[发明专利]一种考虑冲击扰动的煤岩非对称荷载试验的蠕变机与方法

说明书

本发明属于岩石力学试验技术领域，具体涉及一种考虑冲击扰动的煤岩非对称荷载试验的蠕变机与方法。本发明包括支撑底座和用于真实再现深部开采过程中非对称荷载、侧向压力、冲击扰动耦合作用时煤岩的流变失稳过程的非对称荷载施加装置、冲击扰动施加装置和围压加载装置；非对称荷载施加装置的杠杆荷载装置向下压并通过刚性垫片和橡胶垫片向试样施加非对称荷载；所述围压加载装置的四个施加部件实现双向等压加载、不等压加载以及单侧加载；所述冲击扰动施加装置的施加装置上下移动带动冲击钢锤自试样的底部向试样施加冲击扰动。本发明可真实再现深部开采过程中非对称荷载、侧向压力、冲击扰动耦合作用时煤岩的流变失稳过程。

技术领域

本发明属于岩石力学试验技术领域，具体涉及一种考虑冲击扰动的煤岩非对称荷载试验的蠕变机与方法。

背景技术

深部地下采矿过程中的煤岩体长期处于高地应力的作用，表现出明显的蠕变特征。同时，机械凿岩与炸药爆破所产生的动态扰动也会作用于岩石。因此，深部地下矿山中的岩石处于高地应力与动态扰动的共同作用下，高地应力与动态扰动之间相互作用对岩体的变形与损伤演化起着重要作用。另外，受开挖或煤柱留设的影响，煤岩体时常会受到非对称荷载的作用，非对称荷载的存在可能会加速煤岩蠕变三阶段的持续时间，使均布荷载作用时可维持稳定的岩体发生提前破坏。因此，有必要开展动力扰动作用下，非对称荷载与围压共同作用时煤岩蠕变试验研究。

现在的蠕变持久试验机，其主要用于金属、非金属材料的拉伸、压缩持久、蠕变、松弛试验以及低周疲劳和蠕变疲劳试验，按结构和原理分为机械式、电子式两种。由于电子式试验机测力系统的温度漂移和标定值漂移无法彻底消除，所以往往不能够进行长时间蠕变测试，而现有机械式的蠕变试验机虽然采用杠杆式的结构，但没有能够用于同时开展冲击扰动大小/频次、不同侧压比值、荷载非对称程度对煤岩蠕变影响研究的蠕变试验机。

发明内容

本发明要解决上述问题，提供了一种考虑冲击扰动的煤岩非对称荷载试验的蠕变机与方法。

本发明采用如下的技术方案实现：一种考虑冲击扰动的煤岩非对称荷载试验的蠕变机与方法，包括支撑底座和用于真实再现深部开采过程中非对称荷载、侧向压力、冲击扰动耦合作用时煤岩的流变失稳过程的非对称荷载施加装置、冲击扰动施加装置和围压加载装置；

所述非对称荷载施加装置包括杠杆荷载装置、刚性垫片和橡胶垫片，杠杆荷载装置连接在支撑底座的上方，刚性垫片和橡胶垫片并排紧挨着铺设在试样的上表面，刚性垫片和橡胶垫片均可拆卸连接于杠杆荷载装置的底部，杠杆荷载装置向下压并通过刚性垫片和橡胶垫片向试样施加非对称荷载；所述围压加载装置包括前后左右四个施加部件，四个施加部件两两对称设置，四个施加部件实现双向等压加载、不等压加载以及单侧加载；所述冲击扰动施加装置连接在支撑底座的顶部，冲击扰动施加装置包括施加装置和冲击钢锤，施加装置上下移动带动冲击钢锤自试样的底部向试样施加冲击扰动。

进一步的，所述非对称荷载施加装置的杠杆荷载装置包括支撑立柱、铰链、传压横梁和砝码盘；

所述支撑底座通过底座螺栓固定在地面上，支撑立柱螺纹连接在支撑底座一侧的顶部，传压横梁的一端通过铰链转动连接在支撑立柱的顶端，刚性垫片和橡胶垫片连接于传压横梁上靠近支撑立柱位置处的下方，传压横梁另一端的下方可拆卸连接有砝码盘。

进一步的，所述刚性垫片和橡胶垫片上均连接有传压杆；

所述传压横梁上连接刚性垫片和橡胶垫片的位置设有一条滑槽，传压杆穿过滑槽并且通过固定螺母连接紧固。

进一步的，所述冲击扰动施加装置包括支座螺栓、固定支座、弹簧底座、弹簧、套管和弹簧拨片；

所述固定支座通过支座螺栓可拆卸连接于支撑底座的顶部，套管连接在固定支座的顶部，套管内部的底端可拆卸连接有弹簧底座，弹簧底座的顶部可拆卸连接有弹簧，弹簧的顶部可拆卸连接有冲击钢锤；

套管的一侧自下至上设有一条割缝，弹簧顶端的一侧设有弹簧拨片，弹簧拨片与割缝构成移动副，割缝的两侧自下至上设有刻度尺。