[发明专利]一种岩石变形破坏过程的实验装置及其实验方法

权利要求书

1.一种岩石变形破坏过程的实验装置，其特征在于：由温度-应力加载系统、人工主动降温系统和岩石变形破坏监测系统组成；

所述温度-应力加载系统包括：加载框架(1)、围压加载装置(2)、加载垫板(3)、岩石试件(4)、轴向约束垫板(6)、加热带(7)、以及轴向约束螺栓(8)和温度计；

岩石试件(4)为正方体，在岩石试件(4)中心钻取一圆形通孔(5)，圆形通孔(5)用前后两段隔热棉填塞，温度计穿过隔热棉位于圆形通孔(5)中心段；

轴向约束垫板(6)以及轴向约束螺栓(8)对岩石试件(4)的轴向变形进行约束；其中，两块轴向约束垫板(6)外侧均铺设加热带(7)；

岩石试件(4)的顶面、底面以及左右两侧面均设置加载垫板(3)，使用固定于加载框架(1)上的围压加载装置(2)通过加载垫板(3)对含孔洞岩样(4)施加静态荷载；

所述岩石变形破坏监测系统包括：应变数据采集系统(9)、多个应变片(10)、多个声发射传感器(11)和声发射数据采集系统(13)；

应变数据采集系统(9)与应变片(10)电连接，声发射数据采集系统(13)与声发射传感器(11)电连接；

在岩石试件(4)的正面掏挖两条相互正交的方形槽；在方形槽内距中心孔不同距离处分别以与径向相同和相垂直的方式粘贴应变片(10)，用以分别监测降温在岩块不同位置处造成的径向和环向变形；在两个加热带(7)的表面各均匀布置多个声发射传感器(11)；

所述人工主动降温系统，包括：水冷系统(14)、水管(15)和水循环装置(12)；

取出岩样圆形通孔(5)中的隔热棉和温度计，一根水管(15)按照顺序连接经水冷系统(14)、水循环装置(12)、圆形通孔(5)一端，另一根水管(15)的两端分别连接圆形通孔(5)的另一端和水冷系统(14)的回路。

2.根据权利要求1所述岩石变形破坏过程的实验装置的实验方法，其特征在于：包括以下步骤：

(1)在取样并制作完成正方体岩石试件(4)后，在岩石试件(4)中心钻取一圆形通孔(5)，随后在岩石试件(4)的一面掏挖两条相互正交的方形槽；

(2)在两条相互正交的方形槽内距中心孔不同距离处分别以与径向相同和相垂直的方式粘贴应变片(10)，用以分别监测降温在岩块不同位置处造成的径向和环向变形；

(3)为模拟隧洞所处的平面应变状态，使用含孔洞的轴向约束垫板(6)以及轴向约束螺栓(8)对岩石试件(4)的轴向变形进行约束；其中，两块轴向约束垫板(6)外侧均铺设加热带(7)，同时在两侧加热带的表面各均匀布置多个声发射传感器(11)；

(4)将岩样中的圆形通孔(5)用前后两段隔热棉填塞，随后将温度计穿过隔热棉并使温度计位于圆形通孔(5)中心；

(5)通过铺设于轴向约束垫板(6)外侧的加热带(7)对岩样进行加热；

(6)当温度计显示数值达到指定的实验温度时，使用固定于加载框架上的围压加载装置(2)通过加载垫板(3)对含孔洞岩样(4)施加水平地应力和铅直地应力；

(7)当实验温度和压力均达到设计值时，取出岩样孔洞中的隔热棉和温度计，将经水冷系统(14)冷却的水通过水循环装置(12)和水管(15)送入岩样孔洞中，并在孔洞出口处将与岩样产生热交换后的水通过水管(15)送回水冷系统(14)，从而保证再次循环进入岩样孔洞中的水温恒定为5℃；

(8)在上述人工主动降温系统启动的同时，开启岩石变形破坏监测系统，通过应变数据采集系统(9)记录位于岩样表面方形槽内的应变片(10)收集到的径向和环向应变数据，通过声发射数据采集系统(13)记录位于岩样两侧轴向约束垫板上的声发射传感器(11)收集到的声发射数据，直到岩样产生破坏为止。