

步骤一.制作模拟试件，模拟试件内开设有模拟巷道，布设应变片和应力传感器；

步骤二.养护好的模拟试件置于试样固定装置的侧挡板之间；

步骤三.将排列好的多个板状高强材料组成的应力传递装置放置在模拟试件上方，多个板状高强材料均匀的压设在模拟试件上，分呈条形区域施加载荷；其中，σ_i为各个板状高强材料的应力，E_i为各个板状高强材料的弹性模量，ε为板状高强材料的应变，i为板状高强材料的编号取正整数；

步骤四.上承压板压放置在应力传递装置上方，通过岩石力学试验机加载；加载过程中：

满足σ_i/E_i＝ε，板状高强材料的弹性模量越大，传递的应力也越大；

步骤五.分区域计算施加在模拟试件上的能量，通过计算机计算并显示各个板状高强材料的弹性应变能，岩石力学试验机的加载能量；加载能量转化为弹性应变能和施加在模拟试件上的能量；

其中，弹性应变能根据公式计算，P为应力传递装置施加的应力根据应力传感器监测得到，Δl为模拟试件的变形量根据应变片监测得到；加载能量根据压头的加载力F和位移Δx计算得到；

步骤六.记录岩石力学试验机加载直至模拟试件破坏过程中的能量变化。