非均匀轴向荷载的单轴压缩岩石力学试验机及试验方法技术

本申请提供一种非均匀轴向荷载的单轴压缩岩石力学试验机及试验方法，包括机架、加压台、动力件、顶面设有倾斜面的试验件、嵌套于试验件的刚性外罩以及监测装置,通过动力件对刚性外罩的施压，进而使刚性外罩均匀挤压试验件的倾斜面，导致试验件因倾斜面存在高度差存在内部产生应变梯度使试验件内部产生轴向非均匀荷载，进而通过监测装置监测试验过程中的应变信息，改变了现有的岩石力学试验大部分是对单一试件或规则的组合试件进行测试的情况，进而模拟了深井内岩石在非均匀高应力条件下的力学特性，为深井巷道支护技术提供充足的理论基础，具有结构简单，试验操作方便，试验数据简明易得且有参考意义的优点。明易得且有参考意义的优点。明易得且有参考意义的优点。

【技术实现步骤摘要】
非均匀轴向荷载的单轴压缩岩石力学试验机及试验方法


[0001]本申请属于岩体力学试验
，具体涉及一种非均匀轴向荷载的单轴压缩岩石力学试验机及试验方法。

技术介绍

[0002]在岩体开采作业中，随着开采的深度增加，深井巷道的支护难度也越来越大，为了保证岩体开采过程中，深部巷道内开采作业的安全，采矿业每年在支护工程上花费了大量的人力与金钱；深井巷道开采作业难度高，其根本原因是对深井内岩石在高应力条件下的力学特性缺乏了解，因此对岩石在不同应力条件下的变形特性、破坏特征等性质做出充分的研究，为深井巷道提供充足的理论基础才是解决深井巷道或复杂巷道支护困难的关键。
[0003]现有的岩石力学实验大部分是对单一试件或规则的组合试件进行测试，通过改变加载速率、动/静加载方式或温度等因素研究了岩石试件荷载与变形间的本构关系；然而，岩体开采作业开始挖掘后巷道附近的围岩应力释放导致了岩体局部的应力不均匀，此时巷道两帮的荷载具有十分显著的非均匀特征；而现有的岩石力学试验都是将岩石试件当作一个整体进行加载，无法做到对单一完整岩石进行非均匀加载，因此急需一种可以对试验件施加非均匀轴向荷载的单轴岩体力学试验机。

技术实现思路

[0004]本申请为了解决现有矿石开场行业中，对深井内岩石在高应力条件下的力学特性缺乏了解，现有的岩石力学试验都是将岩石试件当作一个整体进行加载，无法做到对单一完整岩石进行非均匀加载的技术问题，提出了一种非均匀轴向荷载的单轴压缩岩石力学试验机及试验方法。
[0005]本申请采用如下方案，非均匀轴向荷载的单轴压缩岩石力学试验机，包括机架，所述机架上设有用于放置试验件的加压台，所述机架上位于所述加压台上侧设有动力件，所述试验件顶面设有倾斜面，所述加压台上设有嵌套所述试验件的刚性外罩，所述动力件用于通过对所述刚性外罩施加压力进而均匀挤压所述倾斜面，使所述试验件内部因所述倾斜面的高度差存在应变梯度进而产生轴向非均匀荷载，所述刚性外罩内壁设有用于监测所述试验件应力信息的监测装置。
[0006]优选的，所述刚性外罩底部两侧抵接于所述加压台上，当所述动力件向下顶压所述刚性外罩时可使所述刚性外罩两侧位移相等，以至所述试验件因所述倾斜面的高度差导致所述试验件受到所述刚性外罩均匀压缩的过程中内部存在应变梯度进而产生轴向非均匀荷载。
[0007]优选的，所述刚性外罩上设有与所述倾斜面匹配的斜压面。
[0008]优选的，所述监测装置包括设于所述刚性外罩与所述倾斜面接触面上的应力传感器、设于所述刚性外罩内壁两侧的声发射探头，所述应力传感器和所述声发射探头电性连接至监测单元。
[0009]优选的，所述刚性外罩为刚性材料，所述刚性外罩在所述动力件的均匀压缩过程中与所述刚性外罩与所述倾斜面的接触面不产生塑性形变。
[0010]优选的，所述加压台包括设于所述机架上的底盘，设于所述底盘上部的平衡托板、设于所述平衡托板和所述底盘之间的轨道杆以及设于所述平衡托板上的垫板，所述平衡托板的两侧与所述刚性外罩两侧相抵，所述刚性外罩受到所述动力件的均匀压力后，所述平衡托板可沿所述轨道杆轴向方向运动。
[0011]优选的，所述平衡托板通过水平夹具设于所述轨道杆上，所述轨道杆中部开设有用于容置弹簧的弹簧槽，所述刚性外罩受到所述动力件的均匀压力后，所述刚性外罩均匀挤压所述试验件，所述弹簧的弹力可保证所述平衡托板沿所述轨道杆均匀位移，保证刚性外罩两侧位移相等。
[0012]优选的，所述水平夹具中部设有可滑接于所述弹簧槽的夹块，所述平衡托板两侧开设有可滑接于所述夹块的滑动槽。
[0013]优选的，所述水平夹具通过将所述夹块设于所述滑动槽内使得所述平衡托板夹设于所述水平夹具之间，所述水平夹具通过下压所述弹簧以至将所述夹块设于所述弹簧槽内使得所述平衡托板设于所述轨道杆上。
[0014]本申请的另一目的是提供一种非均匀轴向荷载的单轴压缩岩石力学试验机的试验方法，采用非均匀轴向荷载的单轴压缩岩石力学试验机,试验方法包括以下步骤：
[0015]步骤1：将试验件设于加压台上；
[0016]步骤2：将刚性外罩嵌套于试验件上并使刚性外罩与加压台相抵；
[0017]步骤3：启动动力件并对刚性外罩均匀挤压以至刚性外罩与加压台完全紧密相抵，实现预加载；
[0018]步骤4：动力件开始加载，利用监测装置监测静态加载过程中试验件相关数据，即完成静态加载试验。
[0019]本申请提供一种非均匀轴向荷载的单轴压缩岩石力学试验机及试验方法，包括机架、加压台、动力件、顶面设有倾斜面的试验件、嵌套于试验件的刚性外罩以及监测装置,通过动力件对刚性外罩的施压，进而使刚性外罩均匀挤压试验件的倾斜面，导致试验件因倾斜面存在高度差存在内部产生应变梯度使试验件内部产生轴向非均匀荷载，进而通过监测装置监测试验过程中的应变信息，改变了现有的岩石力学试验大部分是对单一试件或规则的组合试件进行测试的情况，进而模拟了深井内岩石在非均匀高应力条件下的力学特性，为深井巷道支护技术提供充足的理论基础，具有结构简单，试验操作方便，试验数据简明易得且有参考意义的优点。
附图说明
[0020]为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
[0021]图1是本申请非均匀轴向荷载的单轴压缩岩石力学试验机的主视图；
[0022]图2是本申请刚性外罩的结构示意图；
[0023]图3是本申请刚性外罩另一视角的结构示意图；
[0024]图4是本申请加压台的结构示意图；
[0025]图5是本申请加压台的分解平衡托板后的结构示意图。
具体实施方式
[0026]如图1
‑
5所示，非均匀轴向荷载的单轴压缩岩石力学试验机，包括机架1，所述机架1上设有用于放置试验件2的加压台4，所述机架1上位于所述加压台4上侧设有动力件5，所述试验件2顶面设有倾斜面20，所述加压台4上设有嵌套所述试验件2的刚性外罩6，所述动力件5用于通过对所述刚性外罩6施加压力进而均匀挤压所述倾斜面20，使所述试验件2内部因所述倾斜面20的高度差存在应变梯度进而产生轴向非均匀荷载，所述刚性外罩6内壁设有用于监测所述试验件2应力信息的监测装置3。
[0027]本申请提供一种非均匀轴向荷载的单轴压缩岩石力学试验机及试验方法，包括机架、加压台、动力件、顶面设有倾斜面的试验件、嵌套于试验件的刚性外罩以及监测装置通过动力件对刚性外罩的施压，进而使刚性外罩均匀挤压试验件的倾斜面，导致试验件因倾斜面存在高度差存在内部产生应变梯度使试验件内部产生轴向非均匀荷载，进而通过监测装置监测试验过程中的应变信息，改变了现有的岩石力学试验大部分是对单一试件或规则的组合试件进行测试的情况，进而模拟了深井内岩石在非均匀高应力条件下的力学特性，为深井巷道支护技术提供充足的理论基础，具有结构简单，试验操作方便，试验数据简明易得且有参考意义的优点。
[0028]优选的，所述刚本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.非均匀轴向荷载的单轴压缩岩石力学试验机，包括机架(1)，其特征在于，所述机架(1)上设有用于放置试验件(2)的加压台(4)，所述机架(1)上位于所述加压台(4)上侧设有动力件(5)，所述试验件(2)顶面设有倾斜面(20)，所述加压台(4)上设有嵌套所述试验件(2)的刚性外罩(6)，所述动力件(5)用于通过对所述刚性外罩(6)施加压力进而均匀挤压所述倾斜面(20)，使所述试验件(2)内部因所述倾斜面(20)的高度差存在应变梯度进而产生轴向非均匀荷载，所述刚性外罩(6)内壁设有用于监测所述试验件(2)应力信息的监测装置(3)。2.根据权利要求1所述的非均匀轴向荷载的单轴压缩岩石力学试验机，其特征在于，所述刚性外罩(6)底部两侧抵接于所述加压台(4)上，当所述动力件(5)向下顶压所述刚性外罩(6)时可使所述刚性外罩(6)两侧位移相等，以至所述试验件(2)因所述倾斜面(20)的高度差导致所述试验件(2)受到所述刚性外罩(6)均匀压缩的过程中内部存在应变梯度进而产生轴向非均匀荷载。3.根据权利要求2所述的非均匀轴向荷载的单轴压缩岩石力学试验机，其特征在于，所述刚性外罩(6)上设有与所述倾斜面(20)匹配的斜压面(60)。4.根据权利要求1所述的非均匀轴向荷载的单轴压缩岩石力学试验机，其特征在于，所述监测装置(3)包括设于所述刚性外罩(6)与所述倾斜面(20)接触面上的应力传感器(7)、设于所述刚性外罩(6)内壁两侧的声发射探头(8)，所述应力传感器(7)和所述声发射探头(8)电性连接至监测单元(9)。5.根据权利要求1所述的非均匀轴向荷载的单轴压缩岩石力学试验机，其特征在于，所述刚性外罩(6)为刚性材料，所述刚性外罩(6)在所述动力件(5)的均匀压缩过程中与所述刚性外罩(6)与所述倾斜面(20)的接触面不产生塑性形变。6.根据权利要求1所述的非均匀轴向荷载的单轴压缩岩石力学试验机，其特征在于，所述加压台(4)包括设于所述机架(1)上的底盘(40)，设于所述底盘(40)上部的平衡托板(41)、设于所述平衡托板(41)和所述底盘(40)之...

【专利技术属性】
技术研发人员：余伟健，潘豹，
申请(专利权)人：湖南科技大学，
类型：发明
国别省市：