一種巖石圍壓加載實(shí)驗(yàn)裝置及實(shí)驗(yàn)方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及一種巖石圍壓加載實(shí)驗(yàn)裝置及實(shí)驗(yàn)方法，所述實(shí)驗(yàn)裝置包括由前側(cè)鋼板、左側(cè)鋼板、后側(cè)鋼板、右側(cè)鋼板、下底鋼板和上蓋鋼板圍成的箱體，在所述前側(cè)鋼板、左側(cè)鋼板和上蓋鋼板上各自貫穿有數(shù)個(gè)導(dǎo)向孔和數(shù)個(gè)呈陣列分布的螺紋孔，所述導(dǎo)向孔中穿入有加壓內(nèi)板導(dǎo)向螺栓，所述螺紋孔中安裝有預(yù)應(yīng)力螺栓；所述加壓內(nèi)板導(dǎo)向螺栓的底部固定連接有加壓內(nèi)板，所述加壓內(nèi)板與預(yù)應(yīng)力螺栓的底端相抵。本方案解決了現(xiàn)有裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高、不適用于較小應(yīng)力的加載實(shí)驗(yàn)的問(wèn)題。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種巖石圍壓加載實(shí)驗(yàn)裝置及實(shí)驗(yàn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及圍壓加載裝置，具體是一種巖石圍壓加載實(shí)驗(yàn)裝置及實(shí)驗(yàn)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]巖石力學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)M技術(shù)是以模擬巖土工程中部分工程結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究，模擬的對(duì)象材料主要是巖體，它通常采用縮小比例或在某種特殊情況下用放大的比例來(lái)制作模型，然后通過(guò)對(duì)模型上應(yīng)力、應(yīng)變的觀測(cè)以及巖體結(jié)構(gòu)所發(fā)生的變化來(lái)判斷與認(rèn)識(shí)模擬的原型(模擬實(shí)體)上所發(fā)生的應(yīng)力-應(yīng)變的變化規(guī)律和結(jié)構(gòu)的變化規(guī)律。巖石力學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)M技術(shù)是以相似理論為基礎(chǔ)，模擬過(guò)程當(dāng)中，通過(guò)縮小模擬實(shí)體及所受應(yīng)力重力的比例等來(lái)模擬巖體在現(xiàn)場(chǎng)所受的真實(shí)應(yīng)力情況。
[0003]基于以上所述，要想達(dá)到巖石模擬實(shí)驗(yàn)的最終目的，首先要有能夠正確模擬真實(shí)應(yīng)力條件的設(shè)備和裝置。巖石圍壓實(shí)驗(yàn)加載裝置能夠通過(guò)相似理論的換算求解出模型所受的相應(yīng)應(yīng)力，進(jìn)而模擬真實(shí)地應(yīng)力下的巖體變形破壞情況。常規(guī)三軸壓力試驗(yàn)研究了圍壓對(duì)巖石變形和破壞的影響，其采用了三軸應(yīng)力加載實(shí)驗(yàn)裝置。然而目前的三軸應(yīng)力加載實(shí)驗(yàn)裝置仍然趨于大型化，且結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，因此給實(shí)驗(yàn)帶來(lái)了極大的不便以及資源的浪費(fèi)。
[0004]如CN 203117046 U公開(kāi)的一種三向剛性加載巖石真三軸儀，該三軸儀包括三軸壓力盒、真三軸巖石試樣外套與伺服剛性加壓系統(tǒng)。在伺服剛性加壓系統(tǒng)的作用下，壓力缸的活塞桿通過(guò)加壓墊塊帶動(dòng)加壓板運(yùn)動(dòng)，壓力通過(guò)立方體剛性塊均勻地加在試樣上。該三軸儀的目的在于通過(guò)設(shè)置剛?cè)峄旌霞訅浩w，保證試樣與剛?cè)峄旌霞訅浩w同時(shí)相應(yīng)壓縮，從而使加壓板的內(nèi)壁面與剛?cè)峄旌霞訅浩w的外側(cè)面始終保持在同一平面上。該三軸儀的施壓源為伺服剛性加壓系統(tǒng)，而伺服剛性加壓系統(tǒng)通常由壓力缸、電機(jī)等組成，眾所周知，要控制電機(jī)輸出的精確性，難度較大，這使得該三軸儀在施加較小壓力值時(shí)，準(zhǔn)確度難以保證，因此不適合對(duì)小尺寸試樣施加較小壓力值的情況；另外，該伺服剛性加壓系統(tǒng)也使得該三軸儀的結(jié)構(gòu)復(fù)雜度增加，成本上升，體積較大，對(duì)于實(shí)驗(yàn)環(huán)境受限的情況也不適用。除此，CN 103471914 A公開(kāi)的沖擊地壓真三軸模擬試驗(yàn)系統(tǒng)也存在類(lèi)似的問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種巖石圍壓加載實(shí)驗(yàn)裝置，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可以準(zhǔn)確模擬巖石在真實(shí)三向地應(yīng)力條件下的應(yīng)力狀態(tài)，能夠簡(jiǎn)化圍壓的加載設(shè)備；能解決現(xiàn)有裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高，不適用于較小應(yīng)力的加載實(shí)驗(yàn)的問(wèn)題。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
一種巖石圍壓加載實(shí)驗(yàn)裝置，包括由前側(cè)鋼板、左側(cè)鋼板、后側(cè)鋼板、右側(cè)鋼板、下底鋼板和上蓋鋼板圍成的箱體，所述前側(cè)鋼板、左側(cè)鋼板、后側(cè)鋼板和右側(cè)鋼板固定在下底鋼板上，在所述前側(cè)鋼板、左側(cè)鋼板和上蓋鋼板上各自貫穿有數(shù)個(gè)導(dǎo)向孔和數(shù)個(gè)呈陣列分布的螺紋孔，所述導(dǎo)向孔中穿入有加壓內(nèi)板導(dǎo)向螺栓，所述螺紋孔中安裝有預(yù)應(yīng)力螺栓；
在所述前側(cè)鋼板的內(nèi)側(cè)設(shè)置有與前側(cè)鋼板平行的后向加壓內(nèi)板，所述后向加壓內(nèi)板的前面與前側(cè)鋼板上加壓內(nèi)板導(dǎo)向螺栓的底部固定連接并且與前側(cè)鋼板上預(yù)應(yīng)力螺栓的底端相抵；
在所述左側(cè)鋼板的內(nèi)側(cè)設(shè)置有與左側(cè)鋼板平行的右向加壓內(nèi)板，所述右向加壓內(nèi)板的左面與左側(cè)鋼板上加壓內(nèi)板導(dǎo)向螺栓的底部固定連接并且與左側(cè)鋼板上預(yù)應(yīng)力螺栓的底端相抵；
在所述上蓋鋼板的內(nèi)側(cè)設(shè)置有與上蓋鋼板平行的下向加壓內(nèi)板，所述下向加壓內(nèi)板的上面與上蓋鋼板上加壓內(nèi)板導(dǎo)向螺栓的底部固定連接并且與上蓋鋼板上預(yù)應(yīng)力螺栓的底端相抵；
所述上蓋鋼板的四周朝下凸出有蓋沿，所述蓋沿蓋在前側(cè)鋼板、左側(cè)鋼板、后側(cè)鋼板和右側(cè)鋼板的外側(cè)，所述蓋沿與前側(cè)鋼板、左側(cè)鋼板、后側(cè)鋼板和右側(cè)鋼板均為可拆卸式銷(xiāo)子連接。
[0007]巖石試件置于本實(shí)驗(yàn)裝置箱體內(nèi)的下底鋼板，通過(guò)對(duì)預(yù)應(yīng)力螺栓施加力矩，使預(yù)應(yīng)力螺栓對(duì)箱體內(nèi)的后向加壓內(nèi)板、右向加壓內(nèi)板和下向加壓內(nèi)板三塊加壓內(nèi)板加壓進(jìn)而對(duì)巖石試件產(chǎn)生作用應(yīng)力。由于箱體在三個(gè)方向上的應(yīng)力加載是相互獨(dú)立且互不影響的，所以可以模擬真實(shí)三維應(yīng)力條件下的應(yīng)力組合；另外，施加力矩可通過(guò)力矩扳手實(shí)現(xiàn)，力矩扳手所施加的力矩轉(zhuǎn)化成螺栓對(duì)加壓內(nèi)板的垂直應(yīng)力，然后作用到巖石試件上，預(yù)應(yīng)力螺栓對(duì)加壓內(nèi)板施加應(yīng)力的大小可通過(guò)力矩扳手所施加的力矩進(jìn)行換算，由此控制施加到巖石試件上的應(yīng)力。
[0008]數(shù)個(gè)呈陣列分布的螺紋孔對(duì)應(yīng)各自的加壓內(nèi)板分布，以保證預(yù)應(yīng)力螺栓對(duì)加壓內(nèi)板的擠壓力分布均勻，即加壓內(nèi)板作用到巖石試件上的作用力均勻，調(diào)節(jié)每個(gè)預(yù)應(yīng)力螺栓以保證所施加應(yīng)力的平穩(wěn)性和均勻性。加壓內(nèi)板導(dǎo)向螺栓用于加壓內(nèi)板的定位，對(duì)加壓內(nèi)板在垂向方向和水平方向上起導(dǎo)向作用。蓋沿與箱體壁可拆卸式銷(xiāo)子連接，方便巖石試件的取放。
[0009]進(jìn)一步的，為保證加壓內(nèi)板能夠?qū)r石試件施力，所述后向加壓內(nèi)板在所述箱體中的可移動(dòng)距離大于前側(cè)鋼板至右向加壓內(nèi)板的距離；所述右向加壓內(nèi)板在所述箱體中的可移動(dòng)距離大于左側(cè)鋼板至后向加壓內(nèi)板的距離；所述下向加壓內(nèi)板在所述箱體中的可移動(dòng)距離大于上蓋鋼板至右向加壓內(nèi)板、后向加壓內(nèi)板中的較小距離。
[0010]進(jìn)一步的，為保證箱體壁的強(qiáng)度，所述前側(cè)鋼板、左側(cè)鋼板、后側(cè)鋼板、右側(cè)鋼板、下底鋼板、后向加壓內(nèi)板、右向加壓內(nèi)板和下向加壓內(nèi)板均為方形碳素鋼板，所述前側(cè)鋼板、左側(cè)鋼板、后側(cè)鋼板和右側(cè)鋼板的底邊與下底鋼板的側(cè)邊為坡口無(wú)縫焊接，所述前側(cè)鋼板的左邊與左側(cè)鋼板的前邊、左側(cè)鋼板的后邊與后側(cè)鋼板的左邊、后側(cè)鋼板的右邊與右側(cè)鋼板的后邊、右側(cè)鋼板的前邊與前側(cè)鋼板的右邊均為坡口無(wú)縫焊接。
[0011]同時(shí)，本發(fā)明還提供了一種操作簡(jiǎn)單且適用于較小應(yīng)力的巖石圍壓加載實(shí)驗(yàn)的方法，該方法包括以下步驟:
第一步，按照實(shí)驗(yàn)要求澆筑實(shí)驗(yàn)所需要的巖石試件，試件尺寸與所述巖石圍壓加載實(shí)驗(yàn)裝置的尺寸匹配；
第二步，將巖石圍壓加載實(shí)驗(yàn)裝置放置在一個(gè)平穩(wěn)且寬敞的地方，將后向加壓內(nèi)板和右向加壓內(nèi)板分別通過(guò)加壓內(nèi)板導(dǎo)向螺栓連接到箱體中；
第三步，將巖石試件放置到箱體的下底鋼板上，巖石試件與后向加壓內(nèi)板和右向加壓內(nèi)板完全接觸，通過(guò)預(yù)應(yīng)力螺栓對(duì)后向加壓內(nèi)板和右向加壓內(nèi)板施加少量作用力，將巖石試件輕壓在箱體的右后角落處；
第四步，將下向加壓內(nèi)板通過(guò)加壓內(nèi)板導(dǎo)向螺栓連接到上蓋鋼板上，上蓋鋼板的蓋沿與箱體側(cè)壁連接錨固；
第五步，將箱體上的預(yù)應(yīng)力螺栓全部安裝上，先用普通扳手對(duì)預(yù)應(yīng)力螺栓進(jìn)行預(yù)緊直到螺栓底部抵到加壓內(nèi)板為止；
第六步，將相同的三個(gè)力矩扳手調(diào)至換算好的施加力矩，鎖定，對(duì)前側(cè)鋼板、左側(cè)鋼板、上蓋鋼板上三個(gè)方向的預(yù)應(yīng)力螺栓同步逐量施加力矩，首先對(duì)各個(gè)加壓內(nèi)板的四個(gè)角加載應(yīng)力，然后在三個(gè)方向上同步加載其余的預(yù)應(yīng)力螺栓；
第七步，第一次圍壓加載完畢后，對(duì)巖石試件進(jìn)行重復(fù)加載直至沒(méi)有蠕變產(chǎn)生。
[0012]本方案的圍壓加載實(shí)驗(yàn)裝置及實(shí)驗(yàn)方法尤其適用于室內(nèi)小型圍壓巖石力學(xué)模擬實(shí)驗(yàn)，不但可以準(zhǔn)確模擬在真實(shí)三向地應(yīng)力條件下的應(yīng)力狀態(tài)，而且能夠簡(jiǎn)化圍壓的加載設(shè)備以及方法工序，降低成本。通過(guò)對(duì)加載的簡(jiǎn)化模擬，得到巖石真實(shí)三維受力狀態(tài)下的結(jié)構(gòu)特性。因此在提聞1旲擬實(shí)驗(yàn)精度以及縮小1旲擬實(shí)驗(yàn)的規(guī)1旲等方面具有重大意義。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0013]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為本發(fā)明的截面視圖；
圖3為本發(fā)明的部分剖面結(jié)構(gòu)圖；
圖4為本發(fā)明上蓋鋼板的示意圖；
圖5為本發(fā)明加壓內(nèi)板的示意圖。
[0014]附圖標(biāo)記說(shuō)明:1-前側(cè)鋼板；2_左側(cè)鋼板；3_后側(cè)鋼板；4_右側(cè)鋼板；5_下底鋼板；6_上蓋鋼板；8_加壓內(nèi)板導(dǎo)向螺栓；9_導(dǎo)向孔；10_螺紋孔；11_連接銷(xiāo)孔；12_預(yù)應(yīng)力螺栓；61_蓋沿；71_后向加壓內(nèi)板；72_右向加壓內(nèi)板；76_下向加壓內(nèi)板。
【具體實(shí)施方式】
[0015]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的描述。
[0016]見(jiàn)圖1飛所示的一種巖石圍壓加載實(shí)驗(yàn)裝置，包括由前側(cè)鋼板1、左側(cè)鋼板2、后側(cè)鋼板3、右側(cè)鋼板4、下底鋼板5和上蓋鋼板6圍成的箱體，所述前側(cè)鋼板1、左側(cè)鋼板2、后側(cè)鋼板3和右側(cè)鋼板4固定在下底鋼板5上，在所述前側(cè)鋼板1、左側(cè)鋼板2和上蓋鋼板6上各自貫穿有數(shù)個(gè)導(dǎo)向孔9和數(shù)個(gè)呈陣列分布的螺紋孔10，所述導(dǎo)向孔9中穿入有加壓內(nèi)板導(dǎo)向螺栓8，所述螺紋孔10中安裝有預(yù)應(yīng)力螺栓12 ；
在所述前側(cè)鋼板I的內(nèi)側(cè)設(shè)置有與前側(cè)鋼板I平行的后向加壓內(nèi)板71，所述后向加壓內(nèi)板71的前面與前側(cè)鋼板I上加壓內(nèi)板導(dǎo)向螺栓8的底部固定連接并且與前側(cè)鋼板I上預(yù)應(yīng)力螺栓12的底端相抵；
在所述左側(cè)鋼板2的內(nèi)側(cè)設(shè)置有與左側(cè)鋼板2平行的右向加壓內(nèi)板72，所述右向加壓內(nèi)板72的左面與左側(cè)鋼板2上加壓內(nèi)板導(dǎo)向螺栓8的底部固定連接并且與左側(cè)鋼板2上預(yù)應(yīng)力螺栓12的底端相抵；
在所述上蓋鋼板6的內(nèi)側(cè)設(shè)置有與上蓋鋼板6平行的下向加壓內(nèi)板76，所述下向加壓內(nèi)板76的上面與上蓋鋼板6上加壓內(nèi)板導(dǎo)向螺栓8的底部固定連接并且與上蓋鋼板6上預(yù)應(yīng)力螺栓12的底端相抵；
所述上蓋鋼板6的四周朝下凸出有蓋沿61，所述蓋沿61蓋在前側(cè)鋼板1、左側(cè)鋼板2、后側(cè)鋼板3和右側(cè)鋼板4的外側(cè)，所述蓋沿61與前側(cè)鋼板1、左側(cè)鋼板2、后側(cè)鋼板3和右側(cè)鋼板4均為可拆卸式銷(xiāo)子連接。
[0017]巖石試件置于本實(shí)驗(yàn)裝置箱體內(nèi)的下底鋼板5，通過(guò)對(duì)預(yù)應(yīng)力螺栓12施加力矩，使預(yù)應(yīng)力螺栓12對(duì)箱體內(nèi)的后向加壓內(nèi)板71、右向加壓內(nèi)板72和下向加壓內(nèi)板76三塊加壓內(nèi)板加壓進(jìn)而對(duì)巖石試件產(chǎn)生作用應(yīng)力。由于箱體在三個(gè)方向上的應(yīng)力加載是相互獨(dú)立且互不影響的，所以可以模擬真實(shí)三維應(yīng)力條件下的應(yīng)力組合；另外，施加力矩可通過(guò)力矩扳手實(shí)現(xiàn)，力矩扳手所施加的力矩轉(zhuǎn)化成螺栓對(duì)加壓內(nèi)板的垂直應(yīng)力，然后作用到巖石試件上，預(yù)應(yīng)力螺栓12對(duì)加壓內(nèi)板施加應(yīng)力的大小可通過(guò)力矩扳手所施加的力矩進(jìn)行換算，由此控制施加到巖石試件上的應(yīng)力。
[0018]數(shù)個(gè)呈陣列分布的螺紋孔10對(duì)應(yīng)各自的加壓內(nèi)板分布，以保證預(yù)應(yīng)力螺栓12對(duì)加壓內(nèi)板的擠壓力分布均勻，即加壓內(nèi)板作用到巖石試件上的作用力均勻，調(diào)節(jié)每個(gè)預(yù)應(yīng)力螺栓12以保證所施加應(yīng)力的平穩(wěn)性和均勻性。加壓內(nèi)板導(dǎo)向螺栓8用于加壓內(nèi)板的定位，對(duì)加壓內(nèi)板在垂向方向和水平方向上起導(dǎo)向作用。蓋沿61與箱體壁可拆卸式銷(xiāo)子連接，方便巖石試件的取放。
[0019]進(jìn)一步的，為保證加壓內(nèi)板能夠?qū)r石試件施力，所述后向加壓內(nèi)板71在所述箱體中的可移動(dòng)距離大于前側(cè)鋼板I至右向加壓內(nèi)板72的距離；所述右向加壓內(nèi)板72在所述箱體中的可移動(dòng)距離大于左側(cè)鋼板2至后向加壓內(nèi)板71的距離；所述下向加壓內(nèi)板76在所述箱體中的可移動(dòng)距離大于上蓋鋼板6至右向加壓內(nèi)板72、后向加壓內(nèi)板71中的較小距離。
[0020]為保證箱體壁的強(qiáng)度，所述前側(cè)鋼板1、左側(cè)鋼板2、后側(cè)鋼板3、右側(cè)鋼板4、下底鋼板5、后向加壓內(nèi)板71、右向加壓內(nèi)板72和下向加壓內(nèi)板76均為方形碳素鋼板，所述前側(cè)鋼板1、左側(cè)鋼板2、后側(cè)鋼板3和右側(cè)鋼板4的底邊與下底鋼板5的側(cè)邊為坡口無(wú)縫焊接，所述前側(cè)鋼板I的左邊與左側(cè)鋼板2的前邊、左側(cè)鋼板2的后邊與后側(cè)鋼板3的左邊、后側(cè)鋼板3的右邊與右側(cè)鋼板4的后邊、右側(cè)鋼板4的前邊與前側(cè)鋼板I的右邊均為坡口無(wú)縫焊接。
[0021]具體制作時(shí)，先用螺釘連接定位，然后再采用坡口無(wú)縫焊接將鋼板連接到一起，焊接可保證箱體尺寸的準(zhǔn)確性，且焊接牢靠。焊后退火以去除應(yīng)力，將焊縫打磨平整。
[0022]對(duì)于小型室內(nèi)圍壓巖石力學(xué)模擬實(shí)驗(yàn)，一種具體尺寸可以是:所述箱體內(nèi)的長(zhǎng)、寬、高均為370mm，所述箱體的壁厚、蓋沿61的壁厚均為20mm，20mm厚的鋼板無(wú)縫焊接而成的箱體具有較大的自身承載能力。
[0023]所述蓋沿61的高為30mm，所述上蓋鋼板6每邊蓋沿61上設(shè)置有三個(gè)連接銷(xiāo)孔11，對(duì)應(yīng)箱體的頂邊也設(shè)置同樣的三個(gè)連接銷(xiāo)孔11，兩對(duì)應(yīng)的連接銷(xiāo)孔11中設(shè)置銷(xiāo)子，用于連接上蓋鋼板6與箱體側(cè)壁，以達(dá)到為巖石試件提供垂直應(yīng)力以及對(duì)箱體進(jìn)行密封的作用。上蓋鋼板6可采用430mmX 430mm的普通碳素鋼板,鋼板厚度為50mm,在上蓋鋼板6底面中央切割掉390mmX390mm高度為30mm的長(zhǎng)方體塊,形成蓋沿61,以便于對(duì)箱體進(jìn)行密封。銷(xiāo)子可采用規(guī)格為M8X20的圓柱定位銷(xiāo)，銷(xiāo)子的頭部鉆有20mm深M4的螺紋孔，用以插入螺栓對(duì)銷(xiāo)子進(jìn)行拆卸。
[0024]所述后向加壓內(nèi)板71、右向加壓內(nèi)板72和下向加壓內(nèi)板76的邊長(zhǎng)均為290mm、厚度為15mm。對(duì)應(yīng)上述尺寸，較合適的，所述前側(cè)鋼板1、左側(cè)鋼板2和上蓋鋼板6上的螺紋孔10均呈間距為60mm的4X4陣列分布。所述前側(cè)鋼板I上的螺紋孔10陣列中心位于前側(cè)鋼板I的右部下方且與后向加壓內(nèi)板71的中心對(duì)應(yīng)，所述左側(cè)鋼板2上的螺紋孔10陣列中心位于左側(cè)鋼板2的后部下方且與右向加壓內(nèi)板72的中心對(duì)應(yīng)，所述上蓋鋼板6上的螺紋孔10陣列中心位于上蓋鋼板6的右部后方且與下向加壓內(nèi)板76的中心對(duì)應(yīng)。施加應(yīng)力時(shí)將巖石試件推壓至箱體的右后角落限位，避免移位；加壓內(nèi)板的中心與螺紋孔10陣列的中心對(duì)應(yīng)，避免對(duì)巖石試件施力偏斜。
[0025]所述預(yù)應(yīng)力螺栓12為規(guī)格是M16X 1.25X IOOmm的外六角頭全牙碳素螺栓。所述前側(cè)鋼板1、左側(cè)鋼板2和上蓋鋼板6上均有間距為IlOmm且位于螺紋孔10陣列中心的兩個(gè)導(dǎo)向孔9，所述導(dǎo)向孔9距箱體內(nèi)底高為150mm，所述加壓內(nèi)板導(dǎo)向螺栓8為規(guī)格是M12X1.25X IOOmm的外六角頭半牙螺栓，所述加壓內(nèi)板導(dǎo)向螺栓8的螺紋長(zhǎng)度為50mm。
[0026]運(yùn)用本實(shí)驗(yàn)裝置具體進(jìn)行圍壓實(shí)驗(yàn)的步驟如下:
第一步，按照實(shí)驗(yàn)要求澆筑實(shí)驗(yàn)所需要的巖石試件，試件尺寸與所述巖石圍壓加載實(shí)驗(yàn)裝置的尺寸匹配；
第二步，將巖石圍壓加載實(shí)驗(yàn)裝置放置在一個(gè)平穩(wěn)且寬敞的地方，將后向加壓內(nèi)板71和右向加壓內(nèi)板72分別通過(guò)加壓內(nèi)板導(dǎo)向螺栓8連接到箱體中；
第三步，將巖石試件放置到箱體的下底鋼板5上，巖石試件與后向加壓內(nèi)板71和右向加壓內(nèi)板72完全接觸以避免應(yīng)力集中，通過(guò)預(yù)應(yīng)力螺栓12對(duì)后向加壓內(nèi)板71和右向加壓內(nèi)板72施加少量作用力，將巖石試件輕壓在箱體的右后角落處；
第四步，將下向加壓內(nèi)板76通過(guò)加壓內(nèi)板導(dǎo)向螺栓8連接到上蓋鋼板6上，上蓋鋼板6的蓋沿61與箱體側(cè)壁連接錨固，注意蓋沿61與箱體嚙合的方向；
第五步，將箱體上的預(yù)應(yīng)力螺栓12全部安裝上，先用普通扳手對(duì)預(yù)應(yīng)力螺栓12進(jìn)行預(yù)緊直到螺栓底部抵到加壓內(nèi)板為止；
第六步，將相同的三個(gè)力矩扳手調(diào)至換算好的施加力矩，鎖定，對(duì)前側(cè)鋼板1、左側(cè)鋼板
2、上蓋鋼板6上三個(gè)方向的預(yù)應(yīng)力螺栓12同步逐量施加力矩，首先對(duì)各個(gè)加壓內(nèi)板的四個(gè)角加載應(yīng)力，然后在三個(gè)方向上同步加載其余的預(yù)應(yīng)力螺栓12，防止巖石試件受力不均，而導(dǎo)致應(yīng)力集中影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果的情況；
第七步，由于一般的巖石試件在加載過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生蠕變，因此當(dāng)?shù)谝淮螄鷫杭虞d完畢后，由于蠕變的發(fā)生，試件仍然存在變形，因此在一定時(shí)間內(nèi)，對(duì)巖石試件進(jìn)行重復(fù)加載直至沒(méi)有蠕變產(chǎn)生。
[0027]所述上蓋鋼板6的中心處開(kāi)設(shè)有一直徑為20mm的穿透孔，用以水力壓裂時(shí)壓裂管的布置，以增加本實(shí)驗(yàn)裝置的適用性，使其可以廣泛運(yùn)用于三軸壓縮實(shí)驗(yàn)、模擬真三軸地應(yīng)力條件下的巖石和煤巖體的水力壓裂實(shí)驗(yàn)、煤體在三向應(yīng)力條件下的瓦斯運(yùn)移實(shí)驗(yàn)等。
[0028]為防止箱體銹蝕，所述箱體的表面噴涂有防銹漆層。
[0029]本方案的圍壓加載實(shí)驗(yàn)裝置及試驗(yàn)方法尤其適用于室內(nèi)小型圍壓巖石力學(xué)模擬實(shí)驗(yàn)，不但可以準(zhǔn)確模擬在真實(shí)三向地應(yīng)力條件下的應(yīng)力狀態(tài)，而且能夠簡(jiǎn)化圍壓的加載設(shè)備以及方法工序，降低成本。通過(guò)對(duì)加載的簡(jiǎn)化模擬，得到巖石真實(shí)三維受力狀態(tài)下的結(jié)構(gòu)特性。因此在提聞|旲擬實(shí)驗(yàn)精度以及縮小|旲擬實(shí)驗(yàn)的規(guī)|旲等方面具有重大意義。
[0030]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種巖石圍壓加載實(shí)驗(yàn)裝置，包括由前側(cè)鋼板(1)、左側(cè)鋼板(2)、后側(cè)鋼板(3)、右側(cè)鋼板(4)、下底鋼板(5)和上蓋鋼板(6)圍成的箱體，所述前側(cè)鋼板(1)、左側(cè)鋼板(2)、后側(cè)鋼板(3)和右側(cè)鋼板(4)固定在下底鋼板(5)上，其特征在于:在所述前側(cè)鋼板(1)、左側(cè)鋼板(2)和上蓋鋼板(6)上各自貫穿有數(shù)個(gè)導(dǎo)向孔(9)和數(shù)個(gè)呈陣列分布的螺紋孔(10)，所述導(dǎo)向孔(9)中穿入有加壓內(nèi)板導(dǎo)向螺栓(8)，所述螺紋孔(10)中安裝有預(yù)應(yīng)力螺栓(12); 在所述前側(cè)鋼板(1)的內(nèi)側(cè)設(shè)置有與前側(cè)鋼板(1)平行的后向加壓內(nèi)板(71)，所述后向加壓內(nèi)板(71)的前面與前側(cè)鋼板(1)上加壓內(nèi)板導(dǎo)向螺栓(8)的底部固定連接并且與前側(cè)鋼板(1)上預(yù)應(yīng)力螺栓(12)的底端相抵； 在所述左側(cè)鋼板(2)的內(nèi)側(cè)設(shè)置有與左側(cè)鋼板(2)平行的右向加壓內(nèi)板(72)，所述右向加壓內(nèi)板(72)的左面與左側(cè)鋼板(2)上加壓內(nèi)板導(dǎo)向螺栓(8)的底部固定連接并且與左側(cè)鋼板(2)上預(yù)應(yīng)力螺栓(12)的底端相抵； 在所述上蓋鋼板(6)的內(nèi)側(cè)設(shè)置有與上蓋鋼板(6)平行的下向加壓內(nèi)板(76)，所述下向加壓內(nèi)板(76)的上面與上蓋鋼板(6)上加壓內(nèi)板導(dǎo)向螺栓(8)的底部固定連接并且與上蓋鋼板(6)上預(yù)應(yīng)力螺栓(12)的底端相抵； 所述上蓋鋼板(6)的四周朝下凸出有蓋沿(61)，所述蓋沿(61)蓋在前側(cè)鋼板(I)、左側(cè)鋼板(2)、后側(cè) 鋼板(3)和右側(cè)鋼板(4)的外側(cè)，所述蓋沿(61)與前側(cè)鋼板(I)、左側(cè)鋼板(2)、后側(cè)鋼板(3)和右側(cè)鋼板(4)均為可拆卸式銷(xiāo)子連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種巖石圍壓加載實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于:所述后向加壓內(nèi)板(71)在所述箱體中的可移動(dòng)距離大于前側(cè)鋼板(1)至右向加壓內(nèi)板(72)的距離；所述右向加壓內(nèi)板(72)在所述箱體中的可移動(dòng)距離大于左側(cè)鋼板(2)至后向加壓內(nèi)板(71)的距離；所述下向加壓內(nèi)板(76)在所述箱體中的可移動(dòng)距離大于上蓋鋼板(6)至右向加壓內(nèi)板(72)、后向加壓內(nèi)板(71)中的較小距離。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種巖石圍壓加載實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于:所述前側(cè)鋼板(1)、左側(cè)鋼板(2)、后側(cè)鋼板(3)、右側(cè)鋼板(4)、下底鋼板(5)、后向加壓內(nèi)板(71)、右向加壓內(nèi)板(72)和下向加壓內(nèi)板(76)均為方形碳素鋼板，所述前側(cè)鋼板(I)、左側(cè)鋼板(2)、后側(cè)鋼板(3)和右側(cè)鋼板(4)的底邊與下底鋼板(5)的側(cè)邊為坡口無(wú)縫焊接，所述前側(cè)鋼板Cl)的左邊與左側(cè)鋼板(2)的前邊、左側(cè)鋼板(2)的后邊與后側(cè)鋼板(3)的左邊、后側(cè)鋼板(3)的右邊與右側(cè)鋼板(4)的后邊、右側(cè)鋼板(4)的前邊與前側(cè)鋼板(I)的右邊均為坡口無(wú)縫焊接。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種巖石圍壓加載實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于:所述箱體內(nèi)的長(zhǎng)、寬、高均為370mm，所述后向加壓內(nèi)板(71)、右向加壓內(nèi)板(72)和下向加壓內(nèi)板(76)的邊長(zhǎng)均為290mm、厚度為15mm，所述箱體的壁厚、蓋沿(61)的壁厚均為20mm，所述蓋沿(61)的高為30mm,所述上蓋鋼板(6)每邊蓋沿(61)上設(shè)置有三個(gè)連接銷(xiāo)孔(11)； 所述前側(cè)鋼板(1)、左側(cè)鋼板(2)和上蓋鋼板(6)上的螺紋孔(10)均呈間距為60mm的4X4陣列分布，所述前側(cè)鋼板(1)上的螺紋孔(10)陣列中心位于前側(cè)鋼板(1)的右部下方且與后向加壓內(nèi)板(71)的中心對(duì)應(yīng)，所述左側(cè)鋼板(2)上的螺紋孔(10)陣列中心位于左側(cè)鋼板(2)的后部下方且與右向加壓內(nèi)板(72)的中心對(duì)應(yīng)，所述上蓋鋼板(6)上的螺紋孔(10)陣列中心位于上蓋鋼板(6)的右部后方且與下向加壓內(nèi)板(76)的中心對(duì)應(yīng)，所述預(yù)應(yīng)力螺栓(12)為規(guī)格是M16X 1.25 X 1OOmm的外六角頭全牙碳素螺栓；所述前側(cè)鋼板(I)、左側(cè)鋼板(2)和上蓋鋼板(6)上均有間距為IlOmm且位于螺紋孔(10)陣列中心的兩個(gè)導(dǎo)向孔(9)，所述導(dǎo)向孔(9)距箱體內(nèi)底高為150mm，所述加壓內(nèi)板導(dǎo)向螺栓(8)為規(guī)格是M12X1.25 X IOOmm的外六角頭半牙螺栓，所述加壓內(nèi)板導(dǎo)向螺栓(8)的螺紋長(zhǎng)度為50mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2或4中任一項(xiàng)所述的一種巖石圍壓加載實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于:所述上蓋鋼板(6)的中心處開(kāi)設(shè)有一直徑為20mm的穿透孔。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2或4中任一項(xiàng)所述的一種巖石圍壓加載實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于:所述箱體的表面噴涂有防 銹漆層。
7.—種利用權(quán)利要求1-6之任一項(xiàng)所述的巖石圍壓加載實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行巖石圍壓加載實(shí)驗(yàn)的方法，其特征在于該方法包括如下步驟: 第一步，按照實(shí)驗(yàn)要求澆筑實(shí)驗(yàn)所需要的巖石試件，試件尺寸與所述巖石圍壓加載實(shí)驗(yàn)裝置的尺寸匹配； 第二步，將巖石圍壓加載實(shí)驗(yàn)裝置放置在一個(gè)平穩(wěn)且寬敞的地方，將后向加壓內(nèi)板(71)和右向加壓內(nèi)板(72)分別通過(guò)加壓內(nèi)板導(dǎo)向螺栓(8)連接到箱體中； 第三步，將巖石試件放置到箱體的下底鋼板(5)上，巖石試件與后向加壓內(nèi)板(71)和右向加壓內(nèi)板(72 )完全接觸，通過(guò)預(yù)應(yīng)力螺栓(12 )對(duì)后向加壓內(nèi)板(71)和右向加壓內(nèi)板(72)施加少量作用力，將巖石試件輕壓在箱體的右后角落處； 第四步，將下向加壓內(nèi)板(76)通過(guò)加壓內(nèi)板導(dǎo)向螺栓(8)連接到上蓋鋼板(6)上，上蓋鋼板(6)的蓋沿(61)與箱體側(cè)壁連接錨固； 第五步，將箱體上的預(yù)應(yīng)力螺栓(12)全部安裝上，先用普通扳手對(duì)預(yù)應(yīng)力螺栓(12)進(jìn)行預(yù)緊直到螺栓底部抵到加壓內(nèi)板為止； 第六步，將相同的三個(gè)力矩扳手調(diào)至換算好的施加力矩，鎖定，對(duì)前側(cè)鋼板(I)、左側(cè)鋼板(2)、上蓋鋼板(6)上三個(gè)方向的預(yù)應(yīng)力螺栓(12)同步逐量施加力矩，首先對(duì)各個(gè)加壓內(nèi)板的四個(gè)角加載應(yīng)力，然后在三個(gè)方向上同步加載其余的預(yù)應(yīng)力螺栓(12)； 第七步，第一次圍壓加載完畢后，對(duì)巖石試件進(jìn)行重復(fù)加載直至沒(méi)有蠕變產(chǎn)生。
【文檔編號(hào)】G01N3/08GK103954499SQ201410080149
【公開(kāi)日】2014年7月30日 申請(qǐng)日期:2014年3月6日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月6日
【發(fā)明者】夏彬偉, 宋晨鵬, 盧義玉, 楊沖, 葛兆龍, 湯積仁, 劉承偉, 趙彬欽 申請(qǐng)人:重慶大學(xué)