[发明专利]在岩石试件内辅助施加非均匀孔压场的装置及试验方法

说明书

本发明公开了在岩石试件内辅助施加非均匀孔压场的装置及试验方法，所述装置包括入射装置、连接管、水压泵和单轴岩石试验机，入射装置包括双通螺母、定位卡套、六角空心螺栓和入射钢管，水压泵用于产生高压流体，连接管用于将高压流体导入入射装置中，入射装置用于将高压流体注入岩石试件中，单轴岩石试验机用于对岩石试件施加轴向压力；在本发明中，试验方法使用上述装置，经济性好，操作简单，使用密封胶将入射钢管与岩石试件密封连接，确保试验时的密封性，通过采用力学实验中常用的水压泵和单轴岩石试验机进行试验，经济性好，得到的试验结果准确可靠。

技术领域

本发明涉及岩石力学实验的技术领域，尤其涉及在岩石试件内辅助施加非均匀孔压场的装置及试验方法。

背景技术

天然岩体存在着多种类型的缺陷，如空隙、孔隙、节理、裂隙、微裂纹和层理等，在地应力、水压力和外部荷载作用下，岩石内部水经由颗粒间隙渗透，并蓄积在岩体的缺陷区，产生局部孔隙水压力。随着缺陷区内水的不断积聚，局部孔隙水压力增大，有效应力降低，导致岩体容易沿原生缺陷失稳破坏，形成水力耦合的岩石力学问题。强降雨诱发高速远程滑坡、深埋隧道围岩突涌水破坏、煤矿井壁失稳透水和煤层底板突水等灾害事故，本质上是局部孔隙水压力变化下应力-水-岩体相互作用的结果。在采矿、石油工程中油藏的局部孔隙水压力随着注采活动变化显著，局部孔隙水压力的变化对岩石力学性质、岩石破裂过程以及最终破裂形成裂缝网络系统具有重要影响。因此，研究局部孔隙水压力分布对岩石力学性质和力学行为的影响对石油、土木等工程领域具有重要指导意义。

室内物理实验是研究岩石破裂失稳机理和裂缝扩展规律的主要手段，稳定且有效地在岩石试件内施加非均匀变化孔压场是研究局部孔隙水压力扰动岩石破裂过程的关键。目前实验过程在岩石内施加孔压场的方法主要是：在岩石试件端面注射高压液体，液体在端面以面荷载形式产生孔压场。这种方式仅能产生岩石内部沿荷载方向产生等均匀变化的孔压场，导致岩石试件的破坏趋于沿最小主应力方表现出渐进、整体性的特征，这样的结果难以反映岩体因局部孔隙水压力过高而导致的突水、垮塌、滑移等灾害活动中岩石失稳破坏的本质。

发明内容

针对现有技术存在的上述问题，本发明的要解决的第一个技术问题是：提供一种在岩石试件内辅助施加非均匀孔压场的装置，该装置可以使高压流体和岩石内密闭空间之间保持稳定的密封效果，从而确保岩石内非均匀孔压场的稳定施加。

本发明要解决的第二个技术问题是：提供一种在岩石试件内辅助施加非均匀孔压场的试验方法，该方法经济性好、操作简单、准确性高。

为解决上述第一个技术问题，本发明采用如下技术方案一：在岩石试件内辅助施加非均匀孔压场的装置，包括入射装置、连接管、水压泵和单轴岩石试验机。

所述入射装置包括由上自下依次设置的双通螺母、定位卡套、六角空心螺栓和入射钢管，且双通螺母、定位卡套、六角空心螺栓和入射钢管共轴线。

所述双通螺母内具有螺纹孔，所述螺纹孔由内径不等的两部分组成，，双通螺母的上部分为小螺纹孔，双通螺母的下部分为大螺纹孔。

所述定位卡套为圆环形结构，定位卡套位于大螺纹孔内，定位卡套的外壁与大螺纹孔内壁密封配合。

所述六角空心螺栓的螺栓头朝下，六角空心螺栓的螺栓柱位于大螺纹孔内，螺栓柱与大螺纹孔螺纹密封连接，螺栓柱的上端与定位卡套的下端相抵。

所述入射钢管的上端穿过六角空心螺栓和定位卡套位于大螺纹孔内，入射钢管与六角空心螺栓间隙配合，入射钢管与定位卡套固定连接，入射钢管的内径与小螺纹孔的内径相等。

所述连接管的一端位于小螺纹孔内，连接管与小螺纹孔螺纹密封连接，连接管的另一端与水压泵的出水端连接。

试验时，入射钢管远离六角空心螺栓的一端位于岩石试件内部，所述单轴岩石试验机用于对岩石试件施加轴向压力。