[發明專利]基于DIC及聲發射監測的充填體-巖石界面裝置及方法

在審

• 申請號: 202210281556.7
• 申請日: 2022-03-21
• 公開（公告）號: CN114878358A
• 公開（公告）日: 2022-08-09
• 發明（設計）人: 侯晨;楊柳君;朱萬成;劉溪鴿;關凱;李磊;杜加法
• 申請（專利權）人: 東北大學
• 主分類號: G01N3/24
• 分類號: G01N3/24;G01N3/06;G01N3/02
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責任公司 21212
• 代理人: 張闖;李洪福

本發明提供一種基于DIC及聲發射監測的充填體?巖石界面裝置及方法，屬于充填體與圍巖相互作用技術領域，裝置位于DIC及聲發射監測環境下，其包括試驗平臺、水平反力架、豎直反力架、水平加載裝置、豎直加載裝置、剪切盒、剪切力荷重傳感器、豎向壓力荷重傳感器、水平位移傳感器、豎向位移傳感器等結構。本發明可研究充填體?巖石界面的力學參數、應變場分布及剪切破壞過程的聲發射特征，達到充填體?巖石界面剪切劣化過程的可視化及定量化的目標，解決現有的直剪儀不可視，盲目剪切及測試結果單一的問題。

技術領域

本發明涉及充填體與圍巖相互作用技術領域，具體而言是一種基于DIC及聲發射監測的充填體-巖石界面裝置及方法。

背景技術

充填法采礦在維持地下空區穩定性及廢棄尾砂的綠色應用起到至關重要的作用。隨著流入到采空區的充填料漿的硬化，進而與圍巖體產生相互作用，以抵抗圍巖的變形。充填體-巖石界面通常被認為是充填體結構中最為薄弱的區域之一，界面的存在顯著的削弱充填體結構的力學性質及其穩定性。然而，充填體-巖石界面處因裂紋的萌發及拓展而造成界面處損傷及劣化的問題，尚未探究清楚，制約充填法采礦在礦山工程中的合理設計。

目前，國內外學者針對充填體與圍巖相互作用開展眾多的力學特性研究。直剪儀作為一種操作簡易、試驗過程簡單的試驗儀器，可為剪切強度的獲取提供有效的測試方法。由于傳統直剪儀存在剪切盒尺寸較小，無法實現較大尺寸試樣的試驗，使得試驗測試得出的數據具有尺寸效應。且由于傳統上、下剪切盒全封閉的限制，試驗結果僅能測得抗剪強度及強度參數，對于剪切試驗過程中試樣的損傷、破壞的過程無法觀測及定量化分析，然而對于組合材料的剪切破壞過程對其認識其破壞機理具有重要的作用，因此，有必要提供能實現剪切過程可視化及剪切破壞定量化目標的相應試驗裝置及測試方法。

發明內容

根據上述技術問題，而提供一種基于DIC及聲發射監測的充填體-巖石界面裝置及方法。

本發明采用的技術手段如下：

一種基于DIC及聲發射監測的充填體-巖石界面裝置，裝置位于DIC及聲發射監測環境下，其包括試驗平臺，試驗平臺上表面固定有底座，且試驗平臺的兩端分別固定有豎直設置的固定板；兩個固定板之間固定有水平反力架，水平反力架包括兩根水平設置的水平反力桿，兩個水平反力桿的端部通過第一橫梁連接為一體，且兩個第一橫梁分別與兩個固定板固定連接；

試驗平臺上設有豎直反力架，豎直反力架包括兩個豎直設置的豎直反力桿，豎直反力桿的底部穿過底座，且兩個豎直反力桿的端部通過第二橫梁連接為一體；豎直反力桿位于底座上方的部分套有彈簧；試驗平臺在底座的下方設置有驅動位于下方的第二橫梁向下運動的豎直加載裝置；

底座上設置有與底座滑動連接的剪切盒，剪切盒內裝有立方體試樣，且剪切盒位于豎直反力架的下方，剪切盒的頂部設有豎向壓力荷重傳感器；剪切盒包括頂板、底板和約束外罩；頂板和底板均為L形板，且頂板和底板中心對稱；

其中一個固定板上設有驅動底板在底座上水平滑動的水平加載裝置，且另外一個固定板所靠近的第一橫梁上安裝有剪切力荷重傳感器，且剪切力荷重傳感器的測量端與頂板的豎直部連接；

底座上設有用于測量底板水平位移的水平位移傳感器；

豎直反力架上方設有用于測量第二橫梁豎直位移的豎向位移傳感器。

優選地，底座上設有水平設置的滑動軌道，且底板的底部具有與滑道軌道相配合的滑槽。

優選地，水平加載裝置包括固定在固定板上的伺服電機，伺服電機的輸出端與蝸輪蝸桿絲杠加載裝置的蝸桿連接，蝸桿驅動蝸輪轉動，蝸輪帶動蝸輪中心的絲桿螺母旋轉，驅動絲桿水平運動，絲桿與位于導向輪組上的傳力桿的一端連接，傳力桿的另一端與底板的豎直部的中心連接。

優選地，導向輪組包括固定在試驗平臺上的兩排導向輪，且兩排導向輪呈八字形分布，傳力桿位于兩排導向輪之間。