[发明专利]用于获得脆性岩石峰后曲线和残留强度的实验装置及方法

权利要求书

1.一种用于获得脆性岩石峰后曲线和残留强度的实验装置，其特征在于：包括反力框架、基座、主加载作动器、副加载作动器及压力室滑车；所述反力框架固装安装在基座上；所述主加载作动器竖直安装在反力框架顶部，主加载作动器的活塞杆朝下，在主加载作动器的活塞杆端部安装有力传感器；所述副加载作动器竖直安装在反力框架底部，副加载作动器的活塞杆朝上，在副加载作动器的活塞杆端部安装有垫块承载台；所述主加载作动器与副加载作动器的轴向中心线相重合；所述反力框架的中部为压力室，所述压力室滑车途经压力室，通过压力室滑车运送岩石试样；所述反力框架采用组合式框架结构，包括高刚度外加载框架、刚性中加载框架及刚性内加载框架；所述刚性内加载框架位于刚性中加载框架内部，刚性中加载框架位于高刚度外加载框架内部；

所述高刚度外加载框架包括高刚度外加载框架顶梁、高刚度外加载框架底梁及高刚度外加载框架立柱；所述高刚度外加载框架立柱的数量为四根，四根高刚度外加载框架立柱均布在高刚度外加载框架顶梁与高刚度外加载框架底梁之间；所述高刚度外加载框架立柱采用方形立柱或圆形立柱；所述高刚度外加载框架立柱与高刚度外加载框架顶梁和高刚度外加载框架底梁之间均通过高强螺栓进行连接；所述高刚度外加载框架的高刚度外加载框架顶梁、高刚度外加载框架底梁及高刚度外加载框架立柱均采用合金钢锻造工艺制造；所述高刚度外加载框架的刚度≥5GN/m，高刚度外加载框架的承载力为9000kN～12000kN；

所述刚性中加载框架包括刚性中加载框架顶梁、刚性中加载框架底梁及刚性中加载框架立柱；所述刚性中加载框架立柱的数量为四根或六根，四根或六根刚性中加载框架立柱均布在刚性中加载框架顶梁与刚性中加载框架底梁之间；所述刚性中加载框架立柱采用方形立柱或圆形立柱；所述刚性中加载框架立柱与刚性中加载框架顶梁和刚性中加载框架底梁之间均通过高强螺栓进行连接；所述刚性中加载框架的刚性中加载框架顶梁、刚性中加载框架底梁及刚性中加载框架立柱均采用合金钢制造；所述刚性中加载框架的承载力为5000kN～8000kN；通过调整所述刚性中加载框架立柱的数量、边长或直径，对刚性中加载框架的刚度进行改变；

所述刚性内加载框架包括刚性内加载框架顶梁、刚性内加载框架底梁及刚性内加载框架立柱；所述刚性内加载框架立柱的数量为四根或六根，四根或六根刚性内加载框架立柱均布在刚性内加载框架顶梁与刚性内加载框架底梁之间；所述刚性内加载框架立柱采用方形立柱或圆形立柱；所述刚性内加载框架立柱与刚性内加载框架顶梁和刚性内加载框架底梁之间均通过高强螺栓进行连接；所述刚性内加载框架的刚性内加载框架顶梁、刚性内加载框架底梁及刚性内加载框架立柱均采用高强铝合金或合金钢制造；所述刚性内加载框架的承载力为2000kN～5000kN；通过调整所述刚性内加载框架立柱的数量、边长或直径，对刚性内加载框架的刚度进行改变；

通过所述反力框架与主加载作动器和副加载作动器配合对岩石试样进行全程轴向位移/变形控制加载。

2.根据权利要求1所述的一种用于获得脆性岩石峰后曲线和残留强度的实验装置，其特征在于：所述主加载作动器与副加载作动器采用连续控制加载方式。

3.一种用于获得脆性岩石峰后曲线和残留强度的实验方法，采用了权利要求1所述的用于获得脆性岩石峰后曲线和残留强度的实验装置，其特征在于包括如下步骤：

步骤一：制备岩石试样，并在岩石试样的表面安装两个LVDT位移传感器，且两个LVDT位移传感器采用正交方式进行布置；

步骤二：将制备好的岩石试样放置到垫块承载台上；

步骤三：以位移控制方式驱动主加载作动器动作，直至完成岩石试样的精确对中夹紧，消除岩石试样与垫块承载台、刚性内加载框架、刚性中加载框架之间的间隙；

步骤四：对岩石试样表面的两个LVDT位移传感器进行微调，使两个LVDT位移传感器均处于量程范围内；

步骤五：以轴向位移/变形控制方式驱动主加载作动器施加垂直应力，按照预设的应力增量进行加载，并通过两个LVDT位移传感器测量岩石试样的垂直方向和水平方向的变形；

步骤六：加载岩石试样至破坏，进入峰后变形阶段，观察LVDT位移传感器和力传感器测量的数据，当位移和压力达到阈值时，锁住主加载作动器，并通过副加载作动器继续施加垂直应力；

步骤七：加载岩石试样至残留强度；

步骤八：控制主加载作动器和副加载作动器卸载，将破坏后的岩石试样拆除，保存实验数据。