[发明专利]真三轴加载装置、岩石力学性能及损伤方向性测试方法

说明书

本发明涉及岩石力学真三轴试验技术领域，特别是指一种真三轴加载装置、岩石力学性能及损伤方向性测试方法，包括：高压密封舱体、竖向刚性加载装置、柔性加载系统和超声波监测系统，柔性加载系统包括环形支撑反力架，环形支撑反力架安装于高压密封舱体内，环形支撑反力架内侧面固定一对柔性活塞盒，柔性活塞盒内部空腔嵌套聚氨酯橡胶皮囊，被测岩石置于一对所述柔性活塞盒之间；超声波监测系统包括n个超声波干耦合探头，其中，n/2个超声波干耦合探头布置于被测岩石x方向的第一测面，n/2个超声波干耦合探头布置于被测岩石x方向的第二测面。本发明能够三向独立加载，真实反应被测岩石的力学性能和损伤方向性（各向异性）。

技术领域

本发明涉及岩石力学真三轴试验技术领域，特别是指一种真三轴加载装置、岩石力学性能及损伤方向性测试方法。

背景技术

对岩土材料的力学及变形性能试验研究是建立岩土本构模型的基础，土工试验也是用来用来完善岩土体的发展理论及计算方法的有效手段，尤其是关于岩土材料三向受力变形特征的研究对于现场设计和施工具有指导性意义。真三轴仪加载试验装置作为土木工程领域的室内试验设备，可真实模拟岩土体的三向受力状态，即对长方体试件三个方向（x方向、y方向和z方向）上分别单独施加的应力分量，通过对三者应力分量的组合，研究主应力与应变的关系及强度特征，即岩土体的本构关系。真三轴试验相较于传统常规三轴试验可以更好的研究复杂应力环境下土体的力学及强度特征，从而具有广泛应用。

真三轴仪的研发最早可追溯到上世纪三十年代，瑞典人W.K.jellman设计六块刚性板实现对试件三向独立加载的功能，此类加载方式可归类为全刚性加载。随着科技的进步，真三轴仪逐步发展出全柔性加载和半刚性加载的方式，目前研究及应用最广泛的是半刚性加载方式，也称为混合边界加载方式，相较于全刚性加载可能出现的三方向相互干扰碰撞以及全柔性加载时出现橡胶囊体偏移、试件受力不均等问题，半刚性加载在一定程度上可以解决上述问题，但由于岩土体的变形不均匀性，试件加载过程会在传力装置加载端产生较大的摩擦阻力，使试件（被测岩石）除受到三向加载应力外还会受到剪应力的影响从而导致试验分析的复杂性，影响试验结果的可靠性。如何在真三轴仪加载过程中尽可能减少或消除摩擦阻力带来的影响成为现如今真三轴仪研究的重点。

现有的真三轴仪通常采用在内部安装位移传感器或在试件上贴应变片等方式记录试件（被测岩石）加载过程中的应力-应变情况，通过导出试验结果分析得到试件（被测岩石）的弹性模量及泊松比以及岩石损伤各向异性分析，但是现有方法的测试结果可靠性较差，无法真实反应岩石的力学性能和损伤各向异性。

发明内容

为了解决现有技术中岩石三向加载测试结果可靠性较差的技术问题，本发明的一个实施例提供了一种真三轴加载装置、岩石力学性能及损伤方向性测试方法，所述真三轴加载装置包括，高压密封舱体、竖向刚性加载装置、柔性加载系统和超声波监测系统，其中，

所述高压密封舱体包括底盘和环形密封盘，所述底盘上开设底盘进油孔和底盘出油孔，所述环形密封盘开设舱体排气孔，通过所述底盘进油孔向所述高压密封舱体注入液压油；

所述柔性加载系统包括环形支撑反力架，所述环形支撑反力架安装于所述高压密封舱体内，所述环形支撑反力架内侧面固定一对柔性活塞盒，所述柔性活塞盒内部空腔嵌套聚氨酯橡胶皮囊，被测岩石置于一对所述柔性活塞盒之间；

所述柔性活塞盒开设活塞盒进油孔和活塞盒出油孔，通过所述活塞盒进油孔向所述柔性活塞盒内注入液压油，挤压所述聚氨酯橡胶皮囊膨胀；

所述超声波监测系统包括数字化声发射控制器和n个超声波干耦合探头，其中，n/2个超声波干耦合探头布置于被测岩石x方向的第一测面，n/2个超声波干耦合探头布置于被测岩石x方向的第二测面；

n个所述超声波干耦合探头连接至所述数字化声发射控制器。

在一个较佳的实施例中，所述竖向刚性加载装置包括柱墩，所述柱墩置于所述高压密封舱体内，安装于所述底盘上，所述柱墩上安装可滑动的下垫块；