深部复杂构造条件下岩石真三轴动态压剪试验装置及方法制造方法及图纸

一种深部复杂构造条件下岩石真三轴动态压剪试验装置及方法，装置包括反力框架、压力室、基础平台及四台作动器，基础平台上设有压力室转运轨道，轨道上设有压力室转运滑台；压力室为分体式结构，压力室底座位于压力室转运滑台上，压力室筒体配有压力室筒体升降式承放台和压力室筒体吊装机构；压力室配有压力室筒体与底座封装夹具。方法为：试样组合体置于压力室底座上；压力室底座移至压力室筒体下方；压力室合体；由夹具封装压力室；压力室移至反力框架内；试样预夹紧；施加真三轴；试验结束；作动器复位；压力室卸载围压；压力室移向吊装机构；夹具解除压力室封装；压力室筒体起吊并移除试样组合体；压力室底座返回原位；压力室筒体下落承放台。

【技术实现步骤摘要】
深部复杂构造条件下岩石真三轴动态压剪试验装置及方法
本专利技术属于岩石力学
，特别是涉及一种深部复杂构造条件下岩石真三轴动态压剪试验装置及方法。
技术介绍
深部金属地下矿采用深竖井开采是目前唯一获取资源的方法，深井掘进自上向下穿越不同地层，具有岩性变化大、构造应力发育、大断层构造多、局部碎裂化造成岩体不连续面多的特点，同时地应力(σ1>σ2>σ3>0，σ1为最大主应力、σ2为中间主应力，σ3为最小主应力)不但随埋深增加，而且受构造应力影响变异显著，致使地质环境和岩石力学条件极为复杂，经常发生突发塌方、岩爆、大变形和爆破诱发岩体结构失稳等地质灾害。因此，深入研究深部岩石在真三轴应力条件下动态压缩、动态剪切和强卸荷造成岩体破裂与脆性破坏力学性能演化特性十分必要。目前，岩石力学真三轴动力学试验主要分为以下几类：①、采用柔性或刚性真三轴试验装置加载至一定的高真三轴应力水平，单面突然卸荷形成自由面，通过诱导岩石爆裂来模拟岩爆；②、采用柔性或刚性真三轴试验装置加载至一定的高真三轴应力水平，单面突然卸荷形成自由面，同时作动器施加低频扰动荷载，通过激发岩石爆裂来模拟岩爆；③、采用三维正交霍普金森杆结构的真三轴试验装置，对试样进行冲击模拟岩石动力学破坏；④、采用刚性真三轴加载框架和一维霍普金森杆结合的高压硬岩低频扰动和高速冲击型真三轴试验装置，来模拟完整岩石动力条件下的破坏。但是，针对深部复杂构造和高地应力条件下的工程岩体时，想要研究完整岩石和含有各自不连续面的岩石在真三轴动应力作用下的动态压缩和剪切力学行为，现有的岩石力学真三轴动力学试验装置及方法仍存在局限性，因此研发一套全新的深部复杂构造条件下岩石真三轴动态压剪试验装置及方法势在必行。
技术实现思路
针对现有技术存在的不足，本专利技术提供一种深部复杂构造条件下岩石真三轴动态压剪试验装置及方法，可模拟5000米级埋深地应力条件，可执行高应力条件下不同应力路径完整岩样和具有不连续构造(节理、层理、裂隙)岩样破裂变形、突变失稳、动态压缩剪切、低周疲劳等类型试验，可用于研究不同岩体外在刚度和三向应力组合条件下岩石临界破裂与失稳动力学机制，有效满足深部工程岩体在不连续面的结构控制下和动力作用下失效破坏试验研究需要。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种深部复杂构造条件下岩石真三轴动态压剪试验装置，包括反力框架、压力室、基础平台、第一最大主应力作动器、第二最大主应力作动器、第一中间主应力作动器及第二中间主应力作动器；所述反力框架固定设置在地面上，所述第一最大主应力作动器和第二最大主应力作动器对称设置在反力框架的上下两端，所述第一中间主应力作动器和及第二中间主应力作动器对称设置在反力框架的左右两端；所述基础平台固定设置在反力框架前后两侧的地面上，在基础平台顶部水平铺设有压力室转运轨道，压力室转运轨道采用平行双轨结构，压力室转运轨道贯穿反力框架的中心工作腔；在所述压力室转运轨道上设置有压力室转运滑台，压力室转运滑台可沿压力室转运轨道直线移动；所述压力室采用分体式筒型结构，包括压力室底座和压力室筒体，由压力室底座与压力室筒体扣合组成完整的压力室；所述压力室底座设置在压力室转运滑台上，压力室底座与压力室转运滑台进行随动；在所述基础平台上方设置有压力室筒体吊装机构，在压力室筒体吊装机构的吊臂正下方的基础平台内部隐藏设置有压力室筒体升降式承放台，在压力室筒体升降式承放台左右两侧设置有压力室筒体与底座封装夹具。所述反力框架采用环状平面一体式结构，反力框架的截面形状为多边形，反力框架的底平面通过主支撑底座与地面固定连接，在主支撑底座与反力框架的底斜面之间设置有侧支撑底座；所述第一最大主应力作动器竖直隐藏嵌装在反力框架的顶部，所述第二最大主应力作动器竖直隐藏嵌装在反力框架的底部，第一最大主应力作动器与第二最大主应力作动器同轴分布；所述第一中间主应力作动器水平隐藏嵌装在反力框架的左端部，所述第二中间主应力作动器水平隐藏嵌装在反力框架的右端部，第一中间主应力作动器与第二中间主应力作动器同轴分布。所述第一最大主应力作动器、第二最大主应力作动器、第一中间主应力作动器及第二中间主应力作动器结构相同，均包括缸筒、活塞杆、缸尾盖板及缸头盖板；所述缸尾盖板密封固装在缸筒的尾端筒口，所述缸头盖板密封固装在缸筒的头端筒口，缸筒同轴套装在活塞杆上，缸筒内的无杆腔与缸尾盖板同侧，缸筒内的有杆腔与缸头盖板同侧；所述活塞杆密封穿过缸尾盖板，在有杆腔的活塞杆与缸筒之间套装有静压支撑密封套，在活塞杆与缸尾盖板穿装孔之间设置有防尘套；在所述活塞杆与缸尾盖板之间连接有磁致伸缩式位移传感器；在所述活塞杆的外伸端连接在轮辐式负荷传感器，轮辐式负荷传感器与活塞杆之间设置有负荷传感器转接座，在轮辐式负荷传感器的外端固定连接有压头；在所述负荷传感器转接座外周设置有抗侧向力机构。在所述压力室筒体的顶部中心竖直设置有第一自平衡活塞杆，第一自平衡活塞杆与压力室筒体之间通过第一法兰端盖进行密封，第一自平衡活塞杆一端延伸至压力室筒体外部，第一自平衡活塞杆另一端延伸至压力室筒体内部，在第一自平衡活塞杆与压力室筒体之间连接有第一LVDT位移传感器；在所述压力室底座的中心竖直设置有第二自平衡活塞杆，第二自平衡活塞杆与压力室底座之间通过第二法兰端盖进行密封，第二自平衡活塞杆一端延伸至压力室底座下方，第二自平衡活塞杆另一端延伸至压力室底座上方，在第二自平衡活塞杆与压力室底座之间连接有第二LVDT位移传感器；在所述压力室筒体的左侧部水平设置有第三自平衡活塞杆，第三自平衡活塞杆与压力室筒体之间通过第三法兰端盖进行密封，第三自平衡活塞杆一端延伸至压力室筒体外部，第三自平衡活塞杆另一端延伸至压力室筒体内部，在第三自平衡活塞杆与压力室筒体之间连接有第三LVDT位移传感器；在所述压力室筒体的右侧部水平设置有第四自平衡活塞杆，第四自平衡活塞杆与压力室筒体之间通过第四法兰端盖进行密封，第四自平衡活塞杆一端延伸至压力室筒体外部，第四自平衡活塞杆另一端延伸至压力室筒体内部，在第四自平衡活塞杆与压力室筒体之间连接有第四LVDT位移传感器；所述第一自平衡活塞杆与第二自平衡活塞杆同轴分布，所述第三自平衡活塞杆与第四自平衡活塞杆同轴分布；在所述压力室筒体外部设置有吊装吊耳。在所述压力室转运滑台下表面固设有滑台导向滑块，滑台导向滑块与压力室转运轨道滑动连接；在其中一根所述压力室转运轨道的侧部固装有齿条，齿条与压力室转运轨道相平行；在所述压力室转运滑台上竖直安装有一台液压马达，液压马达的动力输出轴朝向且延伸至压力室转运滑台下方，在液压马达的动力输出轴上固定安装有齿轮，齿轮与齿条相啮合。所述压力室筒体与底座封装夹具包括左半夹具和右半夹具，左半夹具和右半夹具结构相同，均包括半环夹套、夹套导向支撑台、夹套固定导轨、夹套随动导轨、夹套滑块及夹套电动推移机构；所述夹套导向支撑台固定设置在基础平台侧方，所述夹套固定导轨水平固装在夹套导向支撑台上表面，夹套固定导轨采用平行双轨结构；所述夹套随动导轨水平固装在压力室转运滑台上表面，夹套随动导轨采用平行双轨本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种深部复杂构造条件下岩石真三轴动态压剪试验装置，其特征在于：包括反力框架、压力室、基础平台、第一最大主应力作动器、第二最大主应力作动器、第一中间主应力作动器及第二中间主应力作动器；所述反力框架固定设置在地面上，所述第一最大主应力作动器和第二最大主应力作动器对称设置在反力框架的上下两端，所述第一中间主应力作动器和及第二中间主应力作动器对称设置在反力框架的左右两端；所述基础平台固定设置在反力框架前后两侧的地面上，在基础平台顶部水平铺设有压力室转运轨道，压力室转运轨道采用平行双轨结构，压力室转运轨道贯穿反力框架的中心工作腔；在所述压力室转运轨道上设置有压力室转运滑台，压力室转运滑台可沿压力室转运轨道直线移动；所述压力室采用分体式筒型结构，包括压力室底座和压力室筒体，由压力室底座与压力室筒体扣合组成完整的压力室；所述压力室底座设置在压力室转运滑台上，压力室底座与压力室转运滑台进行随动；在所述基础平台上方设置有压力室筒体吊装机构，在压力室筒体吊装机构的吊臂正下方的基础平台内部隐藏设置有压力室筒体升降式承放台，在压力室筒体升降式承放台左右两侧设置有压力室筒体与底座封装夹具。/n

【技术特征摘要】
1.一种深部复杂构造条件下岩石真三轴动态压剪试验装置，其特征在于：包括反力框架、压力室、基础平台、第一最大主应力作动器、第二最大主应力作动器、第一中间主应力作动器及第二中间主应力作动器；所述反力框架固定设置在地面上，所述第一最大主应力作动器和第二最大主应力作动器对称设置在反力框架的上下两端，所述第一中间主应力作动器和及第二中间主应力作动器对称设置在反力框架的左右两端；所述基础平台固定设置在反力框架前后两侧的地面上，在基础平台顶部水平铺设有压力室转运轨道，压力室转运轨道采用平行双轨结构，压力室转运轨道贯穿反力框架的中心工作腔；在所述压力室转运轨道上设置有压力室转运滑台，压力室转运滑台可沿压力室转运轨道直线移动；所述压力室采用分体式筒型结构，包括压力室底座和压力室筒体，由压力室底座与压力室筒体扣合组成完整的压力室；所述压力室底座设置在压力室转运滑台上，压力室底座与压力室转运滑台进行随动；在所述基础平台上方设置有压力室筒体吊装机构，在压力室筒体吊装机构的吊臂正下方的基础平台内部隐藏设置有压力室筒体升降式承放台，在压力室筒体升降式承放台左右两侧设置有压力室筒体与底座封装夹具。


2.根据权利要求1所述的一种深部复杂构造条件下岩石真三轴动态压剪试验装置，其特征在于：所述反力框架采用环状平面一体式结构，反力框架的截面形状为多边形，反力框架的底平面通过主支撑底座与地面固定连接，在主支撑底座与反力框架的底斜面之间设置有侧支撑底座；所述第一最大主应力作动器竖直隐藏嵌装在反力框架的顶部，所述第二最大主应力作动器竖直隐藏嵌装在反力框架的底部，第一最大主应力作动器与第二最大主应力作动器同轴分布；所述第一中间主应力作动器水平隐藏嵌装在反力框架的左端部，所述第二中间主应力作动器水平隐藏嵌装在反力框架的右端部，第一中间主应力作动器与第二中间主应力作动器同轴分布。


3.根据权利要求1所述的一种深部复杂构造条件下岩石真三轴动态压剪试验装置，其特征在于：所述第一最大主应力作动器、第二最大主应力作动器、第一中间主应力作动器及第二中间主应力作动器结构相同，均包括缸筒、活塞杆、缸尾盖板及缸头盖板；所述缸尾盖板密封固装在缸筒的尾端筒口，所述缸头盖板密封固装在缸筒的头端筒口，缸筒同轴套装在活塞杆上，缸筒内的无杆腔与缸尾盖板同侧，缸筒内的有杆腔与缸头盖板同侧；所述活塞杆密封穿过缸尾盖板，在有杆腔的活塞杆与缸筒之间套装有静压支撑密封套，在活塞杆与缸尾盖板穿装孔之间设置有防尘套；在所述活塞杆与缸尾盖板之间连接有磁致伸缩式位移传感器；在所述活塞杆的外伸端连接在轮辐式负荷传感器，轮辐式负荷传感器与活塞杆之间设置有负荷传感器转接座，在轮辐式负荷传感器的外端固定连接有压头；在所述负荷传感器转接座外周设置有抗侧向力机构。


4.根据权利要求1所述的一种深部复杂构造条件下岩石真三轴动态压剪试验装置，其特征在于：在所述压力室筒体的顶部中心竖直设置有第一自平衡活塞杆，第一自平衡活塞杆与压力室筒体之间通过第一法兰端盖进行密封，第一自平衡活塞杆一端延伸至压力室筒体外部，第一自平衡活塞杆另一端延伸至压力室筒体内部，在第一自平衡活塞杆与压力室筒体之间连接有第一LVDT位移传感器；在所述压力室底座的中心竖直设置有第二自平衡活塞杆，第二自平衡活塞杆与压力室底座之间通过第二法兰端盖进行密封，第二自平衡活塞杆一端延伸至压力室底座下方，第二自平衡活塞杆另一端延伸至压力室底座上方，在第二自平衡活塞杆与压力室底座之间连接有第二LVDT位移传感器；在所述压力室筒体的左侧部水平设置有第三自平衡活塞杆，第三自平衡活塞杆与压力室筒体之间通过第三法兰端盖进行密封，第三自平衡活塞杆一端延伸至压力室筒体外部，第三自平衡活塞杆另一端延伸至压力室筒体内部，在第三自平衡活塞杆与压力室筒体之间连接有第三LVDT位移传感器；在所述压力室筒体的右侧部水平设置有第四自平衡活塞杆，第四自平衡活塞杆与压力室筒体之间通过第四法兰端盖进行密封，第四自平衡活塞杆一端延伸至压力室筒体外部，第四自平衡活塞杆另一端延伸至压力室筒体内部，在第四自平衡活塞杆与压力室筒体之间连接有第四LVDT位移传感器；所述第一自平衡活塞杆与第二自平衡活塞杆同轴分布，所述第三自平衡活塞杆与第四自平衡活塞杆同轴分布；在所述压力室筒体外部设置有吊装吊耳。


5.根据权利要求1所述的一种深部复杂构造条件下岩石真三轴动态压剪试验装置，其特征在于：在所述压力室转运滑台下表面固设有滑台导向滑块，滑台导向滑块与压力室转运轨道滑动连接；在其中一根所述压力室转运轨道的侧部固装有齿条，齿条与压力室转运轨道相平行；在所述压力室转运滑台上竖直安装有一台液压马达，液压马达的动力输出轴朝向且延伸至压力室转运滑台下...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘焕新，陈玉民，王剑波，张希巍，杜树浩，侯奎奎，刘洋，李桂林，朱明德，王玺，吴钦正，
申请(专利权)人：山东黄金矿业科技有限公司深井开采实验室分公司，张希巍，
类型：发明
国别省市：山东;37