[发明专利]一种岩石试样块应力场模拟装置

说明书

一种岩石试样块应力场模拟装置，包括应力组件，所述应力组件包括：一对第一侧板，所述第一侧板相对设置，并且所述第一侧板的端部设有安装通孔；一对第二侧板，所述第二侧板相对设置，并且所述第二侧板的端部穿过所述安装通孔；锁紧螺杆和螺母，所述锁紧螺杆的两端连接于所述一对第一侧板之间和所述一对第二侧板之间至少之一，所述螺母通过螺纹连接于所述锁紧螺杆；加热块，与所述锁紧螺杆接触。上述的岩石试样块应力场模拟装置通过加热块对锁紧螺杆加热使得锁紧螺杆伸长，然后螺母使得第一侧板和/或第二侧板相对移动以对位于石仓内的岩石试样块施加应力场，结构简单、经济实用、便于安装、操作方便。

技术领域

本发明涉及岩土隧道设备领域，尤其是一种岩石试样块应力场模拟装置。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本发明公开相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

赋存于地层中的岩体，尤其是深部岩层中的天然岩体，一方面，由于受到重力、板块运动及地壳收缩等因素的影响，受到地应力作用(俗称围压)，处于地应力场中；另一方面，由于受到地热源、切削热等影响，承受温度载荷作用，处于温度场中。《深部地应力场下煤系岩石力学性质变化规律》、《热力射流温度场及温度应力数值模拟研究》等一系列文献表明，所述地应力场和温度场均影响了岩石自身物理力学性质、岩石破碎/破坏机制等，以及影响了开挖装置的破岩载荷特性、破岩效率和使用寿命等，使得岩体表现出的本构特性与无地应力室温条件下(如实验室环境下制备的普通岩石试样块)的截然不同。《不同温度-应力场下泥岩蠕变特性及本构模型》、《温度和应力耦合作用下砂岩破坏的细观试验研究》、《冻融与荷载耦合作用下岩石损伤模型的研究》、《Experimental study on thethermalcharacteristics of rock at low temperatures》等文献进一步研究表明，地应力场-温度场的耦合作用对岩石的蠕变力学特性、损伤力学特性、断裂力学特性等产生了严重影响，因此，在研究岩石力学与岩土工程学问题时，尤其是涉及诸如大埋深TBM隧道工程中的刀具破岩机理、深部天然气及固体矿产资源的开采开挖机理、水电工程中高坝深埋引水隧洞中边坡稳定等深地工程相关的研究领域时，需要分别考察岩体地应力和温度场的作用以及地应力-温度场耦合作用效应，并应在相应的试验中模拟出岩体所处多场耦合状态，以便得到与天然赋存岩体相接近的物理力学状态。

以模拟岩石地应力场为例，对于深部岩层中的完整天然岩体而言，因其处于三轴地应力状态，可采用传统的真三轴扰动试验台(采用三向液压缸对顶)或三轴岩石物理力学性能测试试验机(通常采用油浴加压)等试验加载装置向岩石试样块施加三轴地应力。以在TBM标准线切割试验台的基础上，开展TBM刀盘刀具破岩实验为例，为了模拟出真实掘进环境下岩石具有的平面地应力场状态，理论上可参考当前现有的两轴岩石物理力学性能测试试验机的地应力场模拟原理，采用两对液压缸对顶的方式向岩石试样块的侧面施加平面地应力；此时，岩石试样块的底部牢固装夹于TBM标准线切割试验台的石仓内，岩石试样块的上表面则留出作为刀具切削表面。然而，由于TBM线切割试验所需岩石试样块的尺寸较大(例如，为了避免岩石试样块尺寸过小引起边界效应，文献《Disc cutting tests inColorado Red Granite:Implications for TBM performance prediction》中采用了1.1×0.8×0.6m的花岗岩试样)，若模拟给定地应力水平，则所需液压缸额定工作压力或液压缸尺寸规格较高，相应地所配置的液压泵站系统更复杂(含高压泵、增压缸等)，并对模拟加载装置的刚强度、系统密封性能和可靠性提出了极高要求，实施成本较高。

发明内容

鉴于以上内容，有必要提供一种结构简单、便于安装的岩石试样块应力场模拟装置。

一种岩石试样块应力场模拟装置，包括应力组件，所述应力组件包括：