[发明专利]一种模拟岩体的高水压加载装置及方法

说明书

本发明涉及一种模拟岩体的高水压加载装置及方法。本发明的水压加载装置，包括轴心线呈水平状的围压筒，所述围压筒固定在支座上，围压筒的两端分别固定有端盖，端盖与围压筒间设置有橡胶圈；端盖的轴心线上布有阶梯通孔，阶梯通孔中配有大端朝里的T型堵头，T型堵头上依次套有压盖、密封圈，压盖紧固在端盖的里侧，压盖将密封圈压紧在端盖阶梯通孔的台阶上；所述围压筒的顶部设有排气孔，排气孔上配有螺纹堵头；围压筒的底部设有进水孔，进水孔连接一个手动试压泵。本发明通过围压筒对岩石试样施加水压，在室内实现了岩石在高水压条件下的力学性能测定，围压筒内水压最高可达50MPa，且能维持12—24小时水压不变。

技术领域

本发明涉及标准岩石试样(岩体)的水压加载技术，特别是一种模拟岩体的高水压加载装置及方法。

背景技术

水是影响地下工程中岩体稳定性的重要因素之一。水岩之间复杂的物理、化学以及力学作用会对岩石的强度特性、变形特性、渗透特性和破坏特征等造成不可忽视的影响，使岩石的力学特性表现出一定程度的弱化现象。由于水对岩石具有软化、溶蚀和水楔作用，当水分子进入岩石颗粒间隙后，会削弱颗粒之间的凝聚力，使得岩石强度降低。从而使岩石得以软化，表现为强度和变形参数有所降低。水同时是一种溶剂，可以溶解岩石中的一些矿物成分，使得岩石内部产生不均匀应力或部分胶结物被溶解，对岩石起到了溶蚀作用。除此之外，岩石在压缩时其孔隙体积的减少会引起孔隙水压增加，使得裂纹附近产生了附加应力，进一步导致裂纹扩展，最终表现为岩石屈服和峰值极限降低。因此，研究岩石和水的相互作用关系，是一项具有理论研究和实际工程应用价值的重要课题。

在研究水压对岩石力学性能影响方面，常规三轴压缩试验装置及方法经常被采用。然而此类试验装置及方法不容易模拟高水压环境，且很难保证其稳定性。

发明内容

本发明的目的是提供一种模拟岩体的高水压加载装置及方法，其围压筒内水压最高可达50MPa，且能维持12—24小时水压不变。

本发明的技术方案：

一种模拟岩体的高水压加载装置，包括轴心线呈水平状的围压筒，所述围压筒固定在支座上，围压筒的两端分别固定有端盖，端盖与围压筒间设置有橡胶圈；端盖的轴心线上布有阶梯通孔，阶梯通孔中配有大端朝里的T型堵头，T型堵头上依次套有压盖、密封圈，压盖紧固在端盖的里侧，压盖将密封圈压紧在端盖阶梯通孔的台阶上；所述围压筒的顶部设有排气孔，排气孔上配有螺纹堵头；围压筒的底部设有进水孔，进水孔连接一个手动试压泵。

所述围压筒内水压最高可达50MPa，且能维持12—24小时水压不变。

在端盖的外侧设置有两个对称的盲螺孔。

一种模拟岩体的高水压加载方法，包括以下步骤：

首先准备好岩石试样和支撑岩石试样的半圆环垫块，并对岩石试样进行烘干，称得其烘干质量为m₁，然后将其放入水中浸泡18—23天，直到其质量不再变化为止，称得其饱和质量为m₂；其次将压盖、三个密封圈依次套在T型堵头上，并将T型堵头插入端盖的阶梯通孔中，压盖紧固在端盖的里侧；然后将半圆环垫块、岩石试样放入围压筒内，分别将端盖紧固在围压筒的两端，端盖与围压筒间垫有橡胶圈；再后下压手动试压泵，逐渐往围压筒内注水，待围压筒内的水从顶部排气孔溢出时，用螺纹堵头封堵排气孔；继续注水，并观察手动试压泵的压力表，待水压稳定在设定的压力值P时，停止注水，让岩石试样在围压筒内待4—6小时；最后打开手动试压泵的阀门，待围压筒内的水流出后，拆下围压筒上的端盖，取出岩石试样称得质量为m₃。

本发明通过围压筒对岩石试样施加水压，在室内实现了岩石在高水压条件下的力学性能测定。与现有常规装置相比，本发明更好的提升整体的密封性能，围压筒内水压最高可达50MPa，且能维持12—24小时水压不变。本发明的试验装置结构简单，可重复使用，易操作，简化了试验过程，成本较小。

附图说明