(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210437274.1 (22)申请日 2022.04.19 (71)申请人 中国矿业大 学 地址 221116 江苏省徐州市大 学路1号中国 矿业大学 (72)发明人 阚甲广　王朋　张农　魏群　 许兴亮　崔广振　 (74)专利代理 机构 南京瑞弘专利商标事务所 (普通合伙) 32249 专利代理师 李悦声 (51)Int.Cl. G01N 3/34(2006.01) G01N 3/02(2006.01) G01N 1/28(2006.01) (54)发明名称 一种小型锚固体三轴动静组合加载实验装 置和方法 (57)摘要 本发明公开一种小型锚固体动静组合加载 实验装置和方法， 属于岩石力学实验领域。 本装 置包括底座组合单元、 限位固定单元、 侧向静载 加载单元以及顶部动载加载单元， 可实现五面约 束、 一面临空的小型锚固体三轴动静组合加载环 境， 装置底座及侧面设有可拆卸临空面， 更改临 空面位置 可实现锚固体受力方向变化， 本装置结 合落锤式冲击动载试验机可精准构建出加载在 小型锚固体试样上部的应力路径， 从而研究不同 工况小型锚固体试样在动静组合加载应力下所 显现出的动力学特性以及破裂化特征， 实验结构 与方法更加符合现场实际情况。 权利要求书2页 说明书5页 附图5页 CN 114778344 A 2022.07.22 CN 114778344 A 1.一种小型锚固体三轴动静组合加载实验装置， 其特征在于： 包括可拆卸的组合底座 (1)， 组合底座(1)包括底 座A(15)和用以摆放固定试件的底 座B(13)， 底 座A(15)通过螺栓设 置在底座B(13)底部， 所述底座A(15)为空心支架结构， 底 座B(13)为板状结构； 底座B(13)上 围绕试件设有限位固定单元， 限位固定单元包括垂 直底座B(13)设置在试件后侧的侧立板a (2)、 设置在试件左侧的侧立板b(4)、 设置在试件 前侧的前静态加压装置和设置在试件右侧 的右静态加压装置， 侧立板a(2)、 侧立板b(4)、 前静态加压装置和右静态加压装置 之间形成 包裹试件的矩形包围结构， 侧立板a(2)和侧立板b(4)的内侧分别与试件的后面和左面接 触， 侧立板a(2)和侧立板b(4)的外侧上设有多块用以提供支撑力的角加强板(7)， 静态加压 装置和右静态加压装置均包括通过设置的后座立板(11)抵住的超薄液压缸(10)， 超薄液压 缸(10)的端部通过加载头柱(9)抵住试件的前面和右面， 试件的顶面设有顶部动载加载单 元， 顶部动载加载单元包括用以连接落锤式动力加载试验机的上压头(5)， 顶部动载加载单 元与设置在底座B(13)上的限位固定单元形成针对试件的三轴加载结构； 其中侧立板b(4) 和底座B(13)上分别设有模拟临空面的开孔， 并设有一个与模拟临空面开口匹配的底垫板 (3)， 使用时选择开放一个模拟临空面的开口， 利用底垫板(3)遮盖另一个模拟临空面的开 口； 当开放侧立板b(4)的模拟临空面开口安装底垫板(3)时， 底座B(13)的模拟临空面开口 开放， 此时需要安装底座A(15)给试件中设置的支护体留出试验空间， 反之则无需安装底 座 A(15)。 2.根据权利要求1所述小型锚固体三轴动静组合加载实验装置， 其特征在于： 加载头柱 (9)通过加载头板(6)与试件接触， 加载头板(6)的尺寸与试件接触面匹配， 加载头板(6)与 加载头柱(9)之间设有多个加载头加强板(8)， 载头板(6)上设有多个用于监测试件内部裂 隙萌生、 扩展以及整体破坏的过程的声发射传感器(19)。 3.根据权利要求1所述小型锚固体三轴动静组合加载实验装置， 其特征在于： 所述底座 B(13)的边角上设有多个便于连接锁链搬运的吊环， 吊环 通过底座B(13)上开的吊环 孔(17) 固定连接 。 4.根据权利要求1所述小型锚固体三轴动静组合加载实验装置， 其特征在于： 底座A (15)内中间水平设有透明的亚克力板(16)， 亚克力板(16)上方留有便于从底座B(13)上的 模拟临空面开孔伸出的支护体的空间， 同时在亚克力板(16)下方设置观测临空面开孔中试 件在试验中变化的摄像头； 底 座A(15)通过设置在底座B(13)上的底 座连接孔(18)进行固定 连接。 5.根据权利要求1所述小型锚固体三轴动静组合加载试验装置， 其特征在于： 所述底座 B(1)及侧立板b(4)上的模拟临空面的开口均为阶梯开口， 阶梯开口与试件接触面的部 分面 积与底垫板(3)或试件的侧面相同， 便于固定底垫板(3)或试件， 阶梯开口外侧开口部分面 积小于底垫板(3)或试件用以观测试件在试验中的变化， 阶梯开口若安装底垫板(3)则通过 阶梯开口的肩部固定底垫板(3)从而掩盖安装了底垫板(3)的阶梯通孔， 另一个 没有安装底 垫板(3)的阶梯开口则通过肩部约束 试件， 使试件中设置的支护体向阶梯开口安装， 以模拟 现场岩体 状态， 实现小型锚固体试样不同受力方向下变形破坏的观测。 6.根据权利要求5所述小型锚固体三轴动静组合加载实验装置， 其特征在于： 通过侧向 静载加载单元及顶部动载加载单元 的加载， 以及一个开放的临空面开孔， 从而对试件进行 五面约束、 一面临空的应力加载环境， 模拟煤矿巷道开挖后巷道围岩表面是唯一临空面， 顶权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114778344 A 2部有垂直压力， 周围有X、 Y方向的侧压， 且顶板两侧有帮部支撑， 实现小型锚固体三轴动静 组合加载。 7.一种小型锚固体三轴动静组合加载 试验方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： S1、 制作小型锚固体试样： 浇筑制备小型锚固体， 小型锚固体 中的支护体所在面标记为 临空面， 并将小型锚固体安装入限位固定单元， 小型锚固体试样的左面和后面与侧立板a (2)以及侧立板b(4)紧密接触； S2、 施加侧压， 分别调 节超薄液压缸(10)从而通过加载头柱(9)向与小型锚固体试样前 面和右面接触的加载头 板(6)精准施加不同侧向静载压力； S3、 进行三轴动静组合加载 试验： S3.1、 通过落锤式冲击动载试验机设置不同冲击能量路径， 与上压头(5)接触并加载， 固定冲击能量循环加载完 毕后， 逐次增大落锤冲击能量， 直至小 型锚固体试样破坏， 在试验 过程中， 实时监测小型锚固体试的动态响应、 裂纹扩展规 律及破裂化特 征； S3.2、 改变落锤式冲击动载试验机的冲击能量大小， 或更换支护体不同安装角度的小 型锚固体试样， 或更换不同锚固基体小型锚固体试样， 或更换不同锚固方式小型锚固体试 样， 然后重复步骤S1。 8.根据权利要求7所述小型锚固体三轴动静组合加载试验方法， 其特征在于： 所述步骤 S3.2， 根据具体试验要求确定修改项系数， 如冲击能量大小、 支护体角度、 锚固基体强度、 锚 固方式等 参数， 开展对比分析 试验。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114778344 A 3