本發(fā)明涉及深部巖石原位模擬制備，具體為一種含內(nèi)應力深部原位巖石真三軸制備裝置。

背景技術(shù)：

1、隨著地球淺部資源消耗殆盡，資源開采活動逐漸向深部發(fā)展，而相較于淺部資源，深部巖體地質(zhì)條件與應力環(huán)境等更加復雜。由于從深部將巖體取出后，巖心會經(jīng)歷內(nèi)應力瞬間釋放過程，導致巖石出現(xiàn)一定程度的損傷情況，難以體現(xiàn)深部工程區(qū)賦存環(huán)境與結(jié)構(gòu)狀態(tài)，即使取出深部巖體也無法在室內(nèi)尺度對深部巖體進行原位物理力學實驗研究。

2、在實驗室制備含內(nèi)應力深部原位巖石試樣時一般按照如下步驟：先根據(jù)待測巖體的組成成分確定顆粒原料以及質(zhì)量分數(shù)，將顆粒原料放入模具中，在顆?？障吨蓄A埋置應變片；其后按照不同應力加載路徑對模具施加軸壓和圍壓；待應力加載穩(wěn)定后，向模具內(nèi)部注入粘合漿料，待將空隙填充完全，停止注漿；其后保持應力加載穩(wěn)定，保持模具不動進行養(yǎng)護，等待粘合材料凝固。目前，在實驗室制備含內(nèi)應力深部原位巖石試樣時通常是在常規(guī)三軸試驗機上進行應力加載以完成制備，制備的巖石試樣為圓柱形試樣。常規(guī)三軸試驗機俗稱“假三軸”試驗機，其僅能加載不同的軸壓和圍壓兩種數(shù)值，從三向應力角度，常規(guī)三軸試驗機中有兩向應力值始終相等，其無法實現(xiàn)三向應力不同的加載路徑，制備的內(nèi)應力巖石試樣存在局限性。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種含內(nèi)應力深部原位巖石真三軸制備裝置，其可在不同的三向應力加載環(huán)境下制備內(nèi)應力深部原位巖石試樣，制備的巖石試樣可體現(xiàn)更多類型的深部工程區(qū)賦存環(huán)境與應力路徑，有利于深部開采理論的深入研究。

2、本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的：

3、一種含內(nèi)應力深部原位巖石真三軸制備裝置，包括模具，所述模具包括剛性板a、剛性板b、彈性板a、彈性板b和第一軸壓裝置，所述剛性板a、剛性板b、彈性板a、彈性板b依次連接形成兩端開口的矩形框結(jié)構(gòu)，所述矩形框結(jié)構(gòu)的一端可拆卸的連接有底板，所述第一軸壓裝置包括頂板、第一液壓缸、第一壓板，所述頂板可拆卸的連接在所述矩形框結(jié)構(gòu)遠離底板的一端，所述第一液壓缸與所述頂板固定連接，所述第一液壓缸的活塞桿端固定連接有所述第一壓板，所述第一壓板與所述矩形框結(jié)構(gòu)內(nèi)部滑動適配，所述剛性板a靠近所述彈性板b和底板的一角開設有第一注漿孔，所述剛性板a靠近所述彈性板b和頂板的一角開設有第一回漿孔，所述剛性板b靠近所述彈性板a和底板的一角開設有第二注漿孔，所述剛性板b靠近所述彈性板a和頂板的一角開設有第二回漿孔，所述第一壓板的側(cè)壁沿所述第一壓板滑動方向開設有第一凹槽和第二凹槽，所述第一凹槽與所述第一回漿孔適配，所述第二凹槽與所述第二回漿孔適配。

4、具體的，還包括工作臺，所述模具安裝在工作臺上，所述底板朝下設置，所述工作臺上設置有第二軸壓裝置和第三軸壓裝置，所述第二軸壓裝置可向所述彈性板a施加正壓力，所述第三軸壓裝置可向彈性板b施加正壓力。

5、具體的，所述第二軸壓裝置包括第二液壓缸和第二壓板，所述第二液壓缸固定安裝在所述工作臺上，所述第二壓板與所述第二液壓缸的活塞桿端部固定連接，所述第二壓板正對所述彈性板a設置；所述第三軸壓裝置包括第三液壓缸和第三壓板，所述第三液壓缸固定安裝在所述工作臺上，所述第三壓板與所述第三液壓缸的活塞桿端部固定連接，所述第三壓板正對所述彈性板b設置。

6、具體的，所述模具還包括安裝框，所述安裝框固定套設在所述矩形框結(jié)構(gòu)遠離頂板的一端，所述安裝框與所述工作臺可拆卸的連接。

7、具體的，所述工作臺上開設有長方孔，所述底板的一端設置有凸臺，所述凸臺、長方孔均與所述矩形框結(jié)構(gòu)的內(nèi)腔截面相適配，所述凸臺由下至上穿過所述長方孔后伸入所述矩形框結(jié)構(gòu)內(nèi)；還包括四個拉緊螺栓，所述拉緊螺栓的螺桿端依次穿過所述頂板、安裝框、工作臺、底板并螺紋連接有螺母，四個所述拉緊螺栓分別設置于所述矩形框結(jié)構(gòu)外的四角位置。

8、具體的，所述工作臺上設置有第一承力板和第二承力板，所述第一承力板可與所述剛性板a抵接，所述第二承力板可與剛性板b抵接。

9、具體的，所述工作臺上螺紋連接有第一頂緊螺釘和第二頂緊螺釘，所述第一承力板和第二承力板均與所述工作臺滑動連接，所述第一頂緊螺釘?shù)亩瞬靠蓪⑺龅谝怀辛Π鍓壕o在所述剛性板a上，所述第二頂緊螺釘?shù)亩瞬靠蓪⑺龅诙辛Π鍓壕o在所述剛性板b上。

10、本發(fā)明的有益效果是：

11、該含內(nèi)應力深部原位巖石真三軸制備裝置包括模具和工作臺，模具包括底板、矩形框結(jié)構(gòu)和第一軸壓裝置，矩形框結(jié)構(gòu)由剛性板a、剛性板b、彈性板a、彈性板b依次連接合圍而成，底板可拆卸的連接在矩形框結(jié)構(gòu)的一端，第一軸壓裝置包括頂板、液壓缸和第一壓板，頂板可拆卸的連接在矩形框結(jié)構(gòu)的另一端，第一壓板與矩形框結(jié)構(gòu)內(nèi)部滑動適配，第一液壓缸固定安裝在頂板上，第一液壓缸可驅(qū)動第一壓板在矩形框結(jié)構(gòu)內(nèi)滑動。在制備含內(nèi)應力巖石試樣時，顆粒原料放置于模具內(nèi)，可通過工作臺上設置的第二軸壓裝置向彈性板a施加正壓力（x軸方向），第三軸壓裝置向彈性板b施加正壓力（y軸方向），由于彈性板a和彈性板b選用延展性良好的彈性材質(zhì)制成，可通過一定程度的變形將外界受到的正壓力傳導至該矩形框結(jié)構(gòu)內(nèi)的顆粒原料上，完成x軸方向和y軸方向的兩向加載；第一液壓缸可驅(qū)動第一壓板向下滑動，直接作用在顆粒原料上完成z向加載。由此，各加載裝置可向模具內(nèi)部顆粒原料加載不同的三向應力，待注漿、養(yǎng)護后制備的巖石試樣可體現(xiàn)更多類型的深部工程區(qū)賦存環(huán)境與應力路徑，有利于深部開采理論的深入研究。

12、剛性板a靠近彈性板b和底板的一角開設有第一注漿孔，剛性板a靠近彈性板b和頂板的一角開設有第一回漿孔，剛性板b靠近彈性板a和底板的一角開設有第二注漿孔，剛性板b靠近彈性板a和頂板的一角開設有第二回漿孔，第一壓板的側(cè)壁沿第一壓板滑動方向開設有第一凹槽和第二凹槽，第一凹槽與第一回漿孔適配，第二凹槽與第二回漿孔適配。在按前述對模具內(nèi)顆粒原料加載后，需要注入粘合漿料，經(jīng)養(yǎng)護凝固后才制得巖石試樣，上述即為實現(xiàn)注漿工藝的具體設計。第一注漿孔、第一回漿孔、第二注漿孔、第二回漿孔開設于不變形的剛性板a和剛性板b上，在應力加載過程中各孔的形位保持不變，利于注漿管（回漿管）的連接以及堵頭的封堵；在注漿時，由下往上注漿，有利于保證粘合漿料注滿；兩個注漿孔以及兩個回漿孔位于該矩形框結(jié)構(gòu)截面對角線兩端相近位置，通過向兩個注漿孔同時注漿的方式亦有利于保證粘合漿料注滿；第一壓板上設置的第一凹槽和第二凹槽，有利于保證在z向加載過程中當?shù)谝粔喊宕嬖谝欢ㄎ灰茣r注入的粘合漿料也能從兩個回漿孔流出。

13、模具的矩形框結(jié)構(gòu)的各側(cè)壁分別由剛性板a、剛性板b、彈性板a、彈性板b組成，剛性板a、剛性板b、彈性板a、彈性板b依次連接保證側(cè)邊部分的密封性，以在制備巖石試樣時既保證了模具下部的密封避免粘合漿料漏出，又能實現(xiàn)上述的真三軸三向加載過程。設置的彈性板a和彈性板b具備彈力，在巖石試樣制備完成后，松開第二軸壓裝置和第三軸壓裝置后其具備回彈復位趨勢，同時拆開底板后利用第一液壓缸可將巖石試樣向下推出，實現(xiàn)快速脫模。

技術(shù)特征：

1.一種含內(nèi)應力深部原位巖石真三軸制備裝置，其特征在于，包括模具，所述模具包括剛性板a、剛性板b、彈性板a、彈性板b和第一軸壓裝置，

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種含內(nèi)應力深部原位巖石真三軸制備裝置，其特征在于，還包括工作臺，所述模具安裝在所述工作臺上，所述底板朝下設置，所述工作臺上設置有第二軸壓裝置和第三軸壓裝置，所述第二軸壓裝置可向所述彈性板a施加正壓力，所述第三軸壓裝置可向彈性板b施加正壓力。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種含內(nèi)應力深部原位巖石真三軸制備裝置，其特征在于，所述第二軸壓裝置包括第二液壓缸和第二壓板，所述第二液壓缸固定安裝在所述工作臺上，所述第二壓板與所述第二液壓缸的活塞桿端部固定連接，所述第二壓板正對所述彈性板a設置；所述第三軸壓裝置包括第三液壓缸和第三壓板，所述第三液壓缸固定安裝在所述工作臺上，所述第三壓板與所述第三液壓缸的活塞桿端部固定連接，所述第三壓板正對所述彈性板b設置。

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種含內(nèi)應力深部原位巖石真三軸制備裝置，其特征在于，所述模具還包括安裝框，所述安裝框固定套設在所述矩形框結(jié)構(gòu)遠離頂板的一端，所述安裝框與所述工作臺可拆卸的連接。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種含內(nèi)應力深部原位巖石真三軸制備裝置，其特征在于，所述工作臺上開設有長方孔，所述底板的一端設置有凸臺，所述凸臺、長方孔均與所述矩形框結(jié)構(gòu)的內(nèi)腔截面相適配，所述凸臺由下至上穿過所述長方孔后伸入所述矩形框結(jié)構(gòu)內(nèi)；

6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種含內(nèi)應力深部原位巖石真三軸制備裝置，其特征在于，所述工作臺上設置有第一承力板和第二承力板，所述第一承力板可與所述剛性板a抵接，所述第二承力板可與剛性板b抵接。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種含內(nèi)應力深部原位巖石真三軸制備裝置，其特征在于，所述工作臺上螺紋連接有第一頂緊螺釘和第二頂緊螺釘，所述第一承力板和第二承力板均與所述工作臺滑動連接，所述第一頂緊螺釘?shù)亩瞬靠蓪⑺龅谝怀辛Π鍓壕o在所述剛性板a上，所述第二頂緊螺釘?shù)亩瞬靠蓪⑺龅诙辛Π鍓壕o在所述剛性板b上。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及深部巖石原位模擬制備技術(shù)領域，公開了一種含內(nèi)應力深部原位巖石真三軸制備裝置，包括模具，模具包括由剛性板A、剛性板B、彈性板A、彈性板B依次連接形成的矩形框結(jié)構(gòu)，還包括第一軸壓裝置，第一軸壓裝置包括頂板、第一液壓缸、第一壓板，頂板可拆卸的連接在矩形框結(jié)構(gòu)的一端，矩形框結(jié)構(gòu)的另一端可拆卸的連接有底板，第一壓板與矩形框結(jié)構(gòu)內(nèi)部滑動適配，第一液壓缸可驅(qū)動第一壓板滑動，剛性板A靠近彈性板B的一側(cè)下端和上端分別設置有第一注漿孔和第一回漿孔，剛性板B靠近彈性板A的一側(cè)下端和上端分別設置有第二注漿孔和第二回漿孔；該裝置可在不同的三向應力加載環(huán)境下制備內(nèi)應力深部原位巖石，有利于深部開采理論的深入研究。

技術(shù)研發(fā)人員：李飛,包燁明,王雙卯,王波,高明忠,謝晶,楊本高,劉軍軍,何坤宸,楊尊東,楊磊
受保護的技術(shù)使用者：四川大學
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/9/29