[发明专利]基于DIC及声发射监测的充填体-岩石界面装置及方法

说明书

本发明提供一种基于DIC及声发射监测的充填体‑岩石界面装置及方法，属于充填体与围岩相互作用技术领域，装置位于DIC及声发射监测环境下，其包括试验平台、水平反力架、竖直反力架、水平加载装置、竖直加载装置、剪切盒、剪切力荷重传感器、竖向压力荷重传感器、水平位移传感器、竖向位移传感器等结构。本发明可研究充填体‑岩石界面的力学参数、应变场分布及剪切破坏过程的声发射特征，达到充填体‑岩石界面剪切劣化过程的可视化及定量化的目标，解决现有的直剪仪不可视，盲目剪切及测试结果单一的问题。

技术领域

本发明涉及充填体与围岩相互作用技术领域，具体而言是一种基于DIC及声发射监测的充填体-岩石界面装置及方法。

背景技术

充填法采矿在维持地下空区稳定性及废弃尾砂的绿色应用起到至关重要的作用。随着流入到采空区的充填料浆的硬化，进而与围岩体产生相互作用，以抵抗围岩的变形。充填体-岩石界面通常被认为是充填体结构中最为薄弱的区域之一，界面的存在显著的削弱充填体结构的力学性质及其稳定性。然而，充填体-岩石界面处因裂纹的萌发及拓展而造成界面处损伤及劣化的问题，尚未探究清楚，制约充填法采矿在矿山工程中的合理设计。

目前，国内外学者针对充填体与围岩相互作用开展众多的力学特性研究。直剪仪作为一种操作简易、试验过程简单的试验仪器，可为剪切强度的获取提供有效的测试方法。由于传统直剪仪存在剪切盒尺寸较小，无法实现较大尺寸试样的试验，使得试验测试得出的数据具有尺寸效应。且由于传统上、下剪切盒全封闭的限制，试验结果仅能测得抗剪强度及强度参数，对于剪切试验过程中试样的损伤、破坏的过程无法观测及定量化分析，然而对于组合材料的剪切破坏过程对其认识其破坏机理具有重要的作用，因此，有必要提供能实现剪切过程可视化及剪切破坏定量化目标的相应试验装置及测试方法。

发明内容

根据上述技术问题，而提供一种基于DIC及声发射监测的充填体-岩石界面装置及方法。

本发明采用的技术手段如下：

一种基于DIC及声发射监测的充填体-岩石界面装置，装置位于DIC及声发射监测环境下，其包括试验平台，试验平台上表面固定有底座，且试验平台的两端分别固定有竖直设置的固定板；两个固定板之间固定有水平反力架，水平反力架包括两根水平设置的水平反力杆，两个水平反力杆的端部通过第一横梁连接为一体，且两个第一横梁分别与两个固定板固定连接；

试验平台上设有竖直反力架，竖直反力架包括两个竖直设置的竖直反力杆，竖直反力杆的底部穿过底座，且两个竖直反力杆的端部通过第二横梁连接为一体；竖直反力杆位于底座上方的部分套有弹簧；试验平台在底座的下方设置有驱动位于下方的第二横梁向下运动的竖直加载装置；

底座上设置有与底座滑动连接的剪切盒，剪切盒内装有立方体试样，且剪切盒位于竖直反力架的下方，剪切盒的顶部设有竖向压力荷重传感器；剪切盒包括顶板、底板和约束外罩；顶板和底板均为L形板，且顶板和底板中心对称；

其中一个固定板上设有驱动底板在底座上水平滑动的水平加载装置，且另外一个固定板所靠近的第一横梁上安装有剪切力荷重传感器，且剪切力荷重传感器的测量端与顶板的竖直部连接；

底座上设有用于测量底板水平位移的水平位移传感器；

竖直反力架上方设有用于测量第二横梁竖直位移的竖向位移传感器。

优选地，底座上设有水平设置的滑动轨道，且底板的底部具有与滑道轨道相配合的滑槽。

优选地，水平加载装置包括固定在固定板上的伺服电机，伺服电机的输出端与蜗轮蜗杆丝杠加载装置的蜗杆连接，蜗杆驱动蜗轮转动，蜗轮带动蜗轮中心的丝杆螺母旋转，驱动丝杆水平运动，丝杆与位于导向轮组上的传力杆的一端连接，传力杆的另一端与底板的竖直部的中心连接。

优选地，导向轮组包括固定在试验平台上的两排导向轮，且两排导向轮呈八字形分布，传力杆位于两排导向轮之间。