塞杆上，采集第二套水平加卸载系统的位移与载荷;所述第一液压油管一端依次通过第一液压阀门、第一稳压装置、第一三通阀后，分别与所述第一左液压油缸与第一右液压油缸相连，另一端与所述液压控制系统相连，控制第一套水平加卸载系统;所述第二液压油管一端依次通过第二液压阀门、第二稳压装置、第二三通阀后，分别与所述第二前液压油缸与第二后液压油缸相连，另一端与所述液压控制系统相连，控制第二套水平加卸载系统;所述液压控制系统通过所述第一液压油管同步控制所述第一左活塞杆与第一右活塞杆的伸入与伸出，实现第一套水平加卸载系统对方形橡胶筒内层状承压岩石的水平加载与卸载;所述液压控制系统通过所述第二液压油管同步控制所述第二前活塞杆与第二后活塞杆的伸入与伸出，实现第二套水平加卸载系统对方形橡胶筒内层状承压岩石的水平加载与卸载，且所述液压控制系统控制的第一套水平加卸载系统与第二套水平加卸载系统相互独立，可以实现层状承压岩石两个相互垂直方向上不等压侧向载荷的加载与卸载;所述第一排气阀与所述围压腔内部连接，围压加载过程中，通过第一排气阀排出围压腔内残存气体，保持围压腔内气压平衡； 试样存放及出水模块由方形试样存放腔、方形承压多孔透水钢篦、承压轴、方形压头、方形密封圈、出水管、流量传感器、贮水槽组成;将加工好的大尺寸层状岩石试样放置在方形试样存放腔内，方形试样存放腔的底部设有方形承压多孔透水钢篦、方形试样存放腔的顶部为方形压头;所述方形承压多孔透水钢篦放置在圆形围压缸底部的方形凸台肩部上，其尺寸与方形凸台肩部、突起高度相匹配;所述方形压头与所述承压轴为一整体，承压轴穿过圆形端盖深入方形试样存放腔中，并通过方形压头压住层状岩石试样顶部，岩石电液伺服压力试验机通过承压轴传递载荷对层状岩石试样进行加卸载，方形压头与方形试样存放腔之间的径向间隙利用方形密封圈进行密封处理； 承压水加载模块由方形承压水存贮槽、高压水管、高压水表、承压稳压装置、注水阀、柱塞计量式高压水栗、水箱、第三三通阀、排水卸压阀、第二排气阀组成;所述方形承压水存贮槽内的承压水通过方形承压多孔透水钢篦作用在方形试样存放腔内的层状岩石试样底部，对其施加一定的承压水压;所述高压水管一端与所述方形承压水存贮槽内部连接，管路上依次设置有高压水表、承压稳压装置、注水阀、柱塞计量式高压水栗、水箱;所述承压稳压装置与所述注水阀之间，通过第三三通阀连接所述排水卸压阀，并与所述水箱连接，通过排水卸压阀排出方形承压水存贮槽内高压水体以卸载承压水;所述第二排气阀与所述方形承压水存贮槽内部连接，承压水加载过程中，通过第二排气阀排出方形承压水存贮槽内残存气体； 载荷加载模块由岩石液压伺服加载与控制系统构成，包括YAW型岩石电液伺服压力试验机、带有PowerTestV3.3加载与控制及应力应变数据采集与处理的PC机； 信号采集与处理系统由应变采集与处理系统、声发射信号采集与处理系统、视电阻率信号采集与处理系统三部分组成;应变采集与处理系统包括电阻应变片、第一弹性橡胶圈、数据传输导线、LB-1V型多通道数字应变仪、带有应力应变数据采集与处理的PC机；电阻应变片利用数据传输导线与试验装置上部侧面的电阻应变片导线转接口相连，并通过相应的导线转接口连接到应变数据采集与处理系统，从而获得层状承压岩石破坏失稳过程中应力应变演化规律;声发射信号采集与处理系统包括耐压声发射接收探头、探头抗压防护罩、第二弹性橡胶圈、信号传输导线、DS5-16B型全信息声发射信号分析仪、声发射信号采集与处理的PC机;声发射接收探头利用信号传输导线与试验装置上部侧面的声发射探头导线转接口相连，并通过相应的导线转接口连接到声发射信号采集与处理系统，从而获得层状承压岩石破坏失稳过程中声发射事件数量、位置，确定层状承压岩石破坏失稳过程的演化规律；视电阻率信号采集与处理系统包括铜片电极、电极抗压防护罩、第三弹性橡胶圈、铜质漆包信号传输导线、WBD型网络并行电法仪、surfer或illustrator软件辅助绘图的PC机，铜片电极利用铜质漆包信号传输导线与试验装置上部侧面的铜片电极导线转接口相连，并通过相应的导线转接口连接到视电阻率信号采集与处理系统，从而获得层状承压岩石破坏失稳过程中视电阻率信号，确定层状承压岩石破坏失稳过程中渗透性演化规律。2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述试验装置，具有两套相互独立的水平加卸载系统，其能对层状岩石施加两个相互垂直的相等或不相等的水平侧向载荷;具有两套相互独立的垂直加卸载系统，其中一套控制岩石电液伺服压力试验机可以对层状岩石施加竖直向下的载荷，另一套控制承压水可以通过方形承压多孔透水钢篦对层状岩石底部施加竖直向上的水压;通过四套相互独立的加卸载系统实现层状岩石的真三轴试验，能真实模拟煤系层状承压岩石三向不等压的受力状态，探索中间主应力、层状岩石的各向异性对其渗透特性的影响规律。3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述试验装置，除液压油管、高压水管、出水管、密封圈，均由具有一定刚度和强度的45号钢铸造加工而成，且其内外表层均镀有一定厚度的聚四氟乙烯绝缘层。4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述方形承压多孔透水钢篦为方板形，设有多排间距相同的圆形通孔;所述方形承压多孔透水钢篦上表面设有多条十字型沟槽，其与多排间距相同的圆形通孔相互连通，所述十字型沟槽宽度与圆形通孔直径相同。5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述方形压头为方板形，所述方形压头与承压轴中部设有出水孔，出水孔通过出水管依次与流量传感器、贮水槽连接;所述方形压头下表面设有以出水孔为中心的十字型与方形状导水沟槽，且十字型与方形状导水沟槽相互连通。6.利用权利要求1-5任一装置的一种大尺寸层状承压岩石破坏失稳过程与动态渗透特性测试方法，及大尺寸层状承压岩石真三轴加卸载试验装置，通过层状承压岩石破坏失稳过程中应力应变信号、声发射信号和视电阻率信号的采集与处理，得到大尺寸层状承压岩石破坏失稳过程中的应力应变关系、声发射事件数量、位置及承压水渗透导升引起的岩石视电阻率变化规律，获得水-力耦合作用下层状岩石破坏过程中裂隙扩展、贯通与失稳的动态演化规律及其与之相对应的动态渗透特性。7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述方法的具体操作步骤如下: 步骤一、层状岩石试样制备:从煤矿深部承压含水层上方的煤层底板岩层切割完整性较好的不同岩性的岩石，在实验室内加工切割成边长100 X 10mm或200 X 200mm、厚度10_或20mm或30mm或40mm或50mm的方板形岩层(厚度小于边长一半)，由两层或多层岩性相同或不同的方板形岩层组合成试验所要求的大尺寸层状岩石试样，所述大尺寸层状岩石试样的层与层之间通过涂抹快干胶将其粘结固定为一整体； 步骤二、固定电阻应变片:在层状岩石试样的侧面布置、固定电阻应变片，其径向和轴向各一个，在电阻应变片与层状岩石试样的接触位置涂抹快干胶保证接触的良好，并利用第一弹性橡胶圈固定电阻应变片，以防止试验加载过程中电阻应变片滑动，所述电阻应变片利用数据传输导线与试验装置上部侧面的电阻应变片导线转接口相连，并通过相应的导线转接口连接到应变数据采集与处理系统，采集应变变化数据，从而获得层状承压岩石破坏失稳过程中应力应变演化规律； 步骤三、固定声发射接收探头:在层状岩石试样的侧面布置耐压声发射接收探头，在声发射接收探头与层状岩石试样的接触位置涂抹耦合剂，保证接触的良好，利用探头抗压防护罩罩在声发射接收探头上，并利用第二弹性橡胶圈固定抗压防护罩，以避免声发射探头受到层状岩石试样高围压的影响，同时防止试验加载过程中声发射探头滑动，且能实现声发射接收探头的三维空间分布;声发射接收探头利用信号传输导线与试验装置上部侧面的声发射探头导线转接口相连，并通过相应的导线转接口连接到声发射信号采集与处理系统，从而获得层状承压岩石破坏失稳过程中声发射事件数量、位置，确定层状承压岩石破坏失稳过程的演化规律； 步骤四、固定网络并行电路铜片电极:用手持钻机在层状岩石试样侧面钻出一定数目、一定间距和深度的小孔，埋设、固定网络并行电路铜片电极，利用导电胶密封小孔以保证铜片电极与层状岩石试样耦合接触良好，利用电极抗压防护罩罩在铜片电极上，并利用第三弹性橡胶圈固定防护罩，以避免铜片电极损伤围压腔的橡胶筒，同时防止试验加载过程中铜片电极滑动，且能实现网络并行电路铜片电极的三维空间分布。网络并行电路铜片电极利用铜质漆包信号传输导线与试验装置上部侧面的铜片电极导线转接口相连，并通过相应的导线转接口连接到视电阻率信号采集与处理系统，从而获得层状承压岩石破坏失稳过程中视电阻率信号，确定层状承压岩石破坏失稳过程中渗透性演化规律； 步骤五、施加层状岩石试样围压与承压水压:将层状岩石试样放置在方形试样存放腔内，利用岩石电液伺服压力试验机通过承压轴上的方形压头压住层状岩石试样顶部，方形压头与方形试样存放腔之间的径向间隙利用方形密封圈进行密封，圆形围压缸利用圆形端盖进行密封;利用围压加载模块中两套相互独立的水平加卸载系统对层状岩石试样施加两个相互垂直方向上相等或不相等的水平侧向载荷，并利用承压水加载模块通过方形承压多孔透水钢篦在层状岩石试样底部施加一定的稳压承压水； 步骤六、层状岩石试样加载及信号采集:启动应变采集系统、声发射信号采集系统、视电阻率信号采集系统，启动YAW型岩石电液伺服压力试验机的压力加载与控制系统对层状岩石试样进行加载与卸载，并同步监测、采集层状承压岩石破坏失稳过程中的应力应变、声发射及视电阻率信号； 步骤七、采集信号的后处理:利用应力应变处理系统、声发射信号处理系统、视电阻率信号处理系统对加载与卸载过程中同步监测与采集的应力应变信号、声发射信号和视电阻率信号进行识别与处理，得到层状承压岩石破坏失稳过程中的应力应变演化规律、声发射事件数量、破裂位置及视电阻率变化规律，获得水-力耦合作用下层状岩石破坏过程中裂隙扩展、贯通与失稳的动态演化规律及其与之相对应的动态渗透特性； 步骤八、重复上述试验步骤，利用大尺寸层状承压岩石真三轴加卸载试验装置进行不同围压、不同水压、不同载荷作用下层状岩石破坏失稳过程与动态渗透特性的试验研究，得到不同围压、不同水压、不同载荷的真三轴加卸载试验条件下层状承压岩石裂隙扩展、贯通直至破坏失稳过程中的应力应变演化规律、声发射事件数量、破裂位置及视电阻率变化规律，对比分析围压、水压、载荷及中间主应力对层状岩石破坏失稳过程与动态渗透特性的影响规律。
【专利摘要】本发明公开了一种大尺寸层状承压岩石真三轴加卸载试验装置及测试方法，该装置由围压加载模块、试样存放及出水模块、承压水加载模块、载荷加载模块及信号采集与处理系统组成，围压加载模块由两套独立、垂直的水平加卸载系统构成，对所包裹的试样存放及出水模块进行水平载荷的加卸载，承压水加载模块位于试样存放及出水模块底部，对层状岩石底部进行承压水的加卸载，载荷加载模块位于试样存放及出水模块顶部，对层状岩石顶部进行垂直载荷的加卸载，信号采集与处理系统在实验过程中进行信号采集分析。该试验装置通过四套相互独立的加卸载系统实现层状岩石的真三轴试验，真实模拟煤系层状承压岩石三向不等压的受力状态，较常规三轴试验更加真实可靠。
【IPC分类】G01N3/12, G01N15/08
【公开号】CN105547849
【申请号】CN201610115649
【发明人】孙建, 胡洋
【申请人】安徽理工大学
【公开日】2016年5月4日
【申请日】2016年3月1日