[发明专利]一种岩石围压加载实验装置及实验方法

说明书

技术领域

本发明涉及围压加载装置，具体是一种岩石围压加载实验装置及实验方法。

背景技术

岩石力学实验模拟技术是以模拟岩土工程中部分工程结构进行研究，模拟的对象材料主要是岩体，它通常采用缩小比例或在某种特殊情况下用放大的比例来制作模型，然后通过对模型上应力、应变的观测以及岩体结构所发生的变化来判断与认识模拟的原型（模拟实体）上所发生的应力-应变的变化规律和结构的变化规律。岩石力学实验模拟技术是以相似理论为基础，模拟过程当中，通过缩小模拟实体及所受应力重力的比例等来模拟岩体在现场所受的真实应力情况。

基于以上所述，要想达到岩石模拟实验的最终目的，首先要有能够正确模拟真实应力条件的设备和装置。岩石围压实验加载装置能够通过相似理论的换算求解出模型所受的相应应力，进而模拟真实地应力下的岩体变形破坏情况。常规三轴压力试验研究了围压对岩石变形和破坏的影响，其采用了三轴应力加载实验装置。然而目前的三轴应力加载实验装置仍然趋于大型化，且结构较为复杂，因此给实验带来了极大的不便以及资源的浪费。

如CN 203117046 U公开的一种三向刚性加载岩石真三轴仪，该三轴仪包括三轴压力盒、真三轴岩石试样外套与伺服刚性加压系统。在伺服刚性加压系统的作用下，压力缸的活塞杆通过加压垫块带动加压板运动，压力通过立方体刚性块均匀地加在试样上。该三轴仪的目的在于通过设置刚柔混合加压片体，保证试样与刚柔混合加压片体同时相应压缩，从而使加压板的内壁面与刚柔混合加压片体的外侧面始终保持在同一平面上。该三轴仪的施压源为伺服刚性加压系统，而伺服刚性加压系统通常由压力缸、电机等组成，众所周知，要控制电机输出的精确性，难度较大，这使得该三轴仪在施加较小压力值时，准确度难以保证，因此不适合对小尺寸试样施加较小压力值的情况；另外，该伺服刚性加压系统也使得该三轴仪的结构复杂度增加，成本上升，体积较大，对于实验环境受限的情况也不适用。除此，CN 103471914 A公开的冲击地压真三轴模拟试验系统也存在类似的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种岩石围压加载实验装置，其结构简单，可以准确模拟岩石在真实三向地应力条件下的应力状态，能够简化围压的加载设备；能解决现有装置结构复杂，成本高，不适用于较小应力的加载实验的问题。

本发明的技术方案如下：

一种岩石围压加载实验装置，包括由前侧钢板、左侧钢板、后侧钢板、右侧钢板、下底钢板和上盖钢板围成的箱体，所述前侧钢板、左侧钢板、后侧钢板和右侧钢板固定在下底钢板上，在所述前侧钢板、左侧钢板和上盖钢板上各自贯穿有数个导向孔和数个呈阵列分布的螺纹孔，所述导向孔中穿入有加压内板导向螺栓，所述螺纹孔中安装有预应力螺栓；

在所述前侧钢板的内侧设置有与前侧钢板平行的后向加压内板，所述后向加压内板的前面与前侧钢板上加压内板导向螺栓的底部固定连接并且与前侧钢板上预应力螺栓的底端相抵；

在所述左侧钢板的内侧设置有与左侧钢板平行的右向加压内板，所述右向加压内板的左面与左侧钢板上加压内板导向螺栓的底部固定连接并且与左侧钢板上预应力螺栓的底端相抵；

在所述上盖钢板的内侧设置有与上盖钢板平行的下向加压内板，所述下向加压内板的上面与上盖钢板上加压内板导向螺栓的底部固定连接并且与上盖钢板上预应力螺栓的底端相抵；

所述上盖钢板的四周朝下凸出有盖沿，所述盖沿盖在前侧钢板、左侧钢板、后侧钢板和右侧钢板的外侧，所述盖沿与前侧钢板、左侧钢板、后侧钢板和右侧钢板均为可拆卸式销子连接。

岩石试件置于本实验装置箱体内的下底钢板，通过对预应力螺栓施加力矩，使预应力螺栓对箱体内的后向加压内板、右向加压内板和下向加压内板三块加压内板加压进而对岩石试件产生作用应力。由于箱体在三个方向上的应力加载是相互独立且互不影响的，所以可以模拟真实三维应力条件下的应力组合；另外，施加力矩可通过力矩扳手实现，力矩扳手所施加的力矩转化成螺栓对加压内板的垂直应力，然后作用到岩石试件上，预应力螺栓对加压内板施加应力的大小可通过力矩扳手所施加的力矩进行换算，由此控制施加到岩石试件上的应力。

数个呈阵列分布的螺纹孔对应各自的加压内板分布，以保证预应力螺栓对加压内板的挤压力分布均匀，即加压内板作用到岩石试件上的作用力均匀，调节每个预应力螺栓以保证所施加应力的平稳性和均匀性。加压内板导向螺栓用于加压内板的定位，对加压内板在垂向方向和水平方向上起导向作用。盖沿与箱体壁可拆卸式销子连接，方便岩石试件的取放。