一种含内应力深部原位岩石真三轴制备装置

本发明涉及深部岩石原位模拟制备，具体为一种含内应力深部原位岩石真三轴制备装置。

背景技术：

1、随着地球浅部资源消耗殆尽，资源开采活动逐渐向深部发展，而相较于浅部资源，深部岩体地质条件与应力环境等更加复杂。由于从深部将岩体取出后，岩心会经历内应力瞬间释放过程，导致岩石出现一定程度的损伤情况，难以体现深部工程区赋存环境与结构状态，即使取出深部岩体也无法在室内尺度对深部岩体进行原位物理力学实验研究。

2、在实验室制备含内应力深部原位岩石试样时一般按照如下步骤：先根据待测岩体的组成成分确定颗粒原料以及质量分数，将颗粒原料放入模具中，在颗粒空隙中预埋置应变片；其后按照不同应力加载路径对模具施加轴压和围压；待应力加载稳定后，向模具内部注入粘合浆料，待将空隙填充完全，停止注浆；其后保持应力加载稳定，保持模具不动进行养护，等待粘合材料凝固。目前，在实验室制备含内应力深部原位岩石试样时通常是在常规三轴试验机上进行应力加载以完成制备，制备的岩石试样为圆柱形试样。常规三轴试验机俗称“假三轴”试验机，其仅能加载不同的轴压和围压两种数值，从三向应力角度，常规三轴试验机中有两向应力值始终相等，其无法实现三向应力不同的加载路径，制备的内应力岩石试样存在局限性。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种含内应力深部原位岩石真三轴制备装置，其可在不同的三向应力加载环境下制备内应力深部原位岩石试样，制备的岩石试样可体现更多类型的深部工程区赋存环境与应力路径，有利于深部开采理论的深入研究。

2、本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

3、一种含内应力深部原位岩石真三轴制备装置，包括模具，所述模具包括刚性板a、刚性板b、弹性板a、弹性板b和第一轴压装置，所述刚性板a、刚性板b、弹性板a、弹性板b依次连接形成两端开口的矩形框结构，所述矩形框结构的一端可拆卸的连接有底板，所述第一轴压装置包括顶板、第一液压缸、第一压板，所述顶板可拆卸的连接在所述矩形框结构远离底板的一端，所述第一液压缸与所述顶板固定连接，所述第一液压缸的活塞杆端固定连接有所述第一压板，所述第一压板与所述矩形框结构内部滑动适配，所述刚性板a靠近所述弹性板b和底板的一角开设有第一注浆孔，所述刚性板a靠近所述弹性板b和顶板的一角开设有第一回浆孔，所述刚性板b靠近所述弹性板a和底板的一角开设有第二注浆孔，所述刚性板b靠近所述弹性板a和顶板的一角开设有第二回浆孔，所述第一压板的侧壁沿所述第一压板滑动方向开设有第一凹槽和第二凹槽，所述第一凹槽与所述第一回浆孔适配，所述第二凹槽与所述第二回浆孔适配。

4、具体的，还包括工作台，所述模具安装在工作台上，所述底板朝下设置，所述工作台上设置有第二轴压装置和第三轴压装置，所述第二轴压装置可向所述弹性板a施加正压力，所述第三轴压装置可向弹性板b施加正压力。

5、具体的，所述第二轴压装置包括第二液压缸和第二压板，所述第二液压缸固定安装在所述工作台上，所述第二压板与所述第二液压缸的活塞杆端部固定连接，所述第二压板正对所述弹性板a设置；所述第三轴压装置包括第三液压缸和第三压板，所述第三液压缸固定安装在所述工作台上，所述第三压板与所述第三液压缸的活塞杆端部固定连接，所述第三压板正对所述弹性板b设置。

6、具体的，所述模具还包括安装框，所述安装框固定套设在所述矩形框结构远离顶板的一端，所述安装框与所述工作台可拆卸的连接。

7、具体的，所述工作台上开设有长方孔，所述底板的一端设置有凸台，所述凸台、长方孔均与所述矩形框结构的内腔截面相适配，所述凸台由下至上穿过所述长方孔后伸入所述矩形框结构内；还包括四个拉紧螺栓，所述拉紧螺栓的螺杆端依次穿过所述顶板、安装框、工作台、底板并螺纹连接有螺母，四个所述拉紧螺栓分别设置于所述矩形框结构外的四角位置。

8、具体的，所述工作台上设置有第一承力板和第二承力板，所述第一承力板可与所述刚性板a抵接，所述第二承力板可与刚性板b抵接。

9、具体的，所述工作台上螺纹连接有第一顶紧螺钉和第二顶紧螺钉，所述第一承力板和第二承力板均与所述工作台滑动连接，所述第一顶紧螺钉的端部可将所述第一承力板压紧在所述刚性板a上，所述第二顶紧螺钉的端部可将所述第二承力板压紧在所述刚性板b上。

10、本发明的有益效果是：

11、该含内应力深部原位岩石真三轴制备装置包括模具和工作台，模具包括底板、矩形框结构和第一轴压装置，矩形框结构由刚性板a、刚性板b、弹性板a、弹性板b依次连接合围而成，底板可拆卸的连接在矩形框结构的一端，第一轴压装置包括顶板、液压缸和第一压板，顶板可拆卸的连接在矩形框结构的另一端，第一压板与矩形框结构内部滑动适配，第一液压缸固定安装在顶板上，第一液压缸可驱动第一压板在矩形框结构内滑动。在制备含内应力岩石试样时，颗粒原料放置于模具内，可通过工作台上设置的第二轴压装置向弹性板a施加正压力（x轴方向），第三轴压装置向弹性板b施加正压力（y轴方向），由于弹性板a和弹性板b选用延展性良好的弹性材质制成，可通过一定程度的变形将外界受到的正压力传导至该矩形框结构内的颗粒原料上，完成x轴方向和y轴方向的两向加载；第一液压缸可驱动第一压板向下滑动，直接作用在颗粒原料上完成z向加载。由此，各加载装置可向模具内部颗粒原料加载不同的三向应力，待注浆、养护后制备的岩石试样可体现更多类型的深部工程区赋存环境与应力路径，有利于深部开采理论的深入研究。

12、刚性板a靠近弹性板b和底板的一角开设有第一注浆孔，刚性板a靠近弹性板b和顶板的一角开设有第一回浆孔，刚性板b靠近弹性板a和底板的一角开设有第二注浆孔，刚性板b靠近弹性板a和顶板的一角开设有第二回浆孔，第一压板的侧壁沿第一压板滑动方向开设有第一凹槽和第二凹槽，第一凹槽与第一回浆孔适配，第二凹槽与第二回浆孔适配。在按前述对模具内颗粒原料加载后，需要注入粘合浆料，经养护凝固后才制得岩石试样，上述即为实现注浆工艺的具体设计。第一注浆孔、第一回浆孔、第二注浆孔、第二回浆孔开设于不变形的刚性板a和刚性板b上，在应力加载过程中各孔的形位保持不变，利于注浆管（回浆管）的连接以及堵头的封堵；在注浆时，由下往上注浆，有利于保证粘合浆料注满；两个注浆孔以及两个回浆孔位于该矩形框结构截面对角线两端相近位置，通过向两个注浆孔同时注浆的方式亦有利于保证粘合浆料注满；第一压板上设置的第一凹槽和第二凹槽，有利于保证在z向加载过程中当第一压板存在一定位移时注入的粘合浆料也能从两个回浆孔流出。

13、模具的矩形框结构的各侧壁分别由刚性板a、刚性板b、弹性板a、弹性板b组成，刚性板a、刚性板b、弹性板a、弹性板b依次连接保证侧边部分的密封性，以在制备岩石试样时既保证了模具下部的密封避免粘合浆料漏出，又能实现上述的真三轴三向加载过程。设置的弹性板a和弹性板b具备弹力，在岩石试样制备完成后，松开第二轴压装置和第三轴压装置后其具备回弹复位趋势，同时拆开底板后利用第一液压缸可将岩石试样向下推出，实现快速脱模。

技术特征：

1.一种含内应力深部原位岩石真三轴制备装置，其特征在于，包括模具，所述模具包括刚性板a、刚性板b、弹性板a、弹性板b和第一轴压装置，

2.根据权利要求1所述的一种含内应力深部原位岩石真三轴制备装置，其特征在于，还包括工作台，所述模具安装在所述工作台上，所述底板朝下设置，所述工作台上设置有第二轴压装置和第三轴压装置，所述第二轴压装置可向所述弹性板a施加正压力，所述第三轴压装置可向弹性板b施加正压力。

3.根据权利要求2所述的一种含内应力深部原位岩石真三轴制备装置，其特征在于，所述第二轴压装置包括第二液压缸和第二压板，所述第二液压缸固定安装在所述工作台上，所述第二压板与所述第二液压缸的活塞杆端部固定连接，所述第二压板正对所述弹性板a设置；所述第三轴压装置包括第三液压缸和第三压板，所述第三液压缸固定安装在所述工作台上，所述第三压板与所述第三液压缸的活塞杆端部固定连接，所述第三压板正对所述弹性板b设置。

4.根据权利要求2所述的一种含内应力深部原位岩石真三轴制备装置，其特征在于，所述模具还包括安装框，所述安装框固定套设在所述矩形框结构远离顶板的一端，所述安装框与所述工作台可拆卸的连接。

5.根据权利要求4所述的一种含内应力深部原位岩石真三轴制备装置，其特征在于，所述工作台上开设有长方孔，所述底板的一端设置有凸台，所述凸台、长方孔均与所述矩形框结构的内腔截面相适配，所述凸台由下至上穿过所述长方孔后伸入所述矩形框结构内；

6.根据权利要求2所述的一种含内应力深部原位岩石真三轴制备装置，其特征在于，所述工作台上设置有第一承力板和第二承力板，所述第一承力板可与所述刚性板a抵接，所述第二承力板可与刚性板b抵接。

7.根据权利要求6所述的一种含内应力深部原位岩石真三轴制备装置，其特征在于，所述工作台上螺纹连接有第一顶紧螺钉和第二顶紧螺钉，所述第一承力板和第二承力板均与所述工作台滑动连接，所述第一顶紧螺钉的端部可将所述第一承力板压紧在所述刚性板a上，所述第二顶紧螺钉的端部可将所述第二承力板压紧在所述刚性板b上。

技术总结本发明涉及深部岩石原位模拟制备技术领域，公开了一种含内应力深部原位岩石真三轴制备装置，包括模具，模具包括由刚性板A、刚性板B、弹性板A、弹性板B依次连接形成的矩形框结构，还包括第一轴压装置，第一轴压装置包括顶板、第一液压缸、第一压板，顶板可拆卸的连接在矩形框结构的一端，矩形框结构的另一端可拆卸的连接有底板，第一压板与矩形框结构内部滑动适配，第一液压缸可驱动第一压板滑动，刚性板A靠近弹性板B的一侧下端和上端分别设置有第一注浆孔和第一回浆孔，刚性板B靠近弹性板A的一侧下端和上端分别设置有第二注浆孔和第二回浆孔；该装置可在不同的三向应力加载环境下制备内应力深部原位岩石，有利于深部开采理论的深入研究。技术研发人员：李飞,包烨明,王双卯,王波,高明忠,谢晶,杨本高,刘军军,何坤宸,杨尊东,杨磊受保护的技术使用者：四川大学技术研发日：技术公布日：2024/9/29