[发明专利]超重力真三轴岩石加载实验装置及方法

摘要

本发明公开了一种超重力真三轴岩石加载实验装置及方法，该装置包括控制中枢、地面油源、离心机、真三轴加载试验装置和配重块；真三轴加载试验装置包括底板、三轴室、三轴室顶盖、轴向主应力加载装置、两个侧向主应力加载装置、两个透明反力观测装置和地下洞室围岩试样；本发明利用N倍超重力环境进行1/N倍的地下洞室围岩缩尺模型实验，大大提高了模型实验的相似性；采用透明反力板，直接通过图像观测试样侧面上的形变和开裂，相比传统贴应变片和位移传感器的单点测量方式，监测密度大大提高，成本大大降低，统筹难度也大大降低；采用圆环形三轴室提供反力，相比传统真三轴的支架式结构更为合理，提供相同围压情况下，极大地节省材料和离心机负载。

主权项

1.一种超重力真三轴岩石加载实验装置，其特征在于，包括控制中枢、地面油源、离心机、真三轴加载试验装置和配重块；所述真三轴加载试验装置包括底板、三轴室、三轴室顶盖、轴向主应力加载装置、第一侧向主应力加载装置、第二侧向主应力加载装置、第一透明反力观测装置、第二透明反力观测装置和地下洞室围岩试样；所述三轴室为圆环形，上部固定三轴室顶盖，下部固定在底板上；所述地下洞室围岩试样放置在底板上，其顶部设有轴向主应力加载装置，四个侧面则分别设有第一侧向主应力加载装置、第二侧向主应力加载装置、第一透明反力观测装置和第二透明反力观测装置；所述轴向主应力加载装置由轴向主应力压头、轴向主应力油囊、轴向主应力高压密封接头和轴向主应力压头限位块组成；轴向主应力压头与轴向主应力油囊位于轴向主应力压头限位块内，轴向主应力压头与地下洞室围岩试样顶面紧密接触，轴向主应力油囊位于轴向主应力压头的上方，与轴向主应力高压密封接头相连；轴向主应力高压密封接头通过高压油管和离心机旋转接头与地面油源相连，将来自地面油源的高液压联通到轴向主应力油囊中；轴向主应力油囊产生的高油压推动轴向主应力压头对地下洞室围岩试样进行轴向主应力加载；所述第一侧向主应力加载装置和第二侧向主应力加载装置的结构相同，分别布置在地下洞室围岩试样的两个相邻侧面，均由侧向主应力压头、侧向主应力液压缸和侧向主应力液压密封接头组成；侧向主应力压头与地下洞室围岩试样的侧壁紧密接触，侧向主应力液压缸位于侧向主应力压头的外侧，与侧向主应力液压密封接头相连；侧向主应力液压密封接头通过高压油管和离心机旋转接头与地面油源相连，将来自地面油源的高液压联通到侧向主应力液压缸中；侧向主应力液压缸推动侧向主应力压头对地下洞室围岩试样进行两个相邻侧面的主应力加载；第一透明反力观测装置和第二透明反力观测装置的结构相同，分别布置在地下洞室围岩试样的两个相邻侧面，均由透明反力板、反力架、图像观测设备和支撑组成；透明反力板与地下洞室围岩试样直接接触；图像观测设备设于支撑上，支撑与反力架固定连接；两个侧向主应力加载装置产生的侧向压力经地下洞室围岩试样、透明反力板、反力架传递到三轴室壁上；图像观测设备能够直接观测模拟地下洞室围岩试样的形变、开裂情况；图像观测设备通过电缆线、离心机导电滑环与控制中枢相连，将观测到的图像数据传递给控制中枢，并接受来自控制中枢的控制指令。