[发明专利]一种高温条件下岩石剪切裂纹扩展的实验装置及实验方法

说明书

本发明涉及一种高温条件下岩石剪切裂纹扩展的实验装置及实验方法，实验装置包括支撑架、恒温结构、剪切结构、数据采集结构和控制结构；恒温结构设置在支撑架内，用于为岩石试件提供恒温条件，剪切结构用于对岩石试件施压和剪切，控制结构用于向剪切结构发送控制指令，控制剪切结构的工作过程，数据采集结构用于对整个剪切过程的温度、压力和位移进行采集。该实验装置解决了现有技术无法在恒定高温条件下的岩石剪切的技术问题，而且结构简单，自动化程度高。

技术领域

本发明属于岩石裂纹扩展规律的研究领域，涉及深部地层高温环境下岩石剪切破坏时裂纹扩展规律研究的实验装置与实验方法。

背景技术

近年来，随着浅部资源开采殆尽及地下空间需求增长，矿藏资源开采、隧道建设不断向深部延深，由深部高应力、高渗透压力与高温环境引发的岩爆、围岩大变形等地质灾害问题日益突出。为了为确保地下工程施工安全，避免突发性地质灾害对人民生命和财产造成损失，必须对深埋岩体在开挖时岩体力学特征进行深入研究。深埋地下工程岩体由于所处的特殊的“三高”复杂力学环境，使得其与浅部岩体相比具有明显不同的工程响应特征，表现出明显的非线性特征。在很多情况下，深部岩体开挖时会发生剪切破坏，典型的例子包括：地下洞室的开挖导致径向应力的降低，从而导致岩石塑性区发展；地下水位的上升导致斜坡内有效应力的降低，从而导致斜坡的剪切滑动破坏。因此，研究高温条件下岩石剪切裂纹扩展规律对于深部岩石破坏机理研究十分重要，也是许多学者和工程技术人员进行科学研究的热点问题之一。

目前，常见的岩石剪切试验装置可以进行多种力学试验，包括单轴压缩实验，在压缩条件下的剪切实验和直剪实验等等，能获得岩石的单轴压缩强度、抗剪强度指标以及在不同法向压力下岩石的抗剪强度指标。现阶段，进行高温条件下岩石剪切实验是先对岩石试件进行加热，在岩石试件冷却再通过常见的岩石剪切试验装置进行剪切实验，不能在恒定高温条件下进行岩石剪切试验。在此之外，为了观测真实岩石试件裂隙的扩展规律，许多学者尝试着利用CT技术、红外热像技术或者声发射技术来观测分析内部微裂纹的扩展现象，并得到了很多重要结论。但是，CT技术和红外热像技术不能在岩石试件加载过程中实时记录，而声发射技术不够直观。

发明内容

针对现有技术存在的上述问题，本发明要解决的第一个技术问题是：一种恒定高温条件下的岩石剪切裂纹扩展规律的实验装置。

本发明要解决的第二个技术问题是：一种能实时记录岩石剪切裂纹扩展规律的实验过程的方法。

为解决上述第一个技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种高温条件下岩石剪切裂纹扩展的实验装置，包括支撑架、恒温结构、剪切结构、数据采集结构和控制结构；

所述支撑架为具有上下左右四个壁的框型结构；

恒温结构：包括恒温箱；

所述恒温箱设置在支撑架内，且固定在支撑架的底部，恒温箱内设有用于加热的热电偶；

所述恒温箱的上壁、左侧壁和右侧壁分别开设有上通孔、左通孔和右通孔，左通孔和右通孔同轴，顶通孔的轴线与左通孔的轴线垂直；

剪切结构：包括动力结构和用于限定岩石试件的定位结构；

定位结构：包括支座台和剪切盒；

所述支座台设置在恒温箱的内，且固定在恒温箱的底壁上，所述剪切盒设置在支座台的上，剪切盒与支座台之间设有滚珠；

动力结构：包括上液压动力机和右液压动力机；

所述上液压动力机的上活塞杆穿过上通孔延伸至恒温箱内，所述上活塞杆的自由端固定连接有上压头，所述上压头位于剪切盒的上方，用于对放置在剪切盒内的岩石试件施加向下的压力；