[發明專利]真三軸加載裝置、巖石力學性能及損傷方向性測試方法

有效

• 申請號: 202211592816.9
• 申請日: 2022-12-13
• 公開（公告）號: CN115655905B
• 公開（公告）日: 2023-03-17
• 發明（設計）人: 李遠;趙亮;范棟玨;涂才滔;吳梓琪;李慶文;喬蘭
• 申請（專利權）人: 北京科技大學;北京科技大學順德創新學院
• 主分類號: G01N3/12
• 分類號: G01N3/12
• 代理公司: 北京市廣友專利事務所有限責任公司 11237
• 代理人: 張仲波

本發明涉及巖石力學真三軸試驗技術領域，特別是指一種真三軸加載裝置、巖石力學性能及損傷方向性測試方法，包括：高壓密封艙體、豎向剛性加載裝置、柔性加載系統和超聲波監測系統，柔性加載系統包括環形支撐反力架，環形支撐反力架安裝于高壓密封艙體內，環形支撐反力架內側面固定一對柔性活塞盒，柔性活塞盒內部空腔嵌套聚氨酯橡膠皮囊，被測巖石置于一對所述柔性活塞盒之間；超聲波監測系統包括n個超聲波干耦合探頭，其中，n/2個超聲波干耦合探頭布置于被測巖石x方向的第一測面，n/2個超聲波干耦合探頭布置于被測巖石x方向的第二測面。本發明能夠三向獨立加載，真實反應被測巖石的力學性能和損傷方向性（各向異性）。

技術領域

本發明涉及巖石力學真三軸試驗技術領域，特別是指一種真三軸加載裝置、巖石力學性能及損傷方向性測試方法。

背景技術

對巖土材料的力學及變形性能試驗研究是建立巖土本構模型的基礎，土工試驗也是用來用來完善巖土體的發展理論及計算方法的有效手段，尤其是關于巖土材料三向受力變形特征的研究對于現場設計和施工具有指導性意義。真三軸儀加載試驗裝置作為土木工程領域的室內試驗設備，可真實模擬巖土體的三向受力狀態，即對長方體試件三個方向（x方向、y方向和z方向）上分別單獨施加的應力分量，通過對三者應力分量的組合，研究主應力與應變的關系及強度特征，即巖土體的本構關系。真三軸試驗相較于傳統常規三軸試驗可以更好的研究復雜應力環境下土體的力學及強度特征，從而具有廣泛應用。

真三軸儀的研發最早可追溯到上世紀三十年代，瑞典人W.K.jellman設計六塊剛性板實現對試件三向獨立加載的功能，此類加載方式可歸類為全剛性加載。隨著科技的進步，真三軸儀逐步發展出全柔性加載和半剛性加載的方式，目前研究及應用最廣泛的是半剛性加載方式，也稱為混合邊界加載方式，相較于全剛性加載可能出現的三方向相互干擾碰撞以及全柔性加載時出現橡膠囊體偏移、試件受力不均等問題，半剛性加載在一定程度上可以解決上述問題，但由于巖土體的變形不均勻性，試件加載過程會在傳力裝置加載端產生較大的摩擦阻力，使試件（被測巖石）除受到三向加載應力外還會受到剪應力的影響從而導致試驗分析的復雜性，影響試驗結果的可靠性。如何在真三軸儀加載過程中盡可能減少或消除摩擦阻力帶來的影響成為現如今真三軸儀研究的重點。

現有的真三軸儀通常采用在內部安裝位移傳感器或在試件上貼應變片等方式記錄試件（被測巖石）加載過程中的應力-應變情況，通過導出試驗結果分析得到試件（被測巖石）的彈性模量及泊松比以及巖石損傷各向異性分析，但是現有方法的測試結果可靠性較差，無法真實反應巖石的力學性能和損傷各向異性。

發明內容

為了解決現有技術中巖石三向加載測試結果可靠性較差的技術問題，本發明的一個實施例提供了一種真三軸加載裝置、巖石力學性能及損傷方向性測試方法，所述真三軸加載裝置包括，高壓密封艙體、豎向剛性加載裝置、柔性加載系統和超聲波監測系統，其中，

所述高壓密封艙體包括底盤和環形密封盤，所述底盤上開設底盤進油孔和底盤出油孔，所述環形密封盤開設艙體排氣孔，通過所述底盤進油孔向所述高壓密封艙體注入液壓油；

所述柔性加載系統包括環形支撐反力架，所述環形支撐反力架安裝于所述高壓密封艙體內，所述環形支撐反力架內側面固定一對柔性活塞盒，所述柔性活塞盒內部空腔嵌套聚氨酯橡膠皮囊，被測巖石置于一對所述柔性活塞盒之間；

所述柔性活塞盒開設活塞盒進油孔和活塞盒出油孔，通過所述活塞盒進油孔向所述柔性活塞盒內注入液壓油，擠壓所述聚氨酯橡膠皮囊膨脹；

所述超聲波監測系統包括數字化聲發射控制器和n個超聲波干耦合探頭，其中，n/2個超聲波干耦合探頭布置于被測巖石x方向的第一測面，n/2個超聲波干耦合探頭布置于被測巖石x方向的第二測面；

n個所述超聲波干耦合探頭連接至所述數字化聲發射控制器。

在一個較佳的實施例中，所述豎向剛性加載裝置包括柱墩，所述柱墩置于所述高壓密封艙體內，安裝于所述底盤上，所述柱墩上安裝可滑動的下墊塊；