[發(fā)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?zhí)枺?/td>: 201811197342.1
• 申請日: 2018-10-15
• 公開（公告）號: CN109357936A
• 公開（公告）日: 2019-02-19
• 發(fā)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(yè)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(wǎng)蘭

一種空間梯度應力再造裝置、方法及煤巖力學特性實驗方法。多個平行的驅動軸依次間隔反向布置在箱體兩側，驅動軸上有沿軸向間隔布置的多個斜面。載荷輸出軸的上端接觸驅動軸上的斜面、下端連接加載塊形成載荷加載點?？臻g陣列布置的載荷輸出軸和加載塊在煤巖試樣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、以及對各個階梯軸的多個斜面設計不同的傾斜角度，在各個加載塊接觸的煤巖試樣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。本發(fā)明能夠在實驗室煤巖試樣上再造空間梯度應力加載，且可以精準控制及監(jiān)測每個載荷輸出軸的輸出載荷，研究不同梯度應力場下的煤巖的力學特性和變形破壞特征。

技術領域

本發(fā)明涉及一種空間梯度應力再造裝置、方法及煤巖力學特性實驗方法，屬于巖石力學實驗領域。

背景技術

目前，許多地下工程逐漸走向深部，高強度煤巖動力災害頻繁發(fā)生。實驗室研究煤巖動力災害機理是研究相應監(jiān)測和防治方法的前提工作。而實驗室對應力的模擬往往是對煤巖樣進行均勻壓縮加載。而在地下空間工程中，煤巖體中的應力分布往往是空間非均勻、有梯度的，空間應力分布形態(tài)與煤巖動力載荷能否發(fā)生、發(fā)生模式有著密切的關系。復雜、不利的應力分布形態(tài)往往更容易誘發(fā)煤巖失穩(wěn)產生沖擊地壓，其能量釋放更易呈現(xiàn)災變式的破壞。

目前，煤巖試樣多為圓柱形或立方形試樣，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進行煤巖的力學實驗，但是該種方法只能對煤巖試樣的某個方向上進行均勻加載實驗，而在實驗室對煤巖試樣實現(xiàn)陣列式梯度應力加載面臨很多難題。對于小尺寸的煤巖試樣，尤其對于小尺寸煤巖樣，如：100mm×100mm×100mm左右的煤巖試樣，要在空間上實現(xiàn)一系列不同形態(tài)的梯度應力加載場進行加載實驗，至少在每一排和每一列方向上均布置5個獨立的加載單元，但是如此細小的伺服作動器制作困難，且在微小的面積上實現(xiàn)數(shù)十至上百兆帕的加載應力難以實現(xiàn)。而對于大尺寸相似模擬試樣，配備數(shù)十個獨立伺服作動器的整套加載系統(tǒng)成本高、研制困難，且實驗工程量大，很難開展一系列不同梯度應力的靜動組合加載。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有的煤巖力學特性實驗裝置結構復雜，無法地小面積試驗上加載梯度應力的問題，設計一種空間梯度應力再造裝置，同時提供相應的再造方法及煤巖力學特性實驗方法，通過本裝置及方法，能夠在實驗室針對小尺寸煤巖試樣，尤其是針對尺寸為100mm×100mm×100mm左右的煤巖試樣，再造空間上非均勻、有梯度的應力加載，且可以精準控制及監(jiān)測每個載荷輸出軸的輸出載荷，研究不同梯度應力場下的煤巖力學特性和變形破壞特征。

本發(fā)明的技術方案之一是：

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(jié)裝置、載荷輸出軸3和導向板4；所述載荷調節(jié)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。

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。

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(qū)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。

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。

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。

本發(fā)明的技術方案之二是：