[發明專利]一種壓裂式巖土抗拉強度測試裝置和方法

有效

• 申請號: 201810310994.5
• 申請日: 2018-04-09
• 公開（公告）號: CN108562479B
• 公開（公告）日: 2021-03-30
• 發明（設計）人: 李彥榮;趙金貴;王永峰
• 申請（專利權）人: 太原理工大學
• 主分類號: G01N3/02
• 分類號: G01N3/02;G01N3/08
• 代理公司: 太原市科瑞達專利代理有限公司 14101
• 代理人: 申艷玲

1.一種壓裂式巖土抗拉強度測試方法，其特征在于包括以下步驟：

（1）連接壓裂式巖土抗拉強度測試裝置各部件，調節墊腳的高度，使裝置水平穩固；

（2）打開電源開關，裝置各部分處于準工作狀態；

（3）將試樣安放在被動壓裂桿和主動壓裂桿之間，調節試樣定心架，將試樣對中；

（4）調節主動壓裂桿位置，使其剛好貼合于試樣；

（5）數據處理器上輸入試樣參數，速率控制器上輸入壓裂速率，按下啟動按鈕，主動壓裂桿向前推進，推進的同時對壓力傳感器和位移傳感器產生作用，壓力和位移數據在顯示屏上實時顯示并存儲；

（6）試樣被壓裂破壞，測試自動結束，數據處理器的數據分析模塊根據下述公式自動計算出試樣的抗拉強度：

公式中：

σ_t：抗拉強度值，kPa；

F_max：最大壓應力，N；

d：試樣直徑，mm；

h：試樣高度，mm；

α：試樣尺寸修正系數；

β：壓裂桿修正系數；

顯示屏顯示出試樣的抗拉強度值；

所述的壓裂式巖土抗拉強度測試裝置，包括機械結構和控制裝置兩部分，所述機械結構包括前罩和機罩，前罩和機罩固定在機架平臺上，機架平臺的前部固定有被動壓裂桿、主動壓裂桿，被動壓裂桿和主動壓裂桿均為類柱狀形態，被動壓裂桿為固定狀態，主動壓裂桿由電動缸驅動向被動壓裂桿移動，被動壓裂桿和主動壓裂桿之間放置試樣；測試試樣為圓柱狀的土體或軟巖試樣；測試時試樣豎向安放，壓裂桿沿水平方向對試樣施加壓力，確保測試過程中試樣始終保持穩定狀態，無滑移現象；

控制裝置包括數據處理器、電源模塊、步進驅動器、步進電機、電動缸、電源開關、速率控制器、位移傳感器、壓力傳感器，步進電機上方設有安裝板，安裝板是一個固定平臺，通過螺栓或卡扣來固定其他部件；安裝板上設有電源模塊和步進驅動器，步進驅動器與步進電機連接；電動缸與步進電機連接，步進電機為電動缸提供推進動力；前罩與機罩連接處設有控制面板，控制面板上設有數據處理器、速率控制器和電源開關；速率控制器與步進驅動器連接，速率控制器用于給步進驅動器發送控制信號，控制步進電機的轉向、轉速和行程；位移傳感器一端固定于機架平臺下底面，另一端同主動壓裂桿接觸，位移傳感器同數據處理器以導線連接；

壓力傳感器設置在主動壓裂桿的后端，同數據處理器通過導線連接，用以記錄試驗過程中主動壓裂桿所傳遞的壓力數據；

電源模塊與電源開關、數據處理器、速率控制器及步進驅動器的供電接口連接，為整套裝置供電。

2.根據權利要求1所述的壓裂式巖土抗拉強度測試方法，其特征在于：機架平臺上方設有尼龍墊板，底部設有墊腳；被動壓裂桿通過被動壓裂桿固定座安裝在機架平臺上。

3.根據權利要求1所述的壓裂式巖土抗拉強度測試方法，其特征在于：被動壓裂桿和主動壓裂桿之間設置試樣定心架，試樣定心架內嵌在機架平臺上，試樣定心架由兩個導向柱組成，兩個導向柱分別設置在試樣的兩側，且能沿導孔前后移動。

4.根據權利要求1所述的壓裂式巖土抗拉強度測試方法，其特征在于：主動壓裂桿通過轉接板與壓力傳感器連接，轉接板兩端各設有一個螺紋接口，分別連接主動壓裂桿和壓力傳感器。

5.根據權利要求1所述的壓裂式巖土抗拉強度測試方法，其特征在于：數據處理器上設有顯示屏、指示燈、控制按鈕、調試按鈕、USB插孔；速率控制器上設有顯示屏、控制按鈕、調節按鈕；數據處理器內集成了控制電路；控制電路包括：DSP處理器電路、振蕩晶體電路、恒流電路、恒壓電路、8路A/D轉換電路、電源穩壓電路、232串口通信電路、下載程序接口電路、USB接口電路、存儲器電路、鍵盤接口電路、液晶屏接口電路、CPU供電電路。