[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

说明书

本发明提供了一种应力梯度加载试验装置及精确确定加载能量的方法，涉及岩石力学试验技术领域，装置包括上承压板、试样固定装置、应力传递装置和模拟试件，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，计算机处理应力和应变监测数据，应力传递装置是多个板状高强材料组合而成，模拟试件内开设有模拟巷道，模拟试件设置有应变片和应力传感器；利用该装置进行试验，通过应力传递装置的不同刚度板状高强材料实现应力梯度加载，试验时计算其弹性应变能，结合试验机施加的能量计算出作用在模拟试件上的加载能量；实现了应力梯度加载，并可以实时确定加载能量。

技术领域

本发明涉及岩石力学试验技术领域，尤其是一种应力梯度加载试验装置及精确确定加载能量的方法。

背景技术

岩石力学试验机主要包括岩石单轴试验机和岩石三轴试验机，岩石力学试验是本领域研究的重要手段之一，岩石力学试验机能比较完整地模拟岩土在原始地应力状态下的力学性能。由于深部岩石处于复杂的应力状态，采矿工程中所遇到的岩体或矿体冲击地压问题，需要从能量的角度来研究岩石的力学性质。现有的岩石力学试验机可以应用于高围压的岩石三轴剪切试验、围压恒定条件下的岩石三轴蠕变实验；可以根据要求设定试验参数，整个试验过程采用微机控制，自动记录试验数据，其自动化程度较高。但是现有的岩石力学试验机难以实现应力梯度的加载，在同一加载平面上施加非均匀的梯度应力加载。

在矿山施工过程中，由于地下工程围岩所受应力在各个面上非均匀分布，尤其是冲击地压危险区域，岩体内部应力容易产生集聚，因此岩石失稳及破坏更容易。围岩积聚的弹性能迅速释放导致冲击地压动力灾害，构造应力、采掘扰动影响，有学者认为能量积聚是冲击地压发生的根本原因；发生冲击地压的不同阶段，分别是冲击地压孕育前期弹性能量累积大于能量耗散，后期弹性能的累积小于能量耗散，孕育前期时间越长冲击地压释放的能量就越大。但是现有的岩石力学试验装置及试验方法难以实现对加载能量的监测，尤其是岩石试件的破坏与加载能量的关系难以确定，为了从能量的角度更好的研究试件的岩石力学性能，需要对现有的装置及试验方法做进一步的改进。

发明内容

为了实现应力梯度加载，并可以实时确定加载在模拟试件上的能量，得到试样破坏时的能量，本发明提供了一种应力梯度加载试验装置及精确确定加载能量的方法，具体技术方案如下。

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；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。

优选的是，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。

优选的是，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。

一种应力梯度加载试验精确确定加载能量的方法，利用上述的一种应力梯度加载试验装置，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；