[发明专利]一种岩石类薄板真三向溃屈试验装置及方法

说明书

一种岩石类薄板真三向溃屈试验装置及方法，装置包括球面压头、框架式支撑底座、前压头、后压头、左压头及右压头；球面压头位于框架式支撑底座上方，岩石类薄板试样水平位于球面压头与框架式支撑底座之间；前压头、后压头、左压头及右压头分别与岩石类薄板试样四个侧立面正对，四个压头加载面上均设有条形垫块，框架式支撑底座与岩石类薄板试样之间设有简支组件和岩样变形测量组件。方法为：选择一台三刚性真三轴试验机，将球面压头、框架式支撑底座、前压头、后压头、左压头及右压头安装到试验机的作动器上；安装简支组件；安装岩样变形测量组件；安装岩石类薄板试样；启动三刚性真三轴试验机，对岩石类薄板试样施加真三向载荷直至试样溃屈破坏。

技术领域

本发明属于岩石力学试验技术领域，特别是涉及一种岩石类薄板真三向溃屈试验装置及方法。

背景技术

层状岩体变形机理十分复杂且类型多变，在诸多变形破坏模式中，溃屈破坏是高地应力下层状岩体的典型破坏模式之一，而且溃屈破坏也是困扰隧道与地下工程界的重大地质灾害问题之一，因此开展高地应力下的层状岩石溃屈破坏室内试验十分必要。

目前，现有的层状岩石溃屈破坏室内试验多为梁三点弯曲试验，但梁与岩石类薄板试样之间存在形态差异，而且受力方式及边界约束条件与现场岩层也存在明显差异，造成基于梁三点弯曲试验获得的岩石弯曲变形破坏规律无法直接用于评价层状岩体。除了梁三点弯曲试验外，还包括岩板试验，但岩板试验中采用针对岩石类薄板的四边简支方式，未能实现岩石类薄板试样的真三向加载。对实际工程而言，隧道围岩的溃屈破坏往往是在水平荷载和垂直荷载共同作用下发生的，尤其在岩层与洞壁小夹角时更易发生溃屈破坏，因此为了模拟围岩真实受力状态，设计一种岩石类薄板真三向溃屈试验装置及方法势在必行。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种岩石类薄板真三向溃屈试验装置及方法，能够满足溃屈试验中岩石类薄板试样的真三向加载要求，能够更加真实的模拟层状岩石在实际工程中的受力状态，通过试验获得的岩石弯曲变形破坏规律能够直接评价层状岩体的溃屈破坏。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种岩石类薄板真三向溃屈试验装置，包括球面压头、框架式支撑底座、前压头、后压头、左压头及右压头；所述球面压头位于框架式支撑底座正上方，岩石类薄板试样水平位于球面压头与框架式支撑底座之间；所述前压头与岩石类薄板试样的前向侧立面正对；所述后压头与岩石类薄板试样的后向侧立面正对；所述左压头与岩石类薄板试样的左向侧立面正对；所述右压头与岩石类薄板试样的右向侧立面正对；在所述前压头、后压头、左压头及右压头的加载面上均设置有条形垫块；在所述框架式支撑底座与岩石类薄板试样之间设置有简支组件和岩样变形测量组件。

所述前压头、后压头、左压头及右压头的结构完全相同，且前压头、后压头、左压头及右压头加载面上的条形垫块的结构完全相同，条形垫块通过螺钉与前压头/后压头/左压头/右压头进行固定连接。

在所述条形垫块上开设有声发射测量孔，在声发射测量孔的孔底设置有推力弹簧，在声发射测量孔的孔口处设置有声发射探头，在推力弹簧与声发射探头之间设置有传力垫片。

所述框架式支撑底座由上至下依次为支撑顶板、支撑立杆、支撑底板及支撑垫块；所述支撑顶板采用口字形结构；所述支撑立杆数量若干，若干支撑立杆沿周向均布在支撑顶板与支撑底板之间。

所述简支组件数量为四组，所述框架式支撑底座的口字形支撑顶板的四条边框顶部各设置有一组简支组件。

所述简支组件包括减摩滚柱和条形支撑块；在所述框架式支撑底座的口字形支撑顶板的四条边框顶部开设有滚柱限位凹槽，所述减摩滚柱位于滚柱限位凹槽内，减摩滚柱在滚柱限位凹槽内具有滚转自由度；所述条形支撑块的下表面开设有滚柱定位凹槽，条形支撑块通过滚柱定位凹槽与减摩滚柱顶靠接触。

所述岩样变形测量组件数量若干，若干岩样变形测量组件沿周向均布设置。