[發(fā)明專利]一種復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下測量巖石長期蠕變變形的實(shí)驗(yàn)裝置及方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202310458817.2
• 申請日: 2023-04-26
• 公開（公告）號: CN116465750A
• 公開（公告）日: 2023-07-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 代樹紅;孫清林;郝瑞琦;王軍輝
• 申請（專利權(quán)）人: 遼寧工程技術(shù)大學(xué)
• 主分類號: G01N3/12
• 分類號: G01N3/12;G01N3/30;G01N3/06;G01N15/08
• 代理公司: 西安匯恩知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 61244
• 代理人: 畢波

本發(fā)明提供了一種復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下測量巖石長期蠕變變形的實(shí)驗(yàn)裝置及方法，該實(shí)驗(yàn)裝置包括平臺架、軸壓加載系統(tǒng)、側(cè)向壓力加載系統(tǒng)、滲透壓加載系統(tǒng)、擾動加載系統(tǒng)和數(shù)據(jù)測量與收集系統(tǒng)，所述平臺架上通過固定螺栓固定連接有反力架，所述反力架內(nèi)設(shè)置有煤巖試件，該實(shí)驗(yàn)方法使用該裝置對煤巖試件施加軸壓、側(cè)向壓力和滲透壓，并根據(jù)需要施加擾動應(yīng)力，通過控制不同的變量來研究煤巖體長時變形規(guī)律，揭示復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下煤巖體蠕變機(jī)理。本發(fā)明突破了只從單一因素研究深部巖體穩(wěn)定性的難題，通過軸壓、側(cè)向壓力、滲透壓力、擾動等因素還原了深部煤巖體的復(fù)雜受力特征，為研究深部煤巖體復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下的長時蠕變問題提供了便利。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于巖石力學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下測量巖石長期蠕變變形的實(shí)驗(yàn)裝置及方法。

背景技術(shù)

煤炭等資源開采近年來一直在向深部延伸，深部巖石賦存在復(fù)雜的地質(zhì)條件下，表現(xiàn)出顯著的流變特性，使得巷道圍巖的穩(wěn)定性控制變得異常艱難，深部巷道圍巖蠕變失穩(wěn)沖擊現(xiàn)象頻現(xiàn)，嚴(yán)重威脅深部煤礦安全開采。當(dāng)進(jìn)行地下工程掘進(jìn)或爆破活動時，處于長期穩(wěn)定應(yīng)力狀態(tài)下的巖石會受到外界擾動作用的影響，此時微小的擾動就可能嚴(yán)重影響巖石的力學(xué)性能。此外在一些富水區(qū)煤礦，地下水的滲流作用會加速巷道圍巖變形，使得圍巖體內(nèi)部裂隙迅速發(fā)育形成宏觀透水通道，導(dǎo)致地下水涌入巷道，造成礦井突水災(zāi)害。因此，研究復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下巖石蠕變力學(xué)特性具有重要意義。

目前精確測量巖石在復(fù)雜條件下的長期蠕變變形依然是國內(nèi)外專家學(xué)者需要攻克的難題。由于深部巖石蠕變的長時性和受力的復(fù)雜性，使得研究巖石復(fù)雜條件下的蠕變變形規(guī)律極其困難，在此背景下提出一種復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下測量巖石長時蠕變變形的實(shí)驗(yàn)裝置及方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種一種復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下測量巖石長期蠕變變形的實(shí)驗(yàn)裝置及方法，可以實(shí)現(xiàn)擾動應(yīng)力、滲透壓、側(cè)向壓力、軸向壓力等復(fù)雜條件下巖石長時蠕變變形的測量，用于研究復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下巖石蠕變變形規(guī)律。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下測量巖石長期蠕變變形的實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于，包括平臺架、軸壓加載系統(tǒng)、側(cè)向壓力加載系統(tǒng)、滲透壓加載系統(tǒng)、擾動加載系統(tǒng)和數(shù)據(jù)測量與收集系統(tǒng)，所述平臺架上通過固定螺栓固定連接有反力架，所述反力架內(nèi)設(shè)置有煤巖試件。

通過軸壓加載系統(tǒng)、側(cè)向壓力加載系統(tǒng)、滲透壓加載系統(tǒng)和擾動加載系統(tǒng)對煤巖試件施加軸壓、側(cè)向壓力和滲透壓，并根據(jù)需要施加擾動應(yīng)力，通過數(shù)據(jù)測量與收集系統(tǒng)對壓力數(shù)據(jù)進(jìn)行測量與收集。

所述軸壓加載系統(tǒng)包括第一杠桿，所述第一杠桿的一端與所述平臺架頂部一側(cè)通過軸承鉸接，所述第一杠桿的另一端通過另一軸承鉸接有砝碼盤，所述砝碼盤上承載有至少一個靜載砝碼，靜載砝碼具有多種重量規(guī)格，可根據(jù)實(shí)際需要選擇，所述平臺架頂部另一側(cè)通過軸承鉸接有第二杠桿，所述第二杠桿頂面上設(shè)置有多個限位槽，所述第一杠桿底端滑動安裝有傳力塊，所述傳力塊底端緊貼所述限位槽，所述第二杠桿底端設(shè)置有傳力桿，傳力桿頂端緊貼第二杠桿底面，傳力桿底端緊貼軸壓傳感器頂面，所述傳力桿用于向所述煤巖試件施加軸壓。

通過調(diào)整傳力塊與限位槽的位置關(guān)系可以控制裝置擴(kuò)力的效果，通過向砝碼盤上添加靜載砝碼，靜載砝碼的重力通過第一杠桿的一級擴(kuò)力作用經(jīng)由傳力塊作用在第二杠桿上，然后經(jīng)由第二杠桿的二級擴(kuò)力作用在傳力桿，最后壓力經(jīng)由傳力桿作用于煤巖試件，煤巖試件承受軸壓的大小可由軸壓傳感器測得。

所述側(cè)向壓力加載系統(tǒng)包括兩個氣壓缸，所述氣壓缸的輸出端固定連接有傳力活塞，所述傳力活塞緊貼所述煤巖試件側(cè)端，兩個所述傳力活塞位于所述煤巖試件的相鄰兩側(cè)，所述煤巖試件的另外兩側(cè)設(shè)置有墊塊，所述氣壓缸固定連接高壓氮?dú)馄康妮敵龉埽邏旱獨(dú)馄康妮敵龉転椴讳P鋼材質(zhì)。

高壓氮?dú)馄酷尫诺母邏簹怏w注入到氣壓缸中，從而推動傳力活塞，傳力活塞側(cè)端與煤巖試件相接觸，側(cè)向壓力通過傳力活塞作用在煤巖試件上，第二壓力傳感器可測得側(cè)向壓力的大小。