[發明專利]充填材料力學實驗標準試件的制備裝置及利用該裝置制作標準試件的方法

在審

• 申請號: 201711296390.1
• 申請日: 2017-12-08
• 公開（公告）號: CN107917836A
• 公開（公告）日: 2018-04-17
• 發明（設計）人: 王樹仁;吳曉剛;龔健;鄒正盛;趙雁海;張巖;賀盛男
• 申請（專利權）人: 河南理工大學
• 主分類號: G01N1/36
• 分類號: G01N1/36;G01N1/28
• 代理公司: 北京林達劉知識產權代理事務所(普通合伙)11277
• 代理人: 劉新宇,張會華

技術領域

本發明涉及一種巖土工程、采礦工程實驗裝置，特別涉及一種充填材料力學實驗標準試件制備裝置及利用該裝置制作充填材料標準試件的方法。

背景技術

近年來，煤炭開采帶來的環境污染和生態破壞問題日益突出，充填采煤作為“綠色開采”的一項重要組成技術得到快速的應用及發展。作為一種新興的采煤工藝，充填采煤的采場礦山壓力和覆巖移動規律成為新的研究方向。地層巖石的物理力學特性為巖土工程、采礦工程科研技術領域研究提供基礎數據。巖石力學實驗中，通過對標準巖石試件進行拉、壓、剪等測試得出理論研究和數值模擬分析所需力學參數。然而作為固體充填采煤技術“置換”理論及控制覆巖移動、地表變形的重要載體，目前對于固體充填材料的抗拉強度、內摩擦角、粘聚力和泊松比等力學參數通常只能依靠鉆取巖樣的方式分析獲得。但由于固體充填材料的強度低、粘結性差，存在固體充填材料取樣困難，標準試件制作難度大的問題。

現有技術(如CN103940669A)中也出現了利用簡單的整體式圓柱形鋼筒和壓力機對充填材料進行簡單的壓力測試，得出其散體狀態下的應力—應變曲線的技術。但該技術存在如下缺陷：首先，該技術是對圓柱形鋼筒內的充填材料(而不將壓實后的試件從鋼筒內取出)進行壓實并通過壓實前后的體積變化獲得應力—應變曲線，該方法并沒有獲得充填材料的標準試件，進而也無法測量充填材料的抗拉強度、內摩擦角、粘聚力和泊松比等力學參數；其次，由于其圓柱形鋼筒是整體式結構，充填材料的經受法向壓力后與鋼筒內壁緊密接觸，導致試件需要取出十分困難；第三，在獲得充填材料力學實驗標準試件時，如果需要加載較大的法向壓力，上述圓柱形鋼筒由于結構單一，無法承受在較大的法向壓力以及由于充填材料壓縮所帶來的環向拉力。

另外，申請人未檢索到現有技術中存在利用壓實筒等實驗設備來制備模擬現場實際工況的充填材料力學實驗標準試件的方法。

發明內容

發明所要解決的技術問題

本發明的目的是克服現有技術中的不足之處，提供一種可配合現有MTS試驗壓力機對充填材料力學實驗標準試件進行制備的裝置及利用該裝置制作充填材料標準試件方法。

用于解決技術問題的方案

為實現上述目的，本發明提供一種充填材料力學實驗標準試件制備裝置，其特征在于：包括壓實筒、傳力桿和活塞；所述壓實筒包括筒本體、外圍部和底座；所述筒本體由兩個第一半殼組成；所述外圍部通過包圍所述筒本體從而將兩個所述第一半殼連接為一個整體；所述活塞設置在所述筒本體內；所述傳力桿的下端與所述活塞的上端連接；所述筒本體與所述底座連接。由于采用上述技術方案，本發明相比于現有技術，帶來如下技術效果：第一，由于筒本體采用分體式結構，筒本體的制造方式相比于整體式結構更加多樣化，例如：可以采用模壓成型、澆筑成型等多種方式；第二，由于筒本體內的充填材料在壓實過程中會產生徑向位移，這會導致充填材料與筒內壁緊密接觸，因此整體式的筒本體必然會導致試件取出十分困難，而本發明采用分體式結構后則很容易就可以取出制備好的試樣；第三，對于由充填材料制備的試件，即使經過了壓實步驟，試件本身的強度也是很弱的，因此，采用分體式結構的壓實筒，在試件取出時，可以最大程度的降低外力對試件的動力擾動，從而防止試件被破壞；第四，現有技術中的筒本體由于外側沒有設置外圍部，因此，在充填材料壓實過程中，壓實所造成的環向拉力和法向壓力均由筒本體承擔，當需要制備埋深較大(例如1500m)地層壓力條件下的充填材料標準試件時，普通的壓實筒無法承受較大的法向壓力和環向拉力；而本發明由于在筒本體外側設置有外圍部，外圍部可以在很大程度上分擔環向拉力和法向壓力，因此可以提高壓實筒的整體強度。

進一步地，所述外圍部由兩個第二半殼組成；每個第二半殼包括一個容納部和位于所述容納部兩側的翼緣部，所述容納部用于包圍所述第一半殼，兩個所述第二半殼的翼緣部相對設置且機械連接，從而將兩個所述第一半殼連接成一個整體。由于翼緣部的設置，在充填材料壓實過程中，筒本體受到的環向拉力的大部分可以從筒本體的圓周范圍內轉移至圓周范圍以外的組合螺栓上，從而可以進一步提高壓實筒的受力性能。

進一步地，為了防止標準試件在制備完成從試驗機平臺取下時受到擾動損傷，從而最大限度的保證所取下試樣的完整性，本發明中的底座包括緊固上盤、緊固下盤；所述緊固上盤的上側部與所述筒本體的下側部連接；所述緊固上盤的下側部與緊固下盤的上側部連接。