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原文传递一种模拟原位应力条件下孔壁加载的试验装置及方法

专利名称：	一种模拟原位应力条件下孔壁加载的试验装置及方法
摘要：	本发明提供了一种模拟原位应力条件下孔壁加载的试验装置及方法，涉及岩石力学室内试验技术领域，试验装置包括三向加载系统、孔壁加载系统和伺服控制系统，伺服控制系统控制三向加载系统和孔壁加载系统分别对岩石试件进行加载，三向加载系统包括第一方向、第二方向和第三方向上的加载装置，孔壁加载系统的加载方向平行于第一方向和第二方向确定的平面；岩石试件是轴线位置设置钻孔的长方体后均分为4份制作而成的，孔壁加载系统的压头呈扇形柱状或圆锥状分别模拟不同的受力条件；以及利用该试验装置测试孔壁力学特性的方法。该装置及方法实现了原位应力条件下孔壁加载的模拟，另外还具有测量精度高、符合工程实际、操作简便等优点。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	山东;37
申请人：	山东科技大学
发明人：	房凯;毛芮;赵同彬;周军华;李小亮;王志
专利状态：	有效
申请日期：	2019-08-21T00:00:00+0800
发布日期：	2019-11-08T00:00:00+0800
申请号：	CN201910771125.7
公开号：	CN110426289A
代理机构：	青岛智地领创专利代理有限公司
代理人：	张凯
分类号：	G01N3/12(2006.01);G;G01;G01N;G01N3
申请人地址：	266590 山东省青岛市黄岛区前湾港路579号
主权项：	1.一种模拟原位应力条件下孔壁加载的试验装置，包括试验台、底座、立柱和顶梁，试验台固定在底座上，底座和顶梁之间设置有立柱，其特征是，还包括三向加载系统、孔壁加载系统和伺服控制系统，所述伺服控制系统控制三向加载系统和孔壁加载系统分别对岩石试件进行加载，所述三向加载系统包括第一方向、第二方向和第三方向上的加载装置，所述孔壁加载系统的加载方向平行于第一方向和第二方向确定的平面；所述岩石试件是轴线位置设置有钻孔的长方体沿孔壁径向均分为4份制作而成的，所述孔壁加载系统的加载压头呈扇形柱状或圆锥状。 2.根据权利要求1所述的一种模拟原位应力条件下孔壁加载的试验装置，其特征是，所述第一方向、第二方向和第三方向两两垂直，所述第三方向和立柱的设置方向平行；所述孔壁加载系统通过孔壁加载油缸对岩石试件的钻孔孔壁所在弧面进行加载。 3.根据权利要求2所述的一种模拟原位应力条件下孔壁加载的试验装置，其特征是，所述试验台呈环状，试验台的外圈呈圆形，内圈呈方形；所述试验台沿圆周对称布置有多个圆孔，圆孔沿同一圆周布置。 4.根据权利要求3所述的一种模拟原位应力条件下孔壁加载的试验装置，其特征是，所述三向加载系统包括第一加载油缸、第二加载油缸和第三加载油缸，第一加载油缸和第二加载油缸设置在试验台内圈相邻的侧壁上，第三加载油缸设置在试验台下方并向顶梁一侧加载。 5.根据权利要求3所述的一种模拟原位应力条件下孔壁加载的试验装置，其特征是，所述第一加载油缸、第二加载油缸和孔壁加载油缸上均设置有油管接口，油管接口处螺纹连接有防尘罩；拆除防尘罩后伺服控制系统通过油管和油管接口固定连接。 6.根据权利要求1所述的一种模拟原位应力条件下孔壁加载的试验装置，其特征是，所述孔壁加载系统包括加载压头、传递力柱和孔壁加载油缸，所述加载压头和传递力柱之间通过螺纹连接，加载压头包括面加载压头、点加载压头和线性加载压头。 7.根据权利要求6所述的一种模拟原位应力条件下孔壁加载的试验装置，其特征是，所述孔壁加载系统的加载油缸设置在试验台内圈的直角位置，所述孔壁加载系统的加载油缸沿试验台上平行于第三方向的滑轨移动。 8.根据权利要求1所述的一种模拟原位应力条件下孔壁加载的试验装置，其特征是，所述三向加载系统和孔壁加载系统与岩石试件的接触面位置设置有应力和位移传感器。 9.一种模拟原位应力条件下孔壁加载的试验方法，利用权利要求1至8任一项所述的一种模拟原位应力条件下孔壁加载的试验装置，其特征在于，步骤包括：步骤一：制作岩石试件，包括现场取样岩石，沿长方体岩石试件的轴线钻设钻孔，沿钻孔径向等分岩石试件，制作尺寸与试验台内圈相适应的岩石试件；步骤二：岩石试件放至试验台内圈，根据岩石试件的尺寸调整三向加载系统的加载压头的位置，或者在加载压头上安装尺寸与岩石试件相匹配的垫块；步骤三：安装孔壁加载系统的加载压头，使加载压头与岩石试件的弧面相接触；步骤四：拆除防尘罩，将伺服控制系统的油管和油管接口固定连接；步骤五：通过伺服控制系统控制第一加载油缸、第二加载油缸、第三加载油缸以及孔壁加载系统的加载压头分别独立对岩石试件进行加载，包括保持第一加载油缸、第二加载油缸和第三加载油缸的载荷不变，逐步增大孔壁加载系统的压头载荷；步骤六：实时监测加载过程中岩石试件表面的应力和位移，直至试件失稳破坏。 10.根据权利要求9所述的一种模拟原位应力条件下孔壁加载的试验方法，其特征在于，所述步骤三中，当使用面加载压头时，模拟孔壁均布载荷情况；当使用点加载压头时，模拟孔壁集中载荷情况；当使用线性加载压头时，模拟孔壁线性载荷情况；根据步骤六所述的监测数据得到岩石试件各平面的应力-应变曲线和孔壁加载压头的载荷-位移曲线。
所属类别：	发明专利