[發(fā)明專利]軟弱巖土材料的單軸壓縮蠕變實(shí)驗(yàn)裝置及實(shí)驗(yàn)方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201010201305.0
• 申請(qǐng)日: 2010-06-17
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN101832896A
• 公開(kāi)（公告）日: 2010-09-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張強(qiáng)勇;李術(shù)才;劉德軍;張寧;賈超;劉健
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 山東大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N3/10
• 分類號(hào): G01N3/10;G01N3/02;G01N3/06;G01B7/16
• 代理公司: 濟(jì)南圣達(dá)專利商標(biāo)事務(wù)所有限公司 37221
• 代理人: 王吉勇

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技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種軟弱巖土材料蠕變實(shí)驗(yàn)裝置及實(shí)驗(yàn)方法，尤其是一種軟弱巖土材料的單軸壓縮蠕變實(shí)驗(yàn)裝置及實(shí)驗(yàn)方法。

背景技術(shù)

蠕變是指在常值應(yīng)力的持續(xù)作用下，材料變形隨時(shí)間增長(zhǎng)而不斷增大的現(xiàn)象。大量的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)和室內(nèi)力學(xué)實(shí)驗(yàn)研究表明，所有的巖土工程材料都具有一定的蠕變性質(zhì)，尤其是對(duì)于軟弱巖石以及含有泥質(zhì)充填物和夾層破碎帶的松散巖體，其蠕變特性更為顯著。即使較為堅(jiān)硬的巖體，當(dāng)埋藏深度達(dá)到一定值、處于高地應(yīng)力條件下，其蠕變也會(huì)達(dá)到可觀的程度。由于蠕變效應(yīng)是影響巖土工程長(zhǎng)期穩(wěn)定的重要因素，因此開(kāi)展軟弱巖土材料蠕變特性研究，對(duì)工程的設(shè)計(jì)、施工具有重要的理論意義和工程意義。由于巖土介質(zhì)通常處于受壓狀態(tài)，因此通過(guò)單軸壓縮蠕變實(shí)驗(yàn)裝置來(lái)研究巖土介質(zhì)的壓縮蠕變力學(xué)特性十分重要。目前，國(guó)內(nèi)外蠕變實(shí)驗(yàn)裝置的研究現(xiàn)狀如下：

《巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)》1989年第1期介紹了一種多功能巖石三軸流變實(shí)驗(yàn)儀，該三軸儀是由穩(wěn)壓器、壓力增壓柜、恒溫干燥箱以及三軸室等主要部分組成，其最大軸向應(yīng)力可施加到1000MPa，最大圍壓可施加到200MPa，其特點(diǎn)設(shè)備構(gòu)思新穎、操作簡(jiǎn)單、造價(jià)低廉。但該流變儀主要針對(duì)強(qiáng)度較高的硬巖進(jìn)行流變實(shí)驗(yàn)，對(duì)強(qiáng)度較低的軟弱巖土材料無(wú)法進(jìn)行蠕變實(shí)驗(yàn)。

《分析測(cè)試儀器通訊》1993年第1期介紹了一種單軸流變儀，該裝置采用砝碼-杠桿進(jìn)行加載，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單易行、造價(jià)低廉、性能比較穩(wěn)定，可通過(guò)砝碼數(shù)量的增減改變加載值，從百分表中讀取試件所受壓力與流變值。該加載系統(tǒng)易受外界環(huán)境干擾，難以提供穩(wěn)定的荷載值，同時(shí)對(duì)強(qiáng)度較低的軟弱巖土材料達(dá)不到蠕變實(shí)驗(yàn)精度要求。

《實(shí)驗(yàn)技術(shù)與實(shí)驗(yàn)機(jī)》2002年第1、2期介紹了一種巖石雙軸流變實(shí)驗(yàn)機(jī)。該裝置是一種功能比較齊全的流變實(shí)驗(yàn)機(jī)，可進(jìn)行不同尺寸試件的巖石蠕變和松弛實(shí)驗(yàn)，具有液壓波動(dòng)小、出力穩(wěn)定的特點(diǎn)。但是，該裝置最大軸向加載力為500KN力，測(cè)量精度為±1%，主要針對(duì)強(qiáng)度較高的硬巖進(jìn)行流變實(shí)驗(yàn)，對(duì)強(qiáng)度較低的軟弱巖土材料無(wú)法進(jìn)行蠕變實(shí)驗(yàn)。

《力學(xué)與實(shí)踐》2002年第4期介紹了一種蠕變-松弛耦合實(shí)驗(yàn)儀。該裝置主要由外框架、測(cè)力計(jì)、加載轉(zhuǎn)盤(pán)及螺栓、傳力薄鋼板及框架底座等組成，通過(guò)旋轉(zhuǎn)螺栓來(lái)施加軸向荷載。但是，該實(shí)驗(yàn)裝置難以消除試件不平整對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果所造成的影響，不能線性、準(zhǔn)確地施加軸向荷載，操作也非常不方便。同時(shí)，該裝置對(duì)強(qiáng)度較低的軟弱巖土材料達(dá)不到蠕變實(shí)驗(yàn)精度要求。

《巖土力學(xué)》2005年第4期介紹了一種巖石全自動(dòng)流變伺服裝置。該裝置由加壓系統(tǒng)、恒定穩(wěn)壓裝置、液壓傳遞系統(tǒng)、壓力室裝置、水壓系統(tǒng)、恒溫系統(tǒng)、降溫系統(tǒng)以及自動(dòng)采集系統(tǒng)組成，可實(shí)行全計(jì)算機(jī)控制與分析、操作全自動(dòng)化，圍壓可達(dá)60MPa，最大偏壓可達(dá)到200MPa。但是，該實(shí)驗(yàn)裝置主要針對(duì)強(qiáng)度較高的硬巖進(jìn)行流變實(shí)驗(yàn)，對(duì)強(qiáng)度較低的軟弱巖土材料無(wú)法進(jìn)行蠕變實(shí)驗(yàn)。

《長(zhǎng)江科學(xué)院院報(bào)》2006年第4期介紹了一種巖石三軸蠕變實(shí)驗(yàn)儀。該裝置具有能自動(dòng)平衡、自動(dòng)記錄、加載精確平穩(wěn)、自動(dòng)化程度高的特點(diǎn)。但是，它的造價(jià)較高、操作過(guò)程復(fù)雜，同時(shí)其軸向荷載高達(dá)2000KN，圍壓高達(dá)50MPa，主要針對(duì)強(qiáng)度較高的硬巖進(jìn)行流變實(shí)驗(yàn)，對(duì)強(qiáng)度較低的軟弱巖土材料無(wú)法進(jìn)行蠕變實(shí)驗(yàn)。

《巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)》2009年第11期介紹了一種三軸流變儀，它由軸向加載部分、圍壓加載部分、孔隙水加載部分和控制部分組成，最大軸向?qū)嶒?yàn)力可達(dá)到20KN，精度為0.1%。該裝置具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，穩(wěn)定性好，精度高的特點(diǎn)，能夠很好地研究巖石滲流–應(yīng)力耦合流變力學(xué)特性，但針對(duì)強(qiáng)度較低的軟弱巖土材料無(wú)法進(jìn)行蠕變實(shí)驗(yàn)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是為克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種結(jié)構(gòu)緊湊，操作方便，價(jià)格低廉，量測(cè)準(zhǔn)確的軟弱巖土材料的單軸壓縮蠕變實(shí)驗(yàn)裝置及實(shí)驗(yàn)方法。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案：

一種軟弱巖土材料的單軸壓縮蠕變實(shí)驗(yàn)裝置，包括支撐裝置、加卸載裝置和量測(cè)裝置，加載裝置設(shè)置于支撐裝置上面，支撐裝置和加卸載裝置之間設(shè)有材料試件，材料試件上和加卸載裝置下部設(shè)置有量測(cè)裝置。

所述支撐裝置包括承壓板，承壓板的四個(gè)角上分別設(shè)有一承壓板定位孔，每個(gè)承壓板定位孔中均穿過(guò)一支撐桿，支撐桿通過(guò)調(diào)平螺栓固定于承壓板定位孔中，支撐桿上部穿過(guò)加載裝置，加載裝置與承壓板之間的支撐桿上套有活動(dòng)柔性保護(hù)裝置；承壓板上部中間位置設(shè)有一球面盤(pán)。

所述承壓板是一塊經(jīng)過(guò)精加工的、四個(gè)角部均帶有一個(gè)承壓板定位孔的輕質(zhì)高強(qiáng)度合金矩形板。

所述活動(dòng)柔性保護(hù)裝置為上部帶有柔性塑料圈的套筒。