[發明專利]空間梯度應力再造裝置、方法及煤巖力學特性實驗方法

在審

• 申請號: 201811197342.1
• 申請日: 2018-10-15
• 公開（公告）號: CN109357936A
• 公開（公告）日: 2019-02-19
• 發明（設計）人: 王桂峰;黃炳香;金峰;竇林名;蔡武;袁曉園
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學
• 主分類號: G01N3/08
• 分類號: G01N3/08
• 代理公司: 南京天華專利代理有限責任公司 32218
• 代理人: 瞿網蘭

1.一種空間梯度應力再造裝置，其特征在于：它包括箱體(1)、載荷調節裝置、載荷輸出軸(3)和導向板(4)；所述載荷調節裝置包括多個平行放置的驅動軸(2)，驅動軸(2)位于箱體(1)內一側的底部有沿軸向間隔布置的多個斜面(22)，每根驅動軸(2)上的斜面(22)的傾斜角度相同或呈凸弧曲線布置，相鄰驅動軸(2)上的傾斜角度相同或也呈凸弧曲線布置，斜面(22)與載荷輸出軸(3)活動接觸，載荷輸出軸(3)底部穿過箱體底部及與箱體底部相連的導向板(4)后與加載塊(31)相連，載荷輸出軸(3)側面設有用于安裝薄片傳感器(33)的凹槽(32)，薄片傳感器(33)與信號采集裝置電氣相連。

2.根據權利要求1所述的空間梯度應力再造裝置，其特征在于：多個驅動軸(2)依次間隔反向布置在箱體(1)兩側；所述驅動軸(2)截面包括矩形和圓形，驅動軸(2)頂部與箱蓋(6)下表面接觸。

3.根據權利要求1所述的空間梯度應力再造裝置，其特征在于：所述導向板(4)底部安裝有可拆卸的凸臺(5)，凸臺(5)安裝在陣列加載塊(31)區域四條邊緣部位中的一部分或全部并用于形成梯度載荷的基值。

4.根據權利要求1至4任意一項所述的空間梯度應力再造裝置，其特征在于：所述驅動軸(2)通過液壓、電力、手動機械三種方式中的任意一種方式驅動。

5.根據權利要求1所述的空間梯度應力再造裝置，其特征在于：所述的驅動軸(2)連接獨立的驅動連接裝置(7)，驅動連接裝置(7)為加長推桿或齒輪或齒條結構。

6.一種空間梯度應力再造方法，其特征在于：空間梯度應力再造裝置的單個驅動軸(2)在動力源的帶動下沿軸向向箱體(1)內部運動，通過底部沿軸向間隔布置的多個斜面(22)同時驅動一排載荷輸出軸(3)向下運動，通過一排加載塊(31)在該驅動軸(2)的位置上對煤巖試樣(9)施加載荷；多個驅動軸(2)同時運動，驅動空間陣列布置的載荷輸出軸(3)和加載塊(31)在煤巖試樣(9)上形成空間陣列加載；精確控制各個階梯軸運動至不同的位置、以及對各個階梯軸(2)的多個斜面(22)設計不同的傾斜角度，在各個加載塊(31)接觸的煤巖試樣(9)上的局部位置施加不同應力，形成一系列不同的空間梯度應力加載。

7.根據權利要求6所述的空間梯度應力再造方法，其特征在于：利用凸臺(5)可在陣列加載塊(31)區域的邊緣部位增加固定的加載點，凸臺(5)同時作用于煤巖試樣，與陣列加載塊(31)相配合，可獲得更多變化形式的空間梯度應力加載。

8.根據權利要求6所述的空間梯度應力再造方法，其特征在于：通過在空間梯度應力再造裝置的加載塊(31)和凸臺(5)與煤巖試樣(9)之間放置0.1mm至5mm厚的應力整形片(8)，可獲得平滑的應力過渡。

9.一種應用空間梯度應力再造裝置的煤巖力學特性實驗方法，其特征在于：包括以下步驟：

(1)設計空間梯度應力再造裝置放置各個驅動軸(2)上的每個斜面(22)的傾角；

(2)將單個或多個空間梯度應力再造裝置安裝在單軸巖石力學試驗機、雙軸巖石力學試驗機或三軸巖石力學試驗機的三種中的任意一種上使用；

(3)調整空間梯度應力再造裝置的所有驅動軸(2)，將所有載荷輸出軸(3)復位到起始位置；

(4)通過單軸巖石力學試驗機、雙軸巖石力學試驗機或三軸巖石力學試驗機對煤巖試樣(9)施加均布載荷；

(5)精確控制空間梯度應力再造裝置的各個驅動軸(2)的運動位置，在煤巖試樣上再造一系列不同的空間梯度應力，通過薄片傳感器(33)監測每個載荷輸出軸(3)輸出的載荷；

(6)持續施加梯度應力加載，直至煤巖破壞；或保持當前梯度應力狀態，施加均布載荷或動載荷，直至煤巖破壞。

10.根據權利要求9所述的應用空間梯度應力再造裝置的煤巖力學特性實驗方法，其特征在于：在煤巖試樣(9)上，當動載荷施加面與梯度應力施加面為相對面時，通過所述應力監測裝置(33)監測動載荷引發的透射波。