[发明专利]高孔隙压力和应力波复合作用下岩石破坏的试验装置及试验方法

说明书

本发明公开了一种高孔隙压力和应力波复合作用下岩石破坏的试验装置及试验方法，所述试验装置由式样加载装置，高压气体发生装置和应力波发生装置组成。所述试样加载装置由底座、圆柱体高压仓、脆性封闭薄膜、气压动态传感器及应力波传感器等组成；所述高压气体发生装置由高压密封装置、控制阀及压力表组成，并通过进气管与圆柱体高压仓预留的进气口相连；所述应力波发生装置放置于岩石试样底部进行应力波的发射。试验装置结构简单，设计合理，装配容易；通过设置脆性封闭薄片，达到自动打开突出口的目的，从而消除了手动打开突出口的速度对岩石破裂的影响；同时考虑了由于地震、施工荷载、爆破等活动产生的应力波影响。

技术领域

本发明涉及岩石力学实验领域，具体为一种高孔隙压力和应力波复合作用下岩石破坏的试验装置及试验方法。

背景技术

在我国深部地下能源和资源开发利用领域中，开采深度越来越大。而在深部地下环境中，岩石中往往含有高压气体，在受地震、施工荷载、爆破等活动产生的应力波影响时，可能会导致岩石的爆裂。如煤层（煤属于岩石的一种，下文统称为岩石，不在赘述）中含有高压瓦斯时，就有可能造成煤与瓦斯突出，灾害爆发的巨大能量能够摧毁设备，造成经济损失，也会导致人员的伤亡。

虽然国内外对于高压气体造成岩石破裂的机理进行了大量的探索与试验，但由于影响因素众多，发生机理复杂。目前的研究对于相关认识仍然停留在定性分析和半定量化描述的阶段，对发生机理的认识尚不清晰和明确，这导致了在深部地下工程中要投入大量的人力、物力及财力用来防治相关灾害，制约了经济效益。因此，探究高压气体造成岩石破裂发生机理对于灾害防治，提高产能和经济效益具有重要的意义。

目前，国内外所用的方法一般是向含有岩石的密闭容器内充入高压气体，待岩石吸附平衡后，突然打开容器的突出口，以此来模拟相关情况的发生。但是，现有的研究所用的模拟装置需要手动打开，而手动打开突出口的速度会影响到岩石破裂的时间及能量变化规律；此外，现有的研究尚未考虑到应力波的影响。

发明内容

本发明旨在克服现有技术的缺点，提供一种高孔隙压力和应力波复合作用下对岩石破坏的试验装置与方法，以探究相关现象的发生与机理演化规律。

本发明是通过以下技术方案来实现上述目的：

一种高孔隙压力和应力波复合作用下岩石破坏的试验装置, 包括式样加载装置、高压气体发生装置和应力波发生装置；所述试样加载装置包括底座，所述底座上方安装高压仓，该高压仓上方设有可拆卸的带有突出口的盖子，所述盖子在突出口密封有脆性封闭薄膜，所述高压仓上安装有气压动态传感器和应力波传感器，所述气压动态传感器和应力波传感器与数据记录仪相连接，所述数据记录仪与计算机通过数据线相连接；

所述高压气体发生装置包括高压密封罐体，所述高压密封罐体上方设置有控制阀和压力表，所述高压气体装置通过进气管与高压仓预留的进气口相连接；

所述应力波发生装置包括应力波控制器和应力波发射器，应力波控制器上的发射器安装在高压仓上进行应力波的发射。

上述的一种高孔隙压力和应力波复合作用下岩石破坏的试验装置，所述高压仓与上方盖子通过螺纹连接。

上述的高孔隙压力和应力波复合作用下岩石破坏的试验装置的试验方法，包括如下步骤：

（1）将岩石试件放入高压仓内；

（2）安装好气压动态传感器；

（3）安装好脆性封闭薄片，并检查其密闭性；

（4）将应力波控制器、发射器与应力波传感器安装好；

（5）从进气管注入气体，使得高压仓达到恒定高压状态，并在高压状态中持续一定的时段后开启应力波控制器，发射的应力波触发脆性封闭薄膜打开，气体卸压，于是，试件在应力波和气体卸压的共同作用下破坏，记录试验过程中的气压动态传感器和应力波传感器数据。