[发明专利]基于变形可控承压环的变刚度岩石力学试验系统及试验方法

说明书

本发明公开了一种属于岩石力学试验技术领域，具体公开了一种基于变形可控承压环的变刚度岩石力学试验系统及试验方法。其中，变刚度岩石力学试验系统包括加载装置、变刚度调节装置、数据监测系统以及控制系统。本发明通过加载装置中的蓄能弹簧，在加载过程中能够使加载装置回弹方向与试件应变方向相反，消除加载装置对试件部分的能量补充，实现试验系统的超大刚度加载。本发明通过变刚度调节装置，能够根据试验需要在较大刚度范围内调节试验系统加载刚度，同时利于对加载刚度进行精准调控，实现了在同一台试验系统上进行不同刚度加载试验，避免不同试验系统加载参数差异对试验结果造成影响。

技术领域

本发明属于岩石力学试验技术领域，尤其涉及一种基于变形可控承压环的变刚度岩石力学试验系统、以及基于所述变刚度岩石力学试验系统的试验方法。

背景技术

室内岩石力学实验可以通过不同类型的试验系统、不同的加载方式模拟工程现场加载体的材料性质及荷载条件。当受载岩体发生失稳破坏时，不同刚度的顶板对受载岩体的能量补充量会有所不同，进而造成受载岩体的失稳破坏形式具有差异性。在研究顶板的刚度对岩石力学性能的影响时，可以通过改变试验系统的加载刚度对应不同刚度的顶板条件。

对于传统的岩石力学试验系统而言，单台试验系统的加载刚度往往为定值，只能在特定的大刚度条件或者小刚度条件下进行加载，无法研究岩石试件在不同加载刚度条件下的破坏特性；而在多台不同加载刚度的试验系统上进行的岩石力学试验，很难保证试验系统之间加载及监测参数的一致性。因此，要研究不同加载刚度条件下岩石试件的破坏特性，务必要实现单台试验系统的加载刚度可变。

专利文献1提出了一种内外框架组合式变刚度岩石力学试验机及试验方法；专利文献2提出了一种加载刚度可调岩石力学试验系统。以上两篇专利文献均为在单台试验系统上进行不同加载刚度试验。此类试验系统通过调整试件上方框架部分的刚度改变试验系统的加载刚度，但试件下方垫块部分刚度值往往较低且不可控，由此造成试验系统整体刚度值较低。

同时，组合式结构制作的试验系统框架连接处的松动无法避免，会进一步降低试验系统的整体刚度，使得试验系统加载刚度上限低，可调节的加载刚度范围小，且连接处松动造成的试验系统结构变形无法监测和控制，进而影响试验系统对实际加载刚度的精确调节。

因此，有必要设计一种试验系统加载刚度可调节范围大且能够精准控制的变刚度岩石力学试验系统，以研究不同试验系统加载刚度对试件失稳破坏的影响。

参考文献

专利文献1公开号CN110031320A，公开日期：2019年07月19日；

专利文献2公开号CN109269902A，公开日期：2019年01月25日。

发明内容

本发明的目的之一在于提出一种基于变形可控承压环的变刚度岩石力学试验系统，以根据试验需要在较大刚度范围内调节试验系统加载刚度，同时利于对加载刚度进行精准调控。

本发明为了实现上述目的，采用如下技术方案：

基于变形可控承压环的变刚度岩石力学试验系统，包括加载装置、变刚度调节装置、数据监测系统以及控制系统；其中：

加载装置包括外框架、加载油缸、升降式加载梁、蓄能弹簧以及加载梁升降驱动机构；

加载油缸的缸体安装于外框架的顶部，且加载油缸朝向下方；

加载梁升降驱动机构与升降式加载梁相连，且用于带动所述升降式加载梁上下运动；

所述加载梁升降驱动机构包括多个竖向设置的滚珠丝杠以及丝杠驱动电机；

其中，每个滚珠丝杠的上端通过一个顶部丝杠支撑座安装于外框架的顶部，每个滚珠丝杠的下端通过一个底部丝杠支撑座安装于外框架的底座上；