[發明專利]動力擾動低溫巖石三軸加卸載流變儀及試驗方法

有效

• 申請號: 201710306256.9
• 申請日: 2017-05-04
• 公開（公告）號: CN107036903B
• 公開（公告）日: 2019-05-28
• 發明（設計）人: 單仁亮;白瑤;隋順猛;孫鵬飛
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學（北京）
• 主分類號: G01N3/18
• 分類號: G01N3/18;G01N3/303
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明涉及一種動力擾動低溫巖石三軸加卸載流變儀及試驗方法，其中流變儀包括動力擾動系統、機架、導軌、提升機構、壓力室、小車、溫度控制系統、軸向加載系統、圍壓加載系統、測量系統、控制系統和計算機及軟件系統；所述軸向加載系統中的加載油缸可通過轉換閥在絲桿增壓器與伺服閥之間切換，當進行常規三軸壓縮試驗時，通過轉換閥使得伺服油源、伺服閥和加載油缸連通，當進行三軸流變試驗時，轉換閥將絲桿增壓器與加載油缸連通；巖石試樣受到的動力擾動采用砝碼動力擾動系統或者沖擊缸擾動系統實現；本發明提供了一種有效解決負溫、動力擾動組合條件下的巖石三軸加卸載流變試驗和常規三軸壓縮試驗，其整體結構原理簡單，功能多變，適用性強。

技術領域：

本發明屬于巖石力學試驗設備技術領域，涉及一種動力擾動低溫巖石三軸加卸載流變儀及試驗方法。

背景技術：

我國西北地區鄂爾多斯盆地一帶的煤炭儲備豐富，十三五規劃綱要中明確提出，限制東部、控制中部和東北、優化西部地區煤炭資源開發，推進大型煤炭基地綠色化開采和改造。可見西部地區煤炭資源開發利用對國家經濟發展、能源安全戰略具有重要意義，而該地區開采深度范圍內巖層巖性差異性較大，局部巖層內帶狀脈狀裂隙含水系統、斷裂帶貯水空間以及斷裂帶集水廊道中地下水豐富，礦井鑿掘過程中揭露含水層時易發生突水、涌水事故，人工凍結法是此類富水基巖井筒建設中行之有效的方法，形成的凍結巖壁能夠實現止水、提供高強支護的效果，為井筒安全高效掘進提供安全保障，但凍結壁組分復雜，對其力學特性認識還很淺，導致凍結參數設計不合理，一方面使得凍結壁強度利用不充分，增加施工成本；另一方面針對礦井開挖卸荷，凍結壁內三向受力狀態巖體在爆破、機械振動等擾動荷載作用下發生變形，且巖體強度隨擾動效應增大而降低，同時此類含冰裂隙巖體在擾動作用下產生次生裂隙，開挖卸荷后裂隙進一步擴展，巖體變形隨時間漸進增大，很長一段時間后可能發生顯著變形甚至失穩破壞，即低溫含冰裂隙巖體蠕變現象普遍存在，最終使得巖壁產生不同程度損傷，出現井筒嚴重變形、漏水事故。因此，必須開展有關低溫巖石、含冰裂隙巖體力學特性試驗研究，尤其需要掌握擾動荷載作用下該類凍結巖體三軸加卸載力學特性、時間效應和三軸流變特性，對凍結壁的參數設計及其安全性評價具有重要意義。

目前，對裂隙巖體三軸壓縮、流變力學特性研究較多，但由于缺乏先進設備，涉及低溫、擾動條件下裂隙巖體三軸壓縮試驗及三軸流變特性試驗研究還處于空白，對于低溫裂隙巖體受擾動作用后三軸壓縮力學特性以及隨時間變化的力學行為目前還不得而知；此外，低溫裂隙巖體隨時間變化的變形會對混凝土井壁產生作用力，使得新澆筑混凝土井壁受巖壁變形及爆破振動雙重作用，其擾動效應下的流變特性及穩定性評價也無資料可查。

發明內容：

為了解決上述難題，本發明提供了一種動力擾動低溫巖石三軸加卸載流變儀及試驗方法，包括以受動力擾動的工程巖體為研究對象，實現不同環境溫度、不同擾動荷載條件下巖體的三軸壓縮及三軸加卸載流變試驗。本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：

一種動力擾動低溫巖石三軸加卸載流變儀，屬于測試低溫巖體在擾動荷載作用下強度、變形以及與流變性狀的試驗裝置，所述試驗裝置側重于巖石三軸的流變試驗，三軸壓力室內部可通入冷卻液對壓力室內部進行冷卻，從而可進行低溫三軸的流變試驗，軸壓加載與圍壓加載均采用絲桿結構的增壓器加載，適用于長時間加載，軸壓加載的作動器為伺服作動器，通過轉換閥可在增壓器與伺服閥之間進行切換，故所述試驗裝置除可用于流變試驗外也可采用伺服閥加載實現常規三軸壓縮試驗；所述試驗裝置包含動力擾動系統、機架、導軌、提升機構、壓力室、小車、溫度控制系統、軸向加載系統、圍壓加載系統、測量系統、控制系統和計算機及軟件系統。