[發明專利]可測試巖土材料膨脹系數的三軸試驗裝置及方法

有效

• 申請號: 201710053362.0
• 申請日: 2017-01-22
• 公開（公告）號: CN106770431B
• 公開（公告）日: 2023-10-27
• 發明（設計）人: 周輝;鄭俊;胡大偉;張傳慶;楊凡杰;盧景景;劉海濤;高陽;張旺
• 申請（專利權）人: 中國科學院武漢巖土力學研究所
• 主分類號: G01N25/16
• 分類號: G01N25/16;G01N3/08
• 代理公司: 武漢宇晨專利事務所(普通合伙) 42001
• 代理人: 王敏鋒

技術領域

本發明涉及巖土工程技術領域，更具體地說它是可測試巖土材料膨脹系數的三軸試驗裝置。本發明還涉及可測試巖土材料膨脹系數的三軸試驗方法。

背景技術

膨脹系數是巖石、土、混凝土等巖土材料的一項重要的熱學參數；在放射性核廢料處置、地熱能源開采以及地下油氣儲存等工程中，巖土材料的膨脹系數對于巖體工程的多場耦合研究有著重要的意義，日益受到人們的重視；巖土材料加載過程中的應力與溫度應力相互影響，開展巖土材料的熱力學試驗，并研究巖土材料溫度應力對巖土材料應力狀態以及強度的影響，對于充分認識巖土材料熱力耦合機理有著重要的意義，并且能夠為放射性核廢料處置等巖土工程提供更好的支持；然而，現有技術中巖土材料的膨脹系數測試與巖土材料的力學試驗是通過不同裝置進行的，并不能研究巖土材料加載過程溫度應力對巖土材料應力狀態的影響。

發明內容

本發明的第一目的是提供可測試巖土材料膨脹系數的三軸試驗裝置，能完成巖土材料的膨脹系數測試和巖土材料的力學試驗，結構合理，易于制造，操作簡單，測量系統精確，自動化程度高。

本發明的第二目的是提供可測試巖土材料膨脹系數的三軸試驗方法。

為了實現上述本發明的第一目的，本發明的技術方案為：可測試巖土材料膨脹系數的三軸試驗裝置，包括上座、底座，其特征在于：還包括擋圈；所述上座設置于所述底座上方，所述上座上部設置有一 圈向上延伸的所述擋圈，有頂蓋通過螺栓固定連接于所述擋圈上端；所述上座、所述擋圈與所述頂蓋圍成油腔，所述油腔內設置有沿軸向移動的活塞；所述活塞呈十字型，所述活塞包括垂直設置的豎向桿和水平設置的橫向桿，所述豎向桿的上端向上伸出所述頂蓋、且下端向下伸出所述上座進入測試空間，所述油腔通過所述橫向桿分隔為上下兩部分，所述橫向桿的左右兩端與所述擋圈內壁呈滑動連接；所述擋圈側壁沿徑向設置有平行設置的上輸油通道和下輸油通道，所述上輸油通道、所述下輸油通道分別位于所述橫向桿上下兩側，所述上輸油通道、所述下輸油通道分別與液壓伺服泵連接；

所述上座和所述底座通過連接桿固定連接；所述上座下端設置有向下延伸的凸起，所述底座上端設置為二層臺階，所述臺階包括從下至上設置的第一臺階、第二臺階，所述凸起與所述第一臺階的直徑相同，所述凸起、所述第一臺階的側壁通過套筒連接；所述套筒一側面上設置有恒溫電熱板；所述套筒另一側面上設置有隔熱層；有溫度控制器設置于所述連接桿外側,所述溫度控制器尾部的導線依次穿過所述連接桿、所述隔熱層、所述套筒連接于所述恒溫電熱板上；

所述上座、所述套筒與所述底座圍成所述測試空間；所述測試空間上端設置有與外界相通的排氣通道，所述排氣通道從凸起下端向上延伸并經90°折彎后延伸至所述上座外側壁；

所述測試空間下端設置有輸油通道，所述輸油通道從所述第一臺階上端向下延伸并經90°折彎延伸至所述底座外側壁、且所述輸油通道與液壓伺服泵連接；

有巖土材料試樣位于所述測試空間內、且所述巖土材料試樣設置于所述活塞下端與所述底座上端之間；所述第二臺階上端設置有凹槽，所述溫度傳感器設置于所述凹槽中，所述溫度傳感器下端通過穿過排線通道的數據線與外界的數據控制及采集系統連接，所述排線通道從所述第一臺階上端向下延伸并經90°折彎延伸至所述底座外側壁。

在上述技術方案中，底座與套筒的接觸面設置有密封圈；上座與 套筒的接觸面設置有密封圈；上座與頂蓋的接觸面設置有密封圈；上座與活塞的接觸面設置有密封圈；頂蓋與活塞的接觸面設置有密封圈。保證設備的密封性。

在上述技術方案中，連接桿有多根、且呈圓周均勻分布于上座和底座之間；有橡膠套包裹于巖土材料試樣外側，所述橡膠套底部固定套裝于第二臺階側壁上；擋圈的高度小于或等于11cm；凸起的尺寸為1～10cm。

為了實現上述本發明的第二目的，本發明的技術方案為：可測試巖土材料膨脹系數的三軸試驗方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟1：制備巖土材料試樣；

步驟2：在巖土材料試樣上裝環向應變計和軸向LVDT位移傳感器，將溫度傳感器放置于第二臺階的凹槽內，將溫度傳感器的數據線與應變計和位移傳感器的數據線一起通過排線通道與數據控制及采集系統相連；

步驟3：用橡膠套包裹巖土材料試樣；

步驟4：將套筒放置于底座上端，將上座放置于套筒上端，將活塞放置在油腔中，將活塞套入頂蓋中，并將頂蓋放置于上座上方，頂蓋通過螺栓與上座頂部的擋圈連接，連接桿穿過上座和底座的螺紋孔并連接上座和底座；