脆性岩体双轴应力状态下单边卸载试验装置及其试验方法

摘要

本发明公开了脆性岩体双轴应力状态下单边卸载试验装置及其试验方法，该装置由双轴伺服控制实时加卸载系统、应力‑应变监测系统、自动化控制及数据采集系统、声发射监测系统和便携式图像采集及分析系统五大系统组成，可模拟某些情况下地层中的围压状态及地下洞室施工过程中的单边开挖卸载工况；通过应力‑应变监测系统对岩样的整体应力应变水平进行记录；通过自动化控制及数据采集系统对局部单边卸载的速率进行控制与反馈；通过声发射系统、便携式图像采集及分析系统对单边卸载区域和其影响域内产生的裂缝的起裂、扩展及开闭合特性进行全程监测，观察并分析裂缝的形成及扩展机理，为研究由于开挖卸载所引起的洞室边墙劈裂破坏提供理论基础和实验依据。

主权项

脆性岩体双轴应力状态下单边卸载试验装置，其特征在于：包括双轴伺服控制实时加卸载系统(1)、应力‑应变监测系统(2)、自动化控制及数据采集系统(3)、声发射监测系统(4)和便携式图像采集及分析系统(5)；应力‑应变监测系统(2)、自动化控制及数据采集系统(3)、声发射监测系统(4)和便携式图像采集及分析系统(5)分别与双轴伺服控制实时加卸载系统(1)连接，应力‑应变监测系统(2)与自动化控制及数据采集系统(3)连接；所述的双轴伺服控制实时加卸载系统(1)，通过三路加载系统的协同配合实现对岩样(19)进行双轴压缩应力状态的模拟；双轴伺服控制实时加卸载系统(1)包括矩形双向反力架(6)，双向反力架(6)的上梁、右梁和左梁上分别设有上部伺服油缸(7)、右侧伺服油缸(8)和左侧伺服油缸(9)，双向反力架(6)的下梁上设有下部支撑杆，上部伺服油缸(7)和下部支撑杆同轴，右侧伺服油缸(8)和左侧伺服油缸(9)同轴，上部伺服油缸(7)、右侧伺服油缸(8)、左侧伺服油缸(9)和下部支撑杆的自由端分别设有上部传压板(13)、右侧传压板(14)、左侧局部传压板(15)和下部承压板(17)，左侧局部传压板(15)嵌套于左侧承压板(16)的中部，上部传压板(13)、右侧传压板(14)、左侧承压板(16)和下部承压板(17)围成压力室，岩样(19)被夹在压力室内，通过不断减小左侧局部传压板(15)上压力的方式实现岩样单边卸载；所述的应力‑应变监测系统(2)，用于记录岩样(19)应力、应变状态的变化，并将采集到的数据传送给自动化控制及数据采集系统(3)；应力‑应变监测系统(2)包括设于左侧伺服油缸(9)的活塞杆出口处的水平向压力传感器(10)、设于下部支撑杆下端的竖向压力传感器(11)、设于左侧伺服油缸(9)的活塞杆与左侧局部传压板(15)连接处的局部压力传感器(12)和粘贴于岩样(19)表面的应变片；所述的自动化控制及数据采集系统(3)，通过输入加卸载过程的控制程序，自动控制双轴伺服控制实时加卸载系统(1)对岩样(19)施加荷载，并接收应力‑应变监测系统(2)采集到的岩样(19)应力、应变状态的数据；所述的声发射监测系统(4)，用于监测岩样(19)内部裂纹的起裂和扩展演化参数；声发射监测系统(4)由声发射探头和声发射处理装置组成，在压力室周围的上部传压板(13)和下部承压板(17)上预留有声发射探头(18)的布置点，利用声发射探头和声发射处理装置监测岩样(19)的声发射变化，并进行三维声发射定位；所述的便携式图像采集及分析系统(5)，通过对比岩样(19)卸载影响区域表面相同标记点不同时间序列上的位置差异获得其实时全场应变，以分析裂纹的贯通趋势；便携式图像采集及分析系统(5)由图像采集设备、存储设备及图像分析软件组成。