[發(fā)明專利]測(cè)試巖石試樣在碎石被動(dòng)約束下力學(xué)性能的裝置及方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610263679.2
• 申請(qǐng)日: 2016-04-25
• 公開（公告）號(hào): CN105738208B
• 公開（公告）日: 2018-10-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 朱萬(wàn)成;于慶磊;徐曾和;楊天鴻;劉洪磊;李帥;牛雷雷
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 東北大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N3/08
• 分類號(hào): G01N3/08;G01L1/00;G01B7/16
• 代理公司: 沈陽(yáng)東大知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 21109
• 代理人: 梁焱

1.一種測(cè)試巖石試樣在碎石被動(dòng)約束下力學(xué)性能的裝置，其特征在于包括圓筒狀薄壁、上環(huán)形浮動(dòng)板、下環(huán)形浮動(dòng)板、約束環(huán)、環(huán)形底座、環(huán)形頂板、上柱塞和下柱塞；多個(gè)螺桿從上到下依次穿過(guò)環(huán)形頂板、約束環(huán)和環(huán)形底座的圓孔，并且每個(gè)螺桿的上端設(shè)有螺母，下端穿過(guò)環(huán)形底座的圓孔，螺桿頭固定在底座內(nèi)，螺母位于環(huán)形頂板的上表面；約束環(huán)內(nèi)壁設(shè)有至少三個(gè)凸臺(tái)，每個(gè)凸臺(tái)的頂面均與圓筒狀薄壁的外表面相配合；圓筒狀薄壁的上下兩端分別套在上環(huán)形浮動(dòng)板和下環(huán)形浮動(dòng)板外；環(huán)形頂板和上環(huán)形浮動(dòng)板之間設(shè)有上部載荷傳感器，環(huán)形底座和下環(huán)形浮動(dòng)板之間設(shè)有下部載荷傳感器；環(huán)形頂板和上環(huán)形浮動(dòng)板套在上柱塞外，環(huán)形底座和下環(huán)形浮動(dòng)板套在下柱塞外；圓筒狀薄壁外表面粘貼有應(yīng)變片；應(yīng)變片以及上部載荷傳感器和下部載荷傳感器均與多通道靜態(tài)應(yīng)變儀裝配在一起；所述的約束環(huán)的外壁上設(shè)有凹槽，凹槽內(nèi)插有鎖緊塊，鎖緊塊的位置與凸臺(tái)的位置相對(duì)應(yīng)；約束環(huán)的數(shù)量至少一個(gè)；所述的多通道靜態(tài)應(yīng)變儀的輸出端與計(jì)算機(jī)連接，下柱塞和環(huán)形底座放置在試驗(yàn)機(jī)的加載平臺(tái)上，上柱塞與試驗(yàn)機(jī)的壓頭相對(duì)應(yīng)；上環(huán)形浮動(dòng)板與壓頭之間設(shè)有位移傳感器，位移傳感器與多通道靜態(tài)應(yīng)變儀裝配在一起。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)試巖石試樣在碎石被動(dòng)約束下力學(xué)性能的裝置，其特征在于所述的圓筒狀薄壁由三個(gè)形狀相同的弧形板圍成，弧形板的材質(zhì)為65Mn鋼。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)試巖石試樣在碎石被動(dòng)約束下力學(xué)性能的裝置，其特征在于所述的上環(huán)形浮動(dòng)板、下環(huán)形浮動(dòng)板和圓筒狀薄壁內(nèi)的空間，以及上柱塞和下柱塞外部的空間用于放置碎石散體；上柱塞和下柱塞之間的空間用于放置巖石試樣。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)試巖石試樣在碎石被動(dòng)約束下力學(xué)性能的裝置，其特征在于所述的上部載荷傳感器和下部載荷傳感器分別固定在環(huán)形頂板和環(huán)形底座上，分別用于測(cè)量巖石試樣破裂擴(kuò)容導(dǎo)致碎石散體擠壓膨脹時(shí)的上向膨脹力和下向膨脹力。

5.一種測(cè)試巖石試樣在碎石被動(dòng)約束下力學(xué)性能的方法，其特征在于采用權(quán)利要求1所述的裝置，按以下步驟進(jìn)行：

（1）將與上柱塞相同直徑的圓柱體巖石試樣放置在上柱塞和下柱塞之間；

（2）在圓筒狀薄壁內(nèi)的空間放置碎石散體，碎石散體包裹在圓柱體巖石試樣、上柱塞和下柱塞外；

（3）通過(guò)鎖緊塊將約束環(huán)鎖緊，使凸臺(tái)與圓筒狀薄壁緊密接觸；

（4）通過(guò)螺母調(diào)節(jié)螺桿，使上環(huán)形浮動(dòng)板和下環(huán)形浮動(dòng)板對(duì)碎石散體預(yù)加載荷，通過(guò)上部載荷傳感器和下部載荷傳感器將預(yù)加載荷的信號(hào)傳輸給多通道靜態(tài)應(yīng)變儀；

（5）將底座放置在試驗(yàn)機(jī)的加載平臺(tái)上，調(diào)整試驗(yàn)機(jī)的壓頭使其與上柱塞完全接觸，將位移傳感器、上部載荷傳感器和下部載荷傳感器調(diào)零；

（6）通過(guò)試驗(yàn)機(jī)的壓頭對(duì)上柱塞加壓，直至巖石試樣碎裂；此時(shí)圓筒狀薄壁受壓變形，圓筒狀薄壁在約束環(huán)的相鄰兩個(gè)凸臺(tái)之間的空隙內(nèi)產(chǎn)生撓度變形，應(yīng)變片測(cè)量碎石散體受擠壓時(shí)水平的環(huán)向膨脹變形，并將信號(hào)傳輸給多通道靜態(tài)應(yīng)變儀；通過(guò)位移傳感器測(cè)量位移；通過(guò)上部載荷傳感器和下部載荷傳感器將載荷信號(hào)傳輸給多通道靜態(tài)應(yīng)變儀；對(duì)測(cè)量獲得的數(shù)據(jù)的記錄和儲(chǔ)存，研究被動(dòng)側(cè)限條件下巖石試樣的變形強(qiáng)度特征，以及碎石散體特征對(duì)巖石試樣力學(xué)性能的影響。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的測(cè)試巖石試樣在碎石被動(dòng)約束下力學(xué)性能的方法，其特征在于步驟（5）完成后，圓筒狀薄壁處于的彎曲度作為正常彎曲度；步驟（6）完成后，圓筒狀薄壁處于的彎曲度作為受載后趨直彎曲度，此時(shí)圓筒狀薄壁與約束環(huán)之間有間隙，該間隙稱為預(yù)留變形空間。