[发明专利]一种不同应力边界下非均匀应力场室内再现系统

说明书

本发明公开了一种不同应力边界下非均匀应力场室内再现系统，包括：待测试的岩样、两个下压紧盘、与所述下压紧盘贴合的两个上压紧盘，上压紧盘上设有圆柱型凹槽,下压紧盘上设有圆筒型凸台并设有贯穿下压紧盘的倒圆锥孔；压紧锥，压紧锥包括圆柱型平台和圆锥体，压紧锥上设有贯穿的圆柱细孔，圆柱型平台套接在圆柱型凹槽内，圆锥体套接在倒圆锥孔内；被压紧在圆锥体与倒圆锥孔间并通过岩样中心内压通孔的内压橡胶管，还包括轴压加载系统、围压加载系统和内压加载系统。本发明能够实现内压系统独立自密封、岩样与液压介质相互隔离、内压系统独立精细化加卸载，并可实现常规三轴和真三轴两种应力边界的不同应力边界下非均匀应力场室内再现。

技术领域

本发明涉及一种岩石力学特性室内试验系统，具体是涉及一种不同应力边界下非均匀应力场室内再现系统。

背景技术

地下工程开挖导致原岩一个方向或者多个方向上的应力卸除，打破了原岩初始应力平衡状态，进而使工程岩体处于非均匀的二次应力场内和经历复杂多样的应力路径，这一变化过程易引起地下工程岩体破裂及灾害发生，尤其是岩爆、挤压大变形、分区破裂、板裂等非常规破裂及灾害现象。研究表明地下开挖硐室周边的二次应力场是非均匀的，且普遍存在。因此通过室内试验物理模拟地下硐室开挖前后所处的复杂应力环境及变化过程，开展由可控复杂边界应力再造的非均匀二次应力场下岩石变形、强度、破裂等力学特性研究，是揭示工程灾害致灾机理以及提出合理支护等防控技术措施的前提条件。

针对地下工程岩体处于复杂的三向压应力状态的特点，岩石常规或真三轴试验系统常被用于研究复杂应力环境下岩石力学特性。利用该系统虽然一定程度上实现了三维应力环境下岩石力学特性的初步研究，但均未考虑非均匀应力场的影响。目前，一些研究人员基于常规三轴的加载模式，利用含孔洞岩石进行多轴压缩实验从而物理模拟巷道的受力情况，开展不均匀应力场下的岩石力学特性研究。该方法采用空心圆筒岩样，对圆筒岩样两端施加轴压，外壁施加围压，内壁施加内压，整个试样处于一种轴对称应力状态，圆筒壁内不同半径圆周上的应力状态不同，从而构建具有径向应力梯度的不均匀应力场。然而，目前已有的圆筒岩样多轴压缩试验方法存在一些不足：

⑴向内壁施加内压时，液压油或者水等液压介质直接与岩壁接触，由于岩石内部含有众多微小孔隙，具有一定的渗透性，高压下液压介质能够通过孔隙渗透，一方面弱化岩石力学性能，另一方面导致内压施加不高；

⑵大多在圆筒岩样端面进行密封，密封效果受加载过程影响大，在岩样塑性段或者锋后段密封易失效，从而导致内压和围压系统连通，难以实现梯度加载，并且如果内压通过水施加时，一旦内压和围压系统连通，就会使水混入液压油中，造成液压油品质的降低或者彻底报废；

⑶内压系统往往是外接的液压系统，达不到原来试验系统施加轴压和围压时所具有的加卸荷精度；

⑷实际情况下，地下岩体应力边界是复杂多样的，有一些是常规三轴受力边界，但绝大多数是真三轴受力边界，然而目前常用的圆筒岩样多轴压缩试验方法难以模拟实际的三轴应力边界。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够实现内压系统和围压系统独立自密封、岩样与液压介质相互隔离、内压系统独立精细化加卸载的室内试验系统，以解决上述问题。

为实现上述目的，本发明公开了一种不同应力边界下非均匀应力场室内再现系统，包括：

待测试的岩样，所述岩样上设置有内压通孔；

两个下压紧盘，所述下压紧盘上设有圆筒型凸台，所述圆筒型凸台上设有贯穿所述圆筒型凸台和所述下压紧盘的倒圆锥孔，两个所述下压紧盘分别与所述岩样两端贴合；

与所述下压紧盘贴合的两个上压紧盘，所述上压紧盘上设有圆柱型凹槽，所述圆柱型凹槽内设有圆柱通孔，所述圆柱型凹槽和圆柱通孔相互连通且在交接处形成有阶梯面；