[发明专利]空间梯度应力再造装置、方法及煤岩力学特性实验方法

权利要求书

1.一种空间梯度应力再造装置，其特征在于：它包括箱体(1)、载荷调节装置、载荷输出轴(3)和导向板(4)；所述载荷调节装置包括多个平行放置的驱动轴(2)，驱动轴(2)位于箱体(1)内一侧的底部有沿轴向间隔布置的多个斜面(22)，每根驱动轴(2)上的斜面(22)的倾斜角度相同或呈凸弧曲线布置，相邻驱动轴(2)上的倾斜角度相同或也呈凸弧曲线布置，斜面(22)与载荷输出轴(3)活动接触，载荷输出轴(3)底部穿过箱体底部及与箱体底部相连的导向板(4)后与加载块(31)相连，载荷输出轴(3)侧面设有用于安装薄片传感器(33)的凹槽(32)，薄片传感器(33)与信号采集装置电气相连。

2.根据权利要求1所述的空间梯度应力再造装置，其特征在于：多个驱动轴(2)依次间隔反向布置在箱体(1)两侧；所述驱动轴(2)截面包括矩形和圆形，驱动轴(2)顶部与箱盖(6)下表面接触。

3.根据权利要求1所述的空间梯度应力再造装置，其特征在于：所述导向板(4)底部安装有可拆卸的凸台(5)，凸台(5)安装在阵列加载块(31)区域四条边缘部位中的一部分或全部并用于形成梯度载荷的基值。

4.根据权利要求1至4任意一项所述的空间梯度应力再造装置，其特征在于：所述驱动轴(2)通过液压、电力、手动机械三种方式中的任意一种方式驱动。

5.根据权利要求1所述的空间梯度应力再造装置，其特征在于：所述的驱动轴(2)连接独立的驱动连接装置(7)，驱动连接装置(7)为加长推杆或齿轮或齿条结构。

6.一种空间梯度应力再造方法，其特征在于：空间梯度应力再造装置的单个驱动轴(2)在动力源的带动下沿轴向向箱体(1)内部运动，通过底部沿轴向间隔布置的多个斜面(22)同时驱动一排载荷输出轴(3)向下运动，通过一排加载块(31)在该驱动轴(2)的位置上对煤岩试样(9)施加载荷；多个驱动轴(2)同时运动，驱动空间阵列布置的载荷输出轴(3)和加载块(31)在煤岩试样(9)上形成空间阵列加载；精确控制各个阶梯轴运动至不同的位置、以及对各个阶梯轴(2)的多个斜面(22)设计不同的倾斜角度，在各个加载块(31)接触的煤岩试样(9)上的局部位置施加不同应力，形成一系列不同的空间梯度应力加载。

7.根据权利要求6所述的空间梯度应力再造方法，其特征在于：利用凸台(5)可在阵列加载块(31)区域的边缘部位增加固定的加载点，凸台(5)同时作用于煤岩试样，与阵列加载块(31)相配合，可获得更多变化形式的空间梯度应力加载。

8.根据权利要求6所述的空间梯度应力再造方法，其特征在于：通过在空间梯度应力再造装置的加载块(31)和凸台(5)与煤岩试样(9)之间放置0.1mm至5mm厚的应力整形片(8)，可获得平滑的应力过渡。

9.一种应用空间梯度应力再造装置的煤岩力学特性实验方法，其特征在于：包括以下步骤：

(1)设计空间梯度应力再造装置放置各个驱动轴(2)上的每个斜面(22)的倾角；

(2)将单个或多个空间梯度应力再造装置安装在单轴岩石力学试验机、双轴岩石力学试验机或三轴岩石力学试验机的三种中的任意一种上使用；

(3)调整空间梯度应力再造装置的所有驱动轴(2)，将所有载荷输出轴(3)复位到起始位置；

(4)通过单轴岩石力学试验机、双轴岩石力学试验机或三轴岩石力学试验机对煤岩试样(9)施加均布载荷；

(5)精确控制空间梯度应力再造装置的各个驱动轴(2)的运动位置，在煤岩试样上再造一系列不同的空间梯度应力，通过薄片传感器(33)监测每个载荷输出轴(3)输出的载荷；

(6)持续施加梯度应力加载，直至煤岩破坏；或保持当前梯度应力状态，施加均布载荷或动载荷，直至煤岩破坏。

10.根据权利要求9所述的应用空间梯度应力再造装置的煤岩力学特性实验方法，其特征在于：在煤岩试样(9)上，当动载荷施加面与梯度应力施加面为相对面时，通过所述应力监测装置(33)监测动载荷引发的透射波。