[发明专利]摆锤式水岩耦合试验动力加载设备与方法

说明书

本发明公开了一种摆锤式水岩耦合试验动力加载设备与方法，属于岩石力学与工程试验技术领域。所述摆锤式水岩耦合试验动力加载设备包括：底座；摆锤加载装置设置在底座上；孔隙水压加载装置设置在底座上；夹持装置设置在底座上，夹持装置与孔隙水压加载装置连接；试样设置在夹持装置内；测量装置分别与夹持装置、孔隙水压加载装置及试样连接；采集装置与测量装置连接。本发明摆锤式水岩耦合试验动力加载设备与方法可以进一步地揭示裂隙中水压在动载作用下的脉动规律及影响因素，研究动载与孔隙水压脉动耦合作用下裂隙扩展机理，为评价含水岩体工程在动载作用下灾变机理提供理论参考与评价模型。

技术领域

本发明涉及岩石力学与工程试验技术领域，特别涉及一种摆锤式水岩耦合试验动力加载设备与方法。

背景技术

岩体是一种存在着大量微裂纹、空隙、节理及裂隙等缺陷的非均质不连续体。岩体的这些天然缺陷，为水提供了储存与运移场所，水不仅在裂隙中运移，还以孔隙水压力的形式作用于岩体，影响岩体中有效应力场的分布。有效应力场的改变往往导致原有裂隙的扩展和新裂隙的生成，进而影响裂隙系统的渗透性和宏观力学性质，这种相互影响称之为水岩耦合作用。水岩耦合作用普遍存在于水利工程、边坡工程、采矿工程等诸多以岩体为研究对象的领域，水岩耦合作用下岩体的变形、损伤破坏及稳定性已成为科研与工程领域共同关心的课题。

在自然界中，水力劈裂是不可忽视的水岩耦合作用之一。在静态荷载作用下，水力劈裂往往会导致严重灾害的发生。随着人类工程活动的不断深入，许多重大工程除面临静荷载下的水岩耦合问题外，还面临诸多动载作用下的水岩耦合问题，如地震作用下的岩质边坡与隧道围岩稳定问题，库区坝肩岩体稳定问题，矿震及冲击地压作用下的巷道围岩稳定问题等等。动载除对岩体造成损伤外，裂隙中的水如不能及时排出，将产生与动载幅频特征相关的孔隙水压变化，即孔隙水压脉动现象。裂隙中的水压脉动，在加剧岩体损伤的同时，可能对裂隙产生水力劈裂作用，造成岩体在动载作用下的破坏失稳。因此评估动载作用下岩体的稳定性有两个关键点：一是确定孔隙水压脉动规律与及影响因素；二是确定岩体在动载和孔隙水压脉动共耦合作用下裂隙扩展的机理。作为基础研究，作为有效直观的方法是进行实验研究，但是，现有技术中，并没有开展动载作用下且裂缝状态可控的水岩耦合设备及方法，不能深入了解不同裂隙状态下的裂隙水压脉动规律与裂隙扩展机理。

发明内容

本发明提供一种摆锤式水岩耦合试验动力加载设备与方法，解决了或部分解决了现有技术中没有开展动载作用下且裂缝状态可控的水岩耦合设备及方法，不能深入了解不同裂隙状态下的裂隙水压脉动规律与裂隙扩展机理的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种摆锤式水岩耦合试验动力加载设备，包括底座；摆锤加载装置，设置在所述底座上；孔隙水压加载装置，设置在所述底座上；夹持装置，设置在所述底座上，所述夹持装置与所述孔隙水压加载装置连接；试样，设置在所述夹持装置内；测量装置，分别与所述夹持装置、孔隙水压加载装置及试样连接；采集装置，与所述测量装置连接；其中，所述夹持装置固定所述试样，所述摆锤加载装置冲击所述试样，所述孔隙水压加载装置对所述试样注水加压，所述测量装置将所述夹持装置及试样的轴向应变值、所述试样的动载应力幅值及所述试样的孔隙水压脉动数据发送给采集装置。

进一步地，所述摆锤加载装置包括摆锤架，设置在所述底座上；摆锤杆，一端与所述摆锤架连接；摆锤，与所述摆锤杆的另一端连接；冲击能量显示表，设置在所述摆锤架上。

进一步地，所述孔隙水压加载装置包括加压泵，设置在所述底座上；加压管道，一端与所述加压泵连接；连通管道，一端与所述加压管道的另一端连接，另一端与所述夹持装置连接；水箱，与所述连通管道连接；节流阀，设置在所述连通管道上。

进一步地，所述夹持装置包括钢环夹具，设有注水管与出水管，所述注水管与所述孔隙水压加载装置连接，所述出水管与所述与试样连接；伸缩支架，一端与所述钢环夹具连接，另一端与所述底座连接。

进一步地，所述试样为透明的圆柱形类岩体试样，所述试样两端开设有孔道。