本發(fā)明涉及一種巖體試驗裝置及方法，具體是一種模擬破碎巖體二次成巖的試驗裝置及方法。

背景技術(shù)：

隨著礦產(chǎn)資源開采進入到深部，礦井圍巖支護面臨越來越多的復(fù)雜破碎巖體以及由破碎巖體壓實、固結(jié)二次成巖的再生巖體。這種通過破碎巖體壓實、固結(jié)二次成巖的再生巖體，其內(nèi)部的力學(xué)參數(shù)與原生的煤巖體具有較大的不同，因此在支護時也需要采取不同的支護方式，為了研究這種再生巖體的力學(xué)參數(shù)，一般需要在實驗室中進行該種再生巖體的力學(xué)試驗，在得出其力學(xué)參數(shù)的規(guī)律后可對礦井下支護起到指導(dǎo)作用。目前，實驗室內(nèi)只能通過從礦井內(nèi)取出原有破碎-固結(jié)形成的再生巖體進行其力學(xué)性能參數(shù)測試，但是這種取樣過程非常麻煩，同時切割后也會對該破碎-固結(jié)再生巖體的力學(xué)參數(shù)有所影響，因此實驗室中測得的數(shù)據(jù)也不準確。由于目前還沒有設(shè)備或裝置來再現(xiàn)破碎-固結(jié)巖體二次成巖過程以及監(jiān)測二次成巖相關(guān)的巖體力學(xué)行為，從而導(dǎo)致針對這種破碎-固結(jié)巖體的支護缺乏可靠的理論依據(jù)，工程實際中的支護設(shè)計具有較大的盲目性。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提供一種模擬破碎巖體二次成巖的試驗裝置及方法，能在實驗室中模擬破碎巖體二次成巖的過程，從而便于研究二次成巖過程中破碎巖體再生成巖所需的力學(xué)參數(shù)，同時對二次再生巖體進行后續(xù)的力學(xué)試驗。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：該種模擬破碎巖體二次成巖的試驗裝置，包括軸壓盤、圍壓裝置、底盤和圍壓施加器，所述底盤中部設(shè)有承壓板，圍壓裝置放置在承壓板上，所述圍壓裝置為多個形狀相同的弧形板拼接圍成的圓筒，所述弧形板的兩側(cè)均設(shè)有多個圍壓傳遞銷，圍壓傳遞銷的中心設(shè)有安裝孔，所述圍壓施加器由施壓桿和加壓器組成，施壓桿穿過相鄰弧形板上兩個重合的安裝孔，加壓器設(shè)置在施壓桿上；所述軸壓盤設(shè)置在圓筒上方，軸壓盤的直徑略小于圓筒的內(nèi)徑。

進一步，所述施壓桿為弧形螺紋桿，所述弧形螺紋桿的弧度與弧形板的弧度相同。采用弧形螺紋桿可使加壓器施加的力始終垂直于圍壓傳遞銷，進而保證各個弧形板施加的圍壓力的均勻性。

進一步，所述加壓器為兩個彈簧，兩個彈簧分別設(shè)置在施壓桿的兩端。采用這種兩側(cè)設(shè)置的方式，可使施加的力在弧形板上更均勻。

進一步，所述弧形板的外表面設(shè)有定向滑移板，定向滑移板垂直固定在弧形板中部，所述定向滑移板下端設(shè)有定向滑輪組；底盤對應(yīng)定向滑移板的位置上開設(shè)滑槽，定向滑輪組置于滑槽內(nèi)與滑槽滑動配合。

進一步，所述定向滑移板的形狀為直角三角形。定向滑移板可采用矩形或直角三角形，優(yōu)選采用直角三角形，這種形狀不僅結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，而且相對于矩形面積較小，從而節(jié)約材料。

進一步，所述軸壓盤上設(shè)有提手。通過提手便于對軸壓盤的搬移。

一種模擬破碎巖體二次成巖的試驗裝置的使用方法，其具體步驟為：

A、將多個弧形板拼接后圍成圓筒，將相鄰弧形板兩側(cè)的圍壓傳遞銷相接觸并使其安裝孔重合；

B、在每組重合的安裝孔上均穿過一弧形螺紋桿，弧形螺紋桿上套有兩個彈簧，所述彈簧分別設(shè)置在安裝孔的兩側(cè)，完成圍壓裝置最大圍壓力的設(shè)定；

C、將組裝完成的圍壓裝置放置在底盤的承壓板上，并使定向滑輪組處于底盤的滑槽內(nèi)，圍壓裝置與底盤形成圓桶形容器；

D、將進行試驗的破碎巖體放入圓桶形容器內(nèi)直至容器盛滿，然后將軸壓盤蓋在圍壓裝置上；

E、采用巖石力學(xué)試驗系統(tǒng)對軸壓盤施加垂直向下的壓力，該壓力的壓力值由零漸漸增大，由于在礦井下破碎巖體壓實、固結(jié)的過程中也是破碎巖體漸漸增多使處于底部的破碎巖體漸漸受力增加，此時破碎巖體在垂直方向上受壓壓緊的壓力值漸漸增大的同時破碎巖體會向四周施壓，由于力的作用是相互的，故其受到四周圍壓裝置施加的圍壓力也在漸漸增大；

F、當破碎巖體壓緊后，弧形板沿著滑槽向四周開始擴開時，停止對軸壓盤施加垂直向下的壓力，此時破碎巖體受到圍壓裝置的圍壓力達到最大，完成破碎巖體二次成巖的過程，并記錄垂直壓力的變化情況；

G、調(diào)節(jié)步驟B中彈簧的初始形變力，即調(diào)節(jié)圍壓裝置的最大圍壓力大小，重復(fù)步驟D至F，從而實現(xiàn)不同最大圍壓下破碎巖體的二次成巖過程。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明采用軸壓盤、圍壓裝置、底盤和圍壓施加器相結(jié)合的方式，將破碎巖體放入本裝置內(nèi)，然后通過巖石力學(xué)試驗系統(tǒng)對本裝置施加垂直壓力，并記錄壓力值的變化情況，最終制得破碎巖體二次成巖，并可知整個二次成巖過程中其力學(xué)參數(shù)的情況，能在實驗室中模擬破碎巖體二次成巖的過程，從而便于研究二次成巖過程中破碎巖體所受的力學(xué)參數(shù)，同時可對二次成巖后的巖體進行后續(xù)的力學(xué)試驗；最終對礦井下支護該種破碎巖體二次成巖的巖體提供可靠的理論依據(jù)，使工程實際支護設(shè)計更符合該巖體的力學(xué)特性。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是圖1的俯視圖；

圖3是本發(fā)明中軸壓盤的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是圖3的A-A向剖面圖；

圖5是本發(fā)明中圍壓裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6是圖5的俯視圖；

圖7是本發(fā)明中弧形板的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖8是本發(fā)明中定向滑移板的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖9是本發(fā)明中底盤的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖10是圖9的A-A向剖面圖。

圖中：1、軸壓盤，2、提手，3、弧形板，4、定向滑移板，5、圍壓傳遞銷，6、定向滑輪組，7、加壓器，8、弧形螺紋桿，9、滑槽，10、承壓板。

具體實施方式

下面將對本發(fā)明作進一步說明。

如圖1至圖10所示，一種模擬破碎巖體二次成巖的試驗裝置，包括軸壓盤1、圍壓裝置、底盤和圍壓施加器，所述底盤中部設(shè)有承壓板10，圍壓裝置放置在承壓板10上，所述圍壓裝置為多個形狀相同的弧形板3拼接圍成的圓筒，所述弧形板3的兩側(cè)均設(shè)有多個圍壓傳遞銷5，圍壓傳遞銷5的中心設(shè)有安裝孔，所述圍壓施加器由施壓桿和加壓器7組成，施壓桿穿過相鄰弧形板3上兩個重合的安裝孔，加壓器7設(shè)置在施壓桿上；所述軸壓盤1設(shè)置在圓筒上方，軸壓盤1的直徑略小于圓筒的內(nèi)徑。

進一步，所述施壓桿為弧形螺紋桿8，所述弧形螺紋桿8的弧度與弧形板3的弧度相同。采用弧形螺紋桿8可使加壓器7施加的力始終垂直于圍壓傳遞銷5，進而保證各個弧形板3施加圍壓力的均勻性。

進一步，所述加壓器7為兩個彈簧，兩個彈簧分別設(shè)置在施壓桿的兩端。采用這種兩側(cè)設(shè)置的方式，可使施加的力在弧形板3上更均勻。

進一步，所述弧形板3的外表面設(shè)有定向滑移板4，定向滑移板4垂直固定在弧形板3中部，所述定向滑移板4下端設(shè)有定向滑輪組6；底盤對應(yīng)定向滑移板4的位置上開設(shè)滑槽9，定向滑輪組6置于滑槽9內(nèi)與滑槽9滑動配合。

進一步，所述定向滑移板4的形狀為直角三角形。定向滑移板4可采用矩形或直角三角形，優(yōu)選采用直角三角形，這種形狀不僅結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，而且相對于矩形面積較小，從而節(jié)約材料。

進一步，所述軸壓盤1上設(shè)有提手2。通過提手2便于對軸壓盤1的搬移。

一種模擬破碎巖體二次成巖的試驗裝置的使用方法，其具體步驟為：

A、將多個弧形板3拼接后圍成圓筒，將相鄰弧形板3兩側(cè)的圍壓傳遞銷5相接觸并使其安裝孔重合；

B、在每組重合的安裝孔上均穿過一弧形螺紋桿8，弧形螺紋桿8上套有兩個彈簧，所述彈簧分別設(shè)置在安裝孔的兩側(cè)，完成圍壓裝置最大圍壓力的設(shè)定；

C、將組裝完成的圍壓裝置放置在底盤的承壓板10上，并使定向滑輪組6處于底盤的滑槽9內(nèi)，圍壓裝置與底盤形成圓桶形容器；

D、將進行試驗的破碎巖體放入圓桶形容器內(nèi)直至容器盛滿，然后將軸壓盤1蓋在圍壓裝置上；

E、采用巖石力學(xué)試驗系統(tǒng)對軸壓盤1施加垂直向下的壓力，該壓力的壓力值由零漸漸增大，由于在礦井下破碎巖體壓實、固結(jié)的過程中也是破碎巖體漸漸增多使處于底部的破碎巖體漸漸受力增加，此時破碎巖體在垂直方向上受壓壓緊的壓力值漸漸增大的同時破碎巖體會向四周施壓，由于力的作用是相互的，故其受到四周圍壓裝置施加的圍壓力也在漸漸增大；

F、當破碎巖體壓緊且圍壓達到設(shè)定的最大值之后，弧形板3沿著滑槽9向四周開始擴開時，停止對軸壓盤1施加垂直向下的壓力，此時破碎巖體受到圍壓裝置的圍壓力達到最大，完成破碎巖體二次成巖的過程，并記錄垂直壓力的變化情況；

G、調(diào)節(jié)步驟B中彈簧的初始形變力，即調(diào)節(jié)圍壓裝置的最大圍壓力大小，重復(fù)步驟D至F，從而實現(xiàn)不同最大圍壓下破碎巖體的二次成巖過程。