本實用新型屬于煤巖體室內(nèi)力學試驗技術領域，特別是涉及一種基于真三軸加載下的煤巖體蠕變力學行為試驗裝置。

背景技術：

煤巖體的蠕變特性一直是巖土工程設計和施工的重要參考，且煤巖體在受載蠕變過程中的力學行為演化規(guī)律也一直是巖石力學領域的研究熱點，特別是近年來已發(fā)生了多次的滯后型沖擊地壓事故，主要表現(xiàn)為巷道在開挖后，會在時間-空間滯后的情況下發(fā)生失穩(wěn)，進而誘發(fā)煤巖體的動力災害，從而造成大量的人員傷亡和財產(chǎn)損失。

近年來，隨著煤炭工業(yè)正式進入深部開采階段，受到深部“三高一擾動”作用，沖擊地壓事故的發(fā)生頻率也呈現(xiàn)出明顯的上升趨勢，因此，通過對深部“三高一擾動”作用下的煤巖體開展蠕變力學行為研究，分析其時空演化規(guī)律，可以幫助技術人員了解深部煤巖體的災變孕育機制，并建立相應的煤巖體災變判定及防治技術，對實現(xiàn)深部煤炭的安全開采具有重要的科學意義和工程價值。

但是，想要實現(xiàn)上述目標，通常需要進行煤巖體室內(nèi)力學試驗，而目前采用的煤巖體蠕變力學行試驗裝置還大多停留在常規(guī)三軸加載階段，難以模擬煤巖體的真實賦存狀態(tài)，而試驗所得的煤巖體蠕變力學行為演化規(guī)律也難以反映實際情況。

因此，亟需研制一種能夠滿足真三軸加載條件的煤巖體蠕變力學行為試驗裝置，其應具備以下四個條件：①、具備單獨施加三向不等載荷的能力；②、具備長期穩(wěn)定施加三向不等載荷的能力；③、具備使煤巖體處于高壓力流體環(huán)境并對壓力變化進行監(jiān)測記錄的能力；④、具備對煤巖體在真三軸加載過程中產(chǎn)生的應力和應變參量進行長期監(jiān)測記錄的能力。

技術實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術存在的問題，本實用新型提供一種基于真三軸加載下的煤巖體蠕變力學行為試驗裝置，具備單獨施加三向不等載荷的能力，具備長期穩(wěn)定施加三向不等載荷的能力，具備使煤巖體處于高壓力流體環(huán)境并對壓力變化進行監(jiān)測記錄的能力，具備對煤巖體在真三軸加載過程中產(chǎn)生的應力和應變參量進行長期監(jiān)測記錄的能力，通過試驗所得的煤巖體蠕變力學行為演化規(guī)律可以更好的反映實際情況，為深部礦井動力災害預測防治提供理論依據(jù)和工程指導。

為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用如下技術方案：一種基于真三軸加載下的煤巖體蠕變力學行為試驗裝置，包括壓力腔室、第一水平應力加載油缸、第二水平應力加載油缸、第三水平應力加載油缸、第四水平應力加載油缸、豎直應力加載油缸及加載油缸長期穩(wěn)壓供油系統(tǒng)；

所述壓力腔室采用方形結構，在壓力腔室的四個側壁上分別開設有第一水平應力加載孔、第二水平應力加載孔、第三水平應力加載孔及第四水平應力加載孔，在壓力腔室的底板上開設有豎直應力加載孔，在壓力腔室的頂板上開設有試樣裝卸通過孔，試樣裝卸通過孔上安裝有可拆卸式密封蓋板，在壓力腔室的側壁上開設有流體充裝孔；

在所述第一水平應力加載孔內(nèi)安裝有第一水平應力加載壓桿，第一水平應力加載壓桿與第一水平應力加載孔密封滑動配合，所述第一水平應力加載油缸的活塞桿與第一水平應力加載壓桿的外端相固連，第一水平應力加載油缸通過缸體與壓力腔室的外壁相固連；

在所述第二水平應力加載孔內(nèi)安裝有第二水平應力加載壓桿，第二水平應力加載壓桿與第二水平應力加載孔密封滑動配合，所述第二水平應力加載油缸的活塞桿與第二水平應力加載壓桿的外端相固連，第二水平應力加載油缸通過缸體與壓力腔室的外壁相固連；

在所述第三水平應力加載孔內(nèi)安裝有第三水平應力加載壓桿，第三水平應力加載壓桿與第三水平應力加載孔密封滑動配合，所述第三水平應力加載油缸的活塞桿與第三水平應力加載壓桿的外端相固連，第三水平應力加載油缸通過缸體與壓力腔室的外壁相固連；

在所述第四水平應力加載孔內(nèi)安裝有第四水平應力加載壓桿，第四水平應力加載壓桿與第四水平應力加載孔密封滑動配合，所述第四水平應力加載油缸的活塞桿與第四水平應力加載壓桿的外端相固連，第四水平應力加載油缸通過缸體與壓力腔室的外壁相固連；

在所述豎直應力加載孔內(nèi)安裝有豎直應力加載壓桿，豎直應力加載壓桿與豎直應力加載孔密封滑動配合，所述豎直應力加載油缸的活塞桿與豎直應力加載壓桿的外端相固連，豎直應力加載油缸通過缸體與壓力腔室的外壁相固連；

在所述第一水平應力加載壓桿的內(nèi)端、第二水平應力加載壓桿的內(nèi)端、第三水平應力加載壓桿的內(nèi)端、第四水平應力加載壓桿的內(nèi)端、豎直應力加載壓桿的內(nèi)端及可拆卸式密封蓋板的下表面均安裝有壓頭；

在所述第一水平應力加載壓桿與第一水平應力加載油缸的活塞桿之間、第二水平應力加載壓桿與第二水平應力加載油缸的活塞桿之間、第三水平應力加載壓桿與第三水平應力加載油缸的活塞桿之間、第四水平應力加載壓桿與第四水平應力加載油缸的活塞桿之間、豎直應力加載壓桿與豎直應力加載油缸的活塞桿之間均加裝有應力傳感器；

所述加載油缸長期穩(wěn)壓系統(tǒng)包括油箱、油泵、單向閥、溢流閥、第一電磁換向閥、第二電磁換向閥、第三電磁換向閥、第一穩(wěn)壓罐、第二穩(wěn)壓罐、第三穩(wěn)壓罐、第一壓力補償閥、第二壓力補償閥、第三壓力補償閥、第一節(jié)流閥、第二節(jié)流閥及第三節(jié)流閥；

所述油泵進油口與油箱相連通，油泵出油口與單向閥進油口相連通，單向閥出油口分為四路輸出，第一路通過溢流閥與油箱相連通，第二路通過第一電磁換向閥同時與第一水平應力加載油缸和第二水平應力加載油缸相連通，第三路通過第二電磁換向閥同時與第三水平應力加載油缸和第四水平應力加載油缸相連通，第四路通過第三電磁換向閥與豎直應力加載油缸相連通；

所述第一壓力補償閥進油端接通在第一水平應力加載油缸和第二水平應力加載油缸無桿腔與第一電磁換向閥之間的管路上，第一壓力補償閥出油端通過第一節(jié)流閥與油箱相連通，所述第一穩(wěn)壓罐安裝在第一壓力補償閥進油端管路上；

所述第二壓力補償閥進油端接通在第三水平應力加載油缸和第四水平應力加載油缸無桿腔與第二電磁換向閥之間的管路上，第二壓力補償閥出油端通過第二節(jié)流閥與油箱相連通，所述第二穩(wěn)壓罐安裝在第二壓力補償閥進油端管路上；

所述第三壓力補償閥進油端接通在豎直應力加載油缸無桿腔與第三電磁換向閥之間的管路上，第三壓力補償閥出油端通過第三節(jié)流閥與油箱相連通，所述第二穩(wěn)壓罐安裝在第三壓力補償閥進油端管路上。

所述第一水平應力加載油缸、第二水平應力加載油缸、第三水平應力加載油缸、第四水平應力加載油缸及豎直應力加載油缸的缸體與壓力腔室的外壁之間均安裝有剛性連接筒，所述第一水平應力加載壓桿、第二水平應力加載壓桿、第三水平應力加載壓桿、第四水平應力加載壓桿及豎直應力加載壓桿與各自對應的剛性連接筒之間均安裝有光柵傳感器，通過光柵傳感器對各個水平應力加載壓桿的位移量進行測量。

所述剛性連接筒與壓力腔室的外壁之間采用兩級連接方式，剛性連接筒連接端具有外螺紋，并通過外螺紋與壓力腔室的外壁進行第一級的螺紋連接，在外螺紋末端的剛性連接筒上設置有法蘭盤，并通過法蘭盤與壓力腔室的外壁進行第二級的螺栓連接。

所述壓頭按照不同尺寸設置有若干組，用于適配不同尺寸的煤巖體試樣。

本實用新型的有益效果：

本實用新型與現(xiàn)有技術相比，具備單獨施加三向不等載荷的能力，具備長期穩(wěn)定施加三向不等載荷的能力，具備使煤巖體處于高壓力流體環(huán)境并對壓力變化進行監(jiān)測記錄的能力，具備對煤巖體在真三軸加載過程中產(chǎn)生的應力和應變參量進行長期監(jiān)測記錄的能力，通過試驗所得的煤巖體蠕變力學行為演化規(guī)律可以更好的反映實際情況，為深部礦井動力災害預測防治提供理論依據(jù)和工程指導。

附圖說明

圖1為本實用新型的一種基于真三軸加載下的煤巖體蠕變力學行為試驗裝置正向剖視圖；

圖2為本實用新型的一種基于真三軸加載下的煤巖體蠕變力學行為試驗裝置俯向剖視圖；

圖3為本實用新型的壓力腔室正向剖視圖；

圖4為本實用新型的壓力腔室俯向剖視圖；

圖5為本實用新型的加載油缸長期穩(wěn)壓供油系統(tǒng)原理圖；

圖中，1—壓力腔室，2—第一水平應力加載油缸，3—第二水平應力加載油缸，4—第三水平應力加載油缸，5—第四水平應力加載油缸，6—豎直應力加載油缸，7—第一水平應力加載孔，8—第二水平應力加載孔，9—第三水平應力加載孔，10—第四水平應力加載孔，11—豎直應力加載孔，12—試樣裝卸通過孔，13—可拆卸式密封蓋板，14—第一水平應力加載壓桿，15—第二水平應力加載壓桿，16—第三水平應力加載壓桿，17—第四水平應力加載壓桿，18—豎直應力加載壓桿，19—流體充裝孔，20—壓頭，21—應力傳感器，22—油箱，23—油泵，24—單向閥，25—溢流閥，26—第一電磁換向閥，27—第二電磁換向閥，28—第三電磁換向閥，29—第一穩(wěn)壓罐，30—第二穩(wěn)壓罐，31—第三穩(wěn)壓罐，32—第一壓力補償閥，33—第二壓力補償閥，34—第三壓力補償閥，35—第一節(jié)流閥，36—第二節(jié)流閥，37—第三節(jié)流閥，38—剛性連接筒。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施例對本實用新型做進一步的詳細說明。

如圖1～5所示，一種基于真三軸加載下的煤巖體蠕變力學行為試驗裝置，包括壓力腔室1、第一水平應力加載油缸2、第二水平應力加載油缸3、第三水平應力加載油缸4、第四水平應力加載油缸5、豎直應力加載油缸6及加載油缸長期穩(wěn)壓供油系統(tǒng)；

所述壓力腔室1采用方形結構，在壓力腔室1的四個側壁上分別開設有第一水平應力加載孔7、第二水平應力加載孔8、第三水平應力加載孔9及第四水平應力加載孔10，在壓力腔室1的底板上開設有豎直應力加載孔11，在壓力腔室的頂板上開設有試樣裝卸通過孔12，試樣裝卸通過孔12上安裝有可拆卸式密封蓋板13，在壓力腔室1的側壁上開設有流體充裝孔19；

在所述第一水平應力加載孔7內(nèi)安裝有第一水平應力加載壓桿14，第一水平應力加載壓桿14與第一水平應力加載孔7密封滑動配合，所述第一水平應力加載油缸2的活塞桿與第一水平應力加載壓桿14的外端相固連，第一水平應力加載油缸2通過缸體與壓力腔室1的外壁相固連；

在所述第二水平應力加載孔8內(nèi)安裝有第二水平應力加載壓桿15，第二水平應力加載壓桿15與第二水平應力加載孔8密封滑動配合，所述第二水平應力加載油缸3的活塞桿與第二水平應力加載壓桿15的外端相固連，第二水平應力加載油缸3通過缸體與壓力腔室1的外壁相固連；

在所述第三水平應力加載孔9內(nèi)安裝有第三水平應力加載壓桿16，第三水平應力加載壓桿16與第三水平應力加載孔9密封滑動配合，所述第三水平應力加載油缸4的活塞桿與第三水平應力加載壓桿16的外端相固連，第三水平應力加載油缸4通過缸體與壓力腔室1的外壁相固連；

在所述第四水平應力加載孔10內(nèi)安裝有第四水平應力加載壓桿17，第四水平應力加載壓桿17與第四水平應力加載孔10密封滑動配合，所述第四水平應力加載油缸5的活塞桿與第四水平應力加載壓桿17的外端相固連，第四水平應力加載油缸5通過缸體與壓力腔室1的外壁相固連；

在所述豎直應力加載孔11內(nèi)安裝有豎直應力加載壓桿18，豎直應力加載壓桿18與豎直應力加載孔11密封滑動配合，所述豎直應力加載油缸6的活塞桿與豎直應力加載壓桿18的外端相固連，豎直應力加載油缸6通過缸體與壓力腔室1的外壁相固連；

在所述第一水平應力加載壓桿14的內(nèi)端、第二水平應力加載壓桿15的內(nèi)端、第三水平應力加載壓桿16的內(nèi)端、第四水平應力加載壓桿17的內(nèi)端、豎直應力加載壓桿18的內(nèi)端及可拆卸式密封蓋板13的下表面均安裝有壓頭20；

在所述第一水平應力加載壓桿14與第一水平應力加載油缸2的活塞桿之間、第二水平應力加載壓桿15與第二水平應力加載油缸3的活塞桿之間、第三水平應力加載壓桿16與第三水平應力加載油缸4的活塞桿之間、第四水平應力加載壓桿17與第四水平應力加載油缸5的活塞桿之間、豎直應力加載壓桿18與豎直應力加載油缸6的活塞桿之間均加裝有應力傳感器21；

所述加載油缸長期穩(wěn)壓系統(tǒng)包括油箱22、油泵23、單向閥24、溢流閥25、第一電磁換向閥26、第二電磁換向閥27、第三電磁換向閥28、第一穩(wěn)壓罐29、第二穩(wěn)壓罐30、第三穩(wěn)壓罐31、第一壓力補償閥32、第二壓力補償閥33、第三壓力補償閥34、第一節(jié)流閥35、第二節(jié)流閥36及第三節(jié)流閥37；

所述油泵23進油口與油箱22相連通，油泵23出油口與單向閥24進油口相連通，單向閥24出油口分為四路輸出，第一路通過溢流閥25與油箱22相連通，第二路通過第一電磁換向閥26同時與第一水平應力加載油缸2和第二水平應力加載油缸3相連通，第三路通過第二電磁換向閥27同時與第三水平應力加載油缸4和第四水平應力加載油缸5相連通，第四路通過第三電磁換向閥28與豎直應力加載油缸6相連通；

所述第一壓力補償閥32進油端接通在第一水平應力加載油缸2和第二水平應力加載油缸3無桿腔與第一電磁換向閥26之間的管路上，第一壓力補償閥32出油端通過第一節(jié)流閥35與油箱22相連通，所述第一穩(wěn)壓罐29安裝在第一壓力補償閥32進油端管路上；

所述第二壓力補償閥33進油端接通在第三水平應力加載油缸4和第四水平應力加載油缸5無桿腔與第二電磁換向閥27之間的管路上，第二壓力補償閥33出油端通過第二節(jié)流閥36與油箱22相連通，所述第二穩(wěn)壓罐30安裝在第二壓力補償閥33進油端管路上；

所述第三壓力補償閥34進油端接通在豎直應力加載油缸6無桿腔與第三電磁換向閥28之間的管路上，第三壓力補償閥34出油端通過第三節(jié)流閥37與油箱22相連通，所述第二穩(wěn)壓罐30安裝在第三壓力補償閥34進油端管路上。

所述第一水平應力加載油缸2、第二水平應力加載油缸3、第三水平應力加載油缸4、第四水平應力加載油缸5及豎直應力加載油缸6的缸體與壓力腔室1的外壁之間均安裝有剛性連接筒38，所述第一水平應力加載壓桿14、第二水平應力加載壓桿15、第三水平應力加載壓桿16、第四水平應力加載壓桿17及豎直應力加載壓桿18與各自對應的剛性連接筒38之間均安裝有光柵傳感器，通過光柵傳感器對各個水平應力加載壓桿的位移量進行測量。

所述剛性連接筒38與壓力腔室1的外壁之間采用兩級連接方式，剛性連接筒38連接端具有外螺紋，并通過外螺紋與壓力腔室1的外壁進行第一級的螺紋連接，在外螺紋末端的剛性連接筒38上設置有法蘭盤，并通過法蘭盤與壓力腔室1的外壁進行第二級的螺栓連接。

所述壓頭20按照不同尺寸設置有若干組，用于適配不同尺寸的煤巖體試樣。

下面結合附圖說明本實用新型的一次使用過程：

本實施例中，第一水平應力加載油缸2、第二水平應力加載油缸3、第三水平應力加載油缸4及第四水平應力加載油缸5均采用600kN液壓油缸，豎直應力加載油缸6采用1300kN液壓油缸。壓頭20設置兩組，第一組尺寸規(guī)格為50mm×50mm及50mm×100mm，第二組尺寸規(guī)格為100mm×100mm。

先將選中的壓頭20分別安裝到相應的水平應力加載壓桿及可拆卸式密封蓋板13上，再將煤巖體試樣通過試樣裝卸通過孔12送入壓力腔室1內(nèi)，然后分別通過第一水平應力加載油缸2與第三水平應力加載油缸4配合、第二水平應力加載油缸3與第四水平應力加載油缸5配合完成煤巖體試樣的初步對中夾緊，在煤巖體試樣與壓頭20之間安裝位移傳感器，然后將可拆卸式密封蓋板13裝回到試樣裝卸通過孔12上，完成壓力腔室1的密封。

控制豎直應力加載油缸6動作，直至完成煤巖體試樣的精確對中夾緊，再按照目標載荷對煤巖體試樣進行加載，等目標載荷加載完畢后，通過流體充裝孔19向壓力腔室1內(nèi)注入流體，直至流體環(huán)境壓力達到設定值為止，同時對流體環(huán)境壓力進行實時監(jiān)測。

開始進行多級應力加載蠕變試驗，通過位移傳感器監(jiān)測應變參數(shù)，直到每一級應力載荷下的應變參數(shù)小于0.01％/天，可以進行下一級的應力加載，重復加載過程，直到煤巖體試樣破壞而失去承載能力后，結束試驗，并對采集到的參數(shù)數(shù)據(jù)進行記錄存儲。之后，先卸去壓力腔室1內(nèi)的流體，再卸去應力載荷，然后卸下可拆卸式密封蓋板13，最后將煤巖體試樣取出，即可準備下一次試驗。

實施例中的方案并非用以限制本實用新型的專利保護范圍，凡未脫離本實用新型所為的等效實施或變更，均包含于本案的專利范圍中。