[发明专利]一种复杂应力状态下测量岩石长期蠕变变形的实验装置及方法

说明书

本发明提供了一种复杂应力状态下测量岩石长期蠕变变形的实验装置及方法，该实验装置包括平台架、轴压加载系统、侧向压力加载系统、渗透压加载系统、扰动加载系统和数据测量与收集系统，所述平台架上通过固定螺栓固定连接有反力架，所述反力架内设置有煤岩试件，该实验方法使用该装置对煤岩试件施加轴压、侧向压力和渗透压，并根据需要施加扰动应力，通过控制不同的变量来研究煤岩体长时变形规律，揭示复杂应力状态下煤岩体蠕变机理。本发明突破了只从单一因素研究深部岩体稳定性的难题，通过轴压、侧向压力、渗透压力、扰动等因素还原了深部煤岩体的复杂受力特征，为研究深部煤岩体复杂应力状态下的长时蠕变问题提供了便利。

技术领域

本发明属于岩石力学实验装置技术领域，具体涉及一种复杂应力状态下测量岩石长期蠕变变形的实验装置及方法。

背景技术

煤炭等资源开采近年来一直在向深部延伸，深部岩石赋存在复杂的地质条件下，表现出显著的流变特性，使得巷道围岩的稳定性控制变得异常艰难，深部巷道围岩蠕变失稳冲击现象频现，严重威胁深部煤矿安全开采。当进行地下工程掘进或爆破活动时，处于长期稳定应力状态下的岩石会受到外界扰动作用的影响，此时微小的扰动就可能严重影响岩石的力学性能。此外在一些富水区煤矿，地下水的渗流作用会加速巷道围岩变形，使得围岩体内部裂隙迅速发育形成宏观透水通道，导致地下水涌入巷道，造成矿井突水灾害。因此，研究复杂应力状态下岩石蠕变力学特性具有重要意义。

目前精确测量岩石在复杂条件下的长期蠕变变形依然是国内外专家学者需要攻克的难题。由于深部岩石蠕变的长时性和受力的复杂性，使得研究岩石复杂条件下的蠕变变形规律极其困难，在此背景下提出一种复杂应力状态下测量岩石长时蠕变变形的实验装置及方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种一种复杂应力状态下测量岩石长期蠕变变形的实验装置及方法，可以实现扰动应力、渗透压、侧向压力、轴向压力等复杂条件下岩石长时蠕变变形的测量，用于研究复杂应力状态下岩石蠕变变形规律。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种复杂应力状态下测量岩石长期蠕变变形的实验装置，其特征在于，包括平台架、轴压加载系统、侧向压力加载系统、渗透压加载系统、扰动加载系统和数据测量与收集系统，所述平台架上通过固定螺栓固定连接有反力架，所述反力架内设置有煤岩试件。

通过轴压加载系统、侧向压力加载系统、渗透压加载系统和扰动加载系统对煤岩试件施加轴压、侧向压力和渗透压，并根据需要施加扰动应力，通过数据测量与收集系统对压力数据进行测量与收集。

所述轴压加载系统包括第一杠杆，所述第一杠杆的一端与所述平台架顶部一侧通过轴承铰接，所述第一杠杆的另一端通过另一轴承铰接有砝码盘，所述砝码盘上承载有至少一个静载砝码，静载砝码具有多种重量规格，可根据实际需要选择，所述平台架顶部另一侧通过轴承铰接有第二杠杆，所述第二杠杆顶面上设置有多个限位槽，所述第一杠杆底端滑动安装有传力块，所述传力块底端紧贴所述限位槽，所述第二杠杆底端设置有传力杆，传力杆顶端紧贴第二杠杆底面，传力杆底端紧贴轴压传感器顶面，所述传力杆用于向所述煤岩试件施加轴压。

通过调整传力块与限位槽的位置关系可以控制装置扩力的效果，通过向砝码盘上添加静载砝码，静载砝码的重力通过第一杠杆的一级扩力作用经由传力块作用在第二杠杆上，然后经由第二杠杆的二级扩力作用在传力杆，最后压力经由传力杆作用于煤岩试件，煤岩试件承受轴压的大小可由轴压传感器测得。

所述侧向压力加载系统包括两个气压缸，所述气压缸的输出端固定连接有传力活塞，所述传力活塞紧贴所述煤岩试件侧端，两个所述传力活塞位于所述煤岩试件的相邻两侧，所述煤岩试件的另外两侧设置有垫块，所述气压缸固定连接高压氮气瓶的输出管，高压氮气瓶的输出管为不锈钢材质。

高压氮气瓶释放的高压气体注入到气压缸中，从而推动传力活塞，传力活塞侧端与煤岩试件相接触，侧向压力通过传力活塞作用在煤岩试件上，第二压力传感器可测得侧向压力的大小。