[发明专利]全应变率动静组合加载多功能岩石力学试验系统与方法

说明书

本发明属于岩石物理力学试验领域，提供了一种全应变率动静组合加载多功能岩石力学试验系统与方法。其中，全应变率动静组合加载功能岩石力学试验系统包括反力框架，其由多块拼接式整板通过凸出结构拼接而成；反力框架的底部横梁上穿设有高度调整螺栓，高度调整螺栓用于支撑并调整试件的高度；蠕变加载机构，其安装在反力框架上，用于对试件施加恒定蠕变荷载；动静加载机构，其安装在反力框架上，用于对试件施加全应变率动静组合载荷，实现了深部地下工程围岩在多相多场复杂赋存条件下压缩、弯曲、剪切等物理力学特征精准分析的有益效果。

技术领域

本发明属于岩石物理力学试验领域，尤其涉及一种全应变率动静组合加载多功能岩石力学试验系统与方法。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

深部地下空间开发已成为当前重要的科技前沿之一，例如核废料的深层地质处理深度已达数百至千米，核心防护工程多处于千米以深，秦岭隧道深达1640m，锦屏水电站引水隧洞埋深2525m。然而，随着工程建设深度的不断增加，在工程的设计、施工及运营等方面，出现了诸多亟需解决的深部工程技术难题。深部岩体常处于高地应力、高渗透压、高地温的复杂地质环境，且常受到开挖卸荷、断层破断、爆破振动等多应变率复杂动态扰动荷载作用，在多因素耦合作用下深部地下工程围岩极易失稳并发生变形，弹性区积聚的弹性能迅速释放，围岩承载力快速下降，从而发生剧烈的动力灾害，造成巨大经济损失及人员伤亡。

为防治此类动力灾害必须系统认识深部地下工程围岩物理力学特性及动力学响应特征，然而现有研究手段中现场监测危险单一，理论研究进入瓶颈，数值模拟困难失真。岩石室内力学试验具有参数可定量、过程可重复、数据可采集等优势，是开展深部地下工程围岩特性研究最方便、最可靠的手段。

为此，迫切需要研发一台可综合考虑深部地下工程围岩多相多场赋存环境及多应变率动静组合应力条件的岩石力学试验系统，突破岩石力学试验中峰后压力快速补偿、全应变率动静荷载耦合施加、静态荷载长期稳定施加等难题。

发明人发现，目前已研发了多种功能新颖的岩石加载试验系统，但存在以下问题：试验框架笨重，不方便拆装运移；功能相对单一，无法形成岩石多相多场赋存环境；无法开展单轴压缩、三轴压缩、剪切、弯曲等力学试验；无法实现静态、准静载、低频交变、不同能量冲击等全应变率动静荷载定量耦合施加；试件峰后不能快速进行压力补偿，无法模拟围岩弹性能释放过程；不能长期稳定施加恒定蠕变荷载，影响岩石蠕变特性研究。

发明内容

为了解决上述背景技术中存在的至少一项技术问题，本发明提供一种全应变率动静组合加载多功能岩石力学试验系统与方法，其能够在注水、充气及加温条件下对岩石试件进行静态、准静态、低频交变、振动及冲击等全应变率动静荷载的组合加载，并可在岩石破坏后对试件进行快速压力补偿，从而深入研究深部地下工程围岩的静载强度、动载强度及蠕变等物理力学特性，更好地指导深部地下工程安全施工与稳定运营。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明的第一个方面提供一种全应变率动静组合加载功能岩石力学试验系统，其包括：

反力框架，其由多块拼接式整板通过凸出结构拼接而成；反力框架的底部横梁上穿设有高度调整螺栓，高度调整螺栓用于支撑并调整试件的高度；

蠕变加载机构，其安装在反力框架上，用于对试件施加恒定蠕变荷载；

动静加载机构，其安装在反力框架上，用于对试件施加全应变率动静组合载荷。

作为一种实施方式，所述动静加载机构包括冲击杆抬升机构和砝码抬升机构，冲击杆抬升机构用于施加低能量高频率的冲击荷载；砝码抬升机构用于施加高能量低频率的冲击荷载。