申请/专利权人：山东科技大学

申请日：2023-01-04

公开（公告）日：2024-05-17

公开（公告）号：CN115931568B

主分类号：G01N3/08

分类号：G01N3/08;G01N3/02;G01N3/04

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.05.17#授权;2023.04.25#实质审查的生效;2023.04.07#公开

摘要：本发明公开了一种基于“先卸‑后锚‑再扰”的岩体真三轴试验系统及方法，涉及岩体力学试验设备技术领域。其首先在真三轴实验装置上安装钻孔装置及固定岩石试样，通过真三轴实验装置的位移控制方式将σ1、σ2、σ3加载至预先设定的应力值，通过卸载σ3至0，用于模拟地下工程的开挖卸荷过程；对岩石试样进行钻孔，待钻孔过程结束后，通过锚固工况对岩石试样进行锚固处理；增加最大主应力σ1至接近锚固岩石试的峰值强度。保持此时的最大主应力，通过扰动作动器以及扰动杆对试样表面施加点扰动荷载σd，直至试样发生彻底破坏；对试验结果进行分析。本发明真实再现了深部工程岩体“先受力，后开挖，再钻孔锚固，最后扰动破坏”的受力全过程。

主权项：1.一种基于“先卸-后锚-再扰”的岩体真三轴试验方法，其特征在于，其采用的岩体真三轴试验系统包括真三轴试验装置、扰动装置和可移动锚固支护装置，所述的真三轴试验装置包括试验仓、加载机构及夹具组件，所述的试验仓为框体结构，其位于试验台上，在试验仓的内部放置岩石试样，所述的加载机构包括加载单元和上、下、左、右、前及后加载板；所述的扰动装置包括第一扰动机构和第二扰动机构，所述的第一扰动机构安装在位于最大主应力的上加载板和下加载板上，所述的第二扰动机构安装在位于中间应力的前加载板和后加载板上；所述的第一扰动机构和第二扰动机构均包括静态作动器、扰动杆、连接杆以及扰动作动器，两个所述的静态作动器分别安装在上加载板和右加载板上，两个所述的扰动杆、连接杆以及扰动作动器分别安装在下加载板和左加载板上；所述的扰动作动器、连接杆和扰动杆依次连接，所述的扰动杆的另一端与岩石试样的表面相接触；所述的可移动锚固支护装置包括移动机构、支撑机构以及锚固支护机构，所述的移动机构包括底座、第一导轨和第一液压缸，所述的底座的一端与试验台对齐，另一端恰好接触所述的下加载板，所述的底座与下加载板固定在一起；所述的第一导轨位于所述的底座上，且平行设置有两条，两条第一导轨均指向所述的试验仓所在方向，在所述的底座的两端设置有两条第二导轨，所述的第二导轨与所述的第一导轨方向相互垂直，在所述的第二导轨上均设置有第二滑块；所述的支撑机构包括升降装置，在所述的升降装置的底部设置有滑动组件，所述的升降装置在所述的滑动组件的作用下，能在所述的第一导轨上平行滑动；所述的第一液压缸的一端连接在所述的滑动组件上，另一端连接在所述的第二滑块上；所述锚固支护机构位于所述的升降装置上，用于对岩石试样进行钻孔并锚固支护；所述的试验方法包括以下步骤：步骤一、将岩石试样置于试验仓内，将声发射传感器安装于上、下、前和后夹具上，将可移动锚固支护装置与试验台固定在一起，并安装好可移动锚固支护装置；步骤二、通过真三轴试验机向岩石试样施加应力，通过上加载板和下加载板，即Z轴方向的最大主应力σ1增加至1MPa；同样通过前加载板和后加载板以及左加载板和右加载板对岩石试样，即X轴方向和Y轴方向的中间主应力σ2及最小主应力σ3增加至1MPa；随后，再采用荷载控制的方式，以一定的速度将σ1、σ2和σ3加载至预定应力值；步骤三、保持中间主应力σ2不变，以一定的速率卸载σ3至0MPa，以再现开挖卸荷的过程，将左、右加载板及对应的夹具拆卸；步骤四、打开锚固支护机构中电机的开关，使得钻头高速旋转，通过氮气瓶向钻头提供氮气；通过移动机构带动升降装置向岩石试样方向靠近，当靠近到一定距离进入切割阶段，钻头接触岩石试样并对其预设位置进行钻孔；待岩石试样钻孔结束后，通过控制第一液压缸使其带着钻头反方向移动并退出切割阶段；步骤五、将环氧树脂锚固剂放入步骤四切割后的岩石试样钻孔中，再将粘贴有应变片的锚杆插入岩石试样钻孔中，分别安装托盘及托盘螺母，用锚杆对环氧树脂锚固剂进行搅拌，使得锚杆与岩石试样充分粘接在一起；步骤六、安装扰动装置，并通过扰动装置进行扰动，保持中间主应力σ2的值不变，采用位移控制的方式以一定的速率增加最大主应力σ1，至锚固岩石试样峰值强度的70%-90%之间；保持此时的最大主应力，通过扰动作动器对岩石试样表面施加低频的周期扰动载荷σd，直至锚固岩石试样发生破坏，实验结束；步骤七、结合试验数据以及理论知识，展开分析。

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百度查询： 山东科技大学 基于“先卸-后锚-再扰”的岩体真三轴试验系统及方法

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