CN105424473A - 充填体三轴加卸载破坏过程试验装置及其试验方法 - Google Patents

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张松林
梁鹏
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李示波
陈超
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刘志义
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Abstract

<b>本发明涉及力学试验装置及试验方法，特别是一种充填体三轴加卸载破坏过程试验装置。置于压力机上的水平应力加卸载装置，水平应力加卸载装置中的水平应力反应框架、垂直应力反应架分别由透明材质制成，水平应力反应框架置于垂直应力反应架上，水平应力反应框架上装有水平应力加压杆，水平应力加压杆的一端置于水平应力反应架上，水平应力加压杆的另一端装有万向压板，万向压板与水平应力反应框架的内表面和垂直应力反应板的上表面存在间隙。调整压力机轴向加压头高度，与最上层的充填体加载垫板刚好接触；采用预定加压方式进行轴向加压，直至试样破坏；加压过程中使用高速摄像机和非接触应变测量系统对试块裂纹扩展和变形破坏过程进行观察和记录。</b>

Description

充填体三轴加卸载破坏过程试验装置及其试验方法
技术领域
本发明涉及力学试验装置及试验方法，特别是一种充填体三轴加卸载破坏过程试验装置。
背景技术
试验是研究充填体破坏机理最有效的方法之一，观察到的试验现象和得到的试验结果是研究充填体破坏机理的基础。目前岩体的三轴加卸载破坏过程试验数据提取已经趋于成熟，但其实验过程是在不可视环境下进行，需要配合声发射、CT等设备，进行大样本试验，过程复杂，数据处理工作量大，成本高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种结构简单，并且能够直接观察到破坏机理的充填体三轴加载破坏过程试验装置以及试验方法。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种充填体三轴加载破坏过程试验装置，包括液压源，压力机，置于压力机上的水平应力加卸载装置，该水平应力加卸载装置包括水平应力反应框架、垂直应力反应板、水平应力加压杆、万向压板，水平应力反应框架、垂直应力反应架分别由透明材质制成，水平应力反应框架置于垂直应力反应架上，水平应力反应框架上装有水平应力加压杆，水平应力加压杆的一端置于水平应力反应架上，水平应力加压杆的另一端装有万向压板，万向压板与水平应力反应框架的内表面和垂直应力反应板的上表面存在间隙。
上述技术方案的本发明与现有技术相比，能够使整个实验过程可视，可利用高速摄像机、非接触应变测量系统观察充填体在三轴加卸载过程中的裂纹扩展及破坏特征。
本发明的优选方案是：
水平应力反应框架为矩形框架结构；水平应力加压杆设置为两个，分别置于水平应力反应框架两个相邻面的同一水平面上。
透明材质为钢化玻璃。
水平应力加压杆的另一端与万向压板铰接。
两个万向压板之间的空间用于放置充填体标准试块。
两个万向压板相对于充填标准试块的表面为平面结构，两个万向压板的下表面分别距离垂直应力反应架2mm；两个万向压板的一侧面分别距离水平应力反应架2mm；万向压板背离充填标准试块呈凸起的圆弧结构或斜面结构。
垂直应力反应板的上表面装有水平应力加固架，该水平应力加固架呈直角三角形结构，该水平应力加固架的一条直角边与水平应力反应框架的外表面相连接。
垂直应力反应板呈矩形结构。
垂直应力反应板为等厚结构，厚度为19mm；水平应力反应框架的四个边分别为等厚结构，厚度分别为19mm。
水平应力加固架为等厚结构，厚度是19mm。
水平应力加卸载装置下方设置有置于压力机平台上的水平应力加卸载结构垫板。
充填体标准试块的上方设置有加载垫板。
一种充填体三轴加载破坏过程试验装置的试验方法，按如下步骤进行：
、将水平应力加卸载结构垫板放置在压力机的反力架上；
、将水平应力加载装置放置在水平应力加卸载结构垫板指定的放置区域上；
、将制作好的标准试块放好，保持水平状态；
、调节水平应力加压杆和万向压板，将标准试块固定；
、将加载垫板放置在标准试块上。
、调整压力机轴向加压头高度，与最上层的充填体加载垫板刚好接触；
、水平应力加压杆上外接水平应力加载油缸，调整水平应力加载油缸施加应力值到预定压力值；
、压力机工作，采用预定加压方式进行轴向加压，直至试样破坏；
、加压过程中使用高速摄像机和非接触应变测量系统对试块裂纹扩展和变形破坏过程进行观察和记录。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是图1中水平应力加卸载结构垫板的示意图。
图3是水平应力加卸载装置的主视图。
图4是图3的俯视图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例详述本发明：
一种充填体三轴加卸载破坏过程试验装置，参见附图1至附图4，图中：水平应力加固架1、水平应力加压杆2、水平应力反应框架3、万向压板4、垂直应力反应板5、水平压力加卸载结构垫板6、标准试块7、水平应力加卸载装置8、加载垫板9、垫板提手10、压力机11、测控系统12、液压源13、水平应力加载油缸14、放置区域15。
本实施例中，压力机11的反应架上设置有水平应力加卸载装置8，压力机11与测控系统12连接，压力机11的采用TAW-3000电液伺服岩石三轴试验机。该水平应力加卸载装置8由水平放置的垂直应力反应板5、置于垂直应力反应板5上的水平应力反应框架3等组成。
水平应力反应框架3由四块竖板构成矩形框架结构，平行对应的两块尺寸相同，长和宽尺寸为150mm×80mm和188mm×80mm。每块竖板的外面分别设置有三块水平应力加固架1，共计十二块，水平应力加固架1为等厚结构，厚度是19mm；该水平应力加固架1呈直角三角形结构，两直角边尺寸为31mm×80mm。水平应力加固架1的一条直角边与水平应力反应框架3的外表面相连接；另一条直角边与垂直应力反应板5的上表面相连接。
水平应力反应框架3上装有水平应力加压杆2，水平应力加压杆2通过管路与水平应力加载油缸14连接，水平应力加载油缸14与液压源13连接。水平应力加压杆2设置为两个，分别置于水平应力反应框架3两个相邻面的同一水平面上，两个水平应力加压杆2在同一水平呈垂直关系。水平应力加压杆2的一端置于水平应力反应框架3上，水平应力加压杆2的另一端装有万向压板4，万向压板4与水平应力反应框架3的内表面和垂直应力反应板5的上表面存在间隙。两个万向压板4之间的空间用于放置充填体标准试块7，标准试块7呈正方体结构。
两个万向压板4相对于充填标准试块的表面为正方形平面结构，由钢性材料制成，尺寸为70.7mm×70.7mm。
两个万向压板的下表面分别距离垂直应力反应架2mm；两个万向压板4的一侧面分别距离水平应力反应架2mm（两边的距离不一定非要为本实施所列举，只要是等距离即可）；万向压板4背离充填标准试块呈凸起的圆弧结构或斜面结构；圆弧结构或斜面结构的最高端（正方形的中心）设置有球形凸起，球形凸起与水平应力加压杆2的另一端上的凹槽连接，球形凸起与凹槽相吻合，球形凸起的回转中心设置有与凹槽上内孔相连接的连接件。
水平应力反应框架3、垂直应力反应板5、水平应力加固架1分别由透明材质制成，透明材质为钢化玻璃；水平应力反应框架3置于垂直应力反应架5上并与垂直应力反应架5的上表面相垂直；垂直应力反应板5为等厚结构，厚度为19mm；垂直应力反力架5的长和宽尺寸为250mm×250mm。
水平应力加卸载装置6下方设置有置于压力机平台上的水平应力加卸载结构垫板6；水平应力加卸载结构垫板6可以放置为若干层，水平应力加卸载结构垫板6的两侧设置有垫板提手10，方便拿起。水平应力加卸载结构垫板6为正方形块，由钢性材料制成，厚度为50mm，长和宽为430mm。
充填体标准试块7的上方设置有加载垫板9，加载垫板9设置为数个；加载垫板9为正方形块，由钢性材料制成，厚度为10mm，长和宽为70.7mm。
试验时，要保证水平应力加载装置6放置在水平应力加卸载结构垫板6指定的放置区域15上，保证水平应力加卸载结构垫板6、标准试块7、加载垫板9和压力机11的垂直加压头的中心在一条直线上。
试验时，将标准试块7放置于两个万向压板4、垂直应力反力板5、水平应力反力框架3构成的空间内，水平应力加压杆2连接水平应力加载油缸14，水平应力加载油缸14可独立提供两个0~3MPa的荷载。通过水平应力加载油缸14加压，将压力控制在某一预先设定的压力值水平，然后利用压力机11给标准试块7施加轴向压力，最终实现三轴受压。
本发明的实验过程如下：
1、按照图1将16~18块水平应力加卸载结构垫板6放置在压力机11的反力架上。
、将水平应力加载装置8放置在水平应力加卸载结构垫板6指定的放置区域15上。
、将制作好的70.7mm×70.7mm×70.7mm的充填体标准试块7放好，保持水平状态。
、调节水平应力加压杆2和万向压板4，将充填体标准试块7固定。
、将10~12块充填体加载垫板9放置在充填体标准试块7上。
、调整压力机11轴向加压头高度，与最上边的充填体加载垫板9刚好接触为宜。
、水平应力加压杆2上外接水平应力加载油缸14，调整水平应力加载油缸14施加应力值到预定压力值。
、压力机11工作，采用预定加压方式进行轴向加压，直至试样破坏。
、加压过程中使用高速摄像机和非接触应变测量系统对试块裂纹扩展和变形破坏过程进行观察和记录。
本发明可使整个实验过程可视，可利用高速摄像机、非接触应变测量系统观察充填体在三轴加卸载过程中的裂纹扩展及破坏特征。试验操作简单，成本低。
依本发明范围所作的等效变化，采用其它透明材料，使实验过程可视均落入本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种充填体三轴加载破坏过程试验装置，包括液压源，压力机，置于压力机上的水平应力加卸载装置，该水平应力加卸载装置包括水平应力反应框架、垂直应力反应板、水平应力加压杆、万向压板，其特征在于：水平应力反应框架、垂直应力反应架分别由透明材质制成，水平应力反应框架置于垂直应力反应架上，水平应力反应框架上装有水平应力加压杆，水平应力加压杆的一端置于水平应力反应架上，水平应力加压杆的另一端装有万向压板，万向压板与水平应力反应框架的内表面和垂直应力反应板的上表面存在间隙。
2.根据权利要求1所述的充填体三轴加卸载破坏过程试验装置，其特征在于：水平应力反应框架为矩形框架结构；水平应力加压杆设置为两个，分别置于水平应力反应框架两个相邻面的同一水平面上。
3.根据权利要求1或2所述的充填体三轴加载破坏过程试验装置，其特征在于：水平应力加压杆的另一端与万向压板铰接。
4.根据权利要求1所述的充填体三轴加载破坏过程试验装置，其特征在于：万向压板设置为两个，两个万向压板之间的空间用于放置充填体标准试块。
5.根据权利要求4所述的充填体三轴加载破坏过程试验装置，其特征在于：两个万向压板相对于充填标准试块的表面为平面结构，两个万向压板的下表面分别距离垂直应力反应架2mm；两个万向压板的一侧面分别距离水平应力反应架2mm；万向压板背离充填标准试块呈凸起的圆弧结构或斜面结构。
6.根据权利要求1所述的充填体三轴加载破坏过程试验装置，其特征在于：垂直应力反应板的上表面装有水平应力加固架，该水平应力加固架呈直角三角形结构，该水平应力加固架的一条直角边与水平应力反应框架的外表面相连接。
7.根据权利要求1所述的充填体三轴加载破坏过程试验装置，其特征在于：垂直应力反应板为等厚结构，厚度为19mm；水平应力反应框架的四个边分别为等厚结构，厚度分别为19mm；水平应力加固架为等厚结构，厚度是19mm，由玻璃钢制成。
8.根据权利要求1所述的充填体三轴加载破坏过程试验装置，其特征在于：水平应力加卸载装置下方设置有置于试验机平台上的水平应力加卸载结构垫板；充填体标准试块的上方设置有加载垫板。
9.一种如权利要求1至8中任意一项所述的充填体三轴加载破坏过程试验装置的试验方法，按如下步骤进行：
、将水平应力加卸载结构垫板放置在压力机的反力架上；
、将水平应力加载装置放置在水平应力加卸载结构垫板指定的放置区域上；
、将制作好的标准试块放好，保持水平状态；
、调节水平应力加压杆和万向压板，将标准试块固定；
、将加载垫板放置在标准试块上；
、调整压力机轴向加压头高度，与最上层的充填体加载垫板刚好接触；
、水平应力加压杆上外接水平应力加载油缸，调整水平应力加载油缸施加应力值到预定压力值；
、压力机工作，采用预定加压方式进行轴向加压，直至试样破坏；
、加压过程中使用高速摄像机和非接触应变测量系统对试块裂纹扩展和变形破坏过程进行观察和记录。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106053221A (zh) * 2016-05-24 2016-10-26 南华大学 一种用于矩形岩块双向加载试验的装置
CN106979888A (zh) * 2017-03-21 2017-07-25 华北理工大学 研究矿柱开挖过程充填体承载机制的试验仪器和试验方法
CN108152147A (zh) * 2018-03-16 2018-06-12 华北理工大学 岩石试样扭裂破坏实验装置及模拟岩石试样扭裂破坏方法
CN109142074A (zh) * 2018-09-13 2019-01-04 中国矿业大学 一种散体充填材料多向加载试验系统

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003050188A (ja) * 2001-08-06 2003-02-21 Ichiro Shimizu 二軸圧縮装置
CN102607955A (zh) * 2012-02-17 2012-07-25 中国地质大学（武汉） 裂隙岩体双轴压缩试验装置
CN103257072A (zh) * 2013-04-28 2013-08-21 中国矿业大学 一种三维可视化真三轴模拟试验台
CN205333415U (zh) * 2016-01-22 2016-06-22 华北理工大学 充填体三轴加卸载破坏过程试验装置

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003050188A (ja) * 2001-08-06 2003-02-21 Ichiro Shimizu 二軸圧縮装置
CN102607955A (zh) * 2012-02-17 2012-07-25 中国地质大学（武汉） 裂隙岩体双轴压缩试验装置
CN103257072A (zh) * 2013-04-28 2013-08-21 中国矿业大学 一种三维可视化真三轴模拟试验台
CN205333415U (zh) * 2016-01-22 2016-06-22 华北理工大学 充填体三轴加卸载破坏过程试验装置

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
王者超 等: ""三轴剪切作用下体积变化对岩石其他力学性质影响"", 《固体力学学报》 *

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106053221A (zh) * 2016-05-24 2016-10-26 南华大学 一种用于矩形岩块双向加载试验的装置
CN106979888A (zh) * 2017-03-21 2017-07-25 华北理工大学 研究矿柱开挖过程充填体承载机制的试验仪器和试验方法
CN108152147A (zh) * 2018-03-16 2018-06-12 华北理工大学 岩石试样扭裂破坏实验装置及模拟岩石试样扭裂破坏方法
CN108152147B (zh) * 2018-03-16 2023-09-05 华北理工大学 岩石试样扭裂破坏实验装置及模拟岩石试样扭裂破坏方法
CN109142074A (zh) * 2018-09-13 2019-01-04 中国矿业大学 一种散体充填材料多向加载试验系统

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