[發明專利]低溫環境下巖石或類巖材料力學實驗裝置及其應用方法

在審

• 申請號: 201811488214.2
• 申請日: 2018-12-06
• 公開（公告）號: CN109580378A
• 公開（公告）日: 2019-04-05
• 發明（設計）人: 曹日紅;林杭;曹平;林奇斌;孟京京;劉濤影
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: G01N3/18
• 分類號: G01N3/18;G01N3/06
• 代理公司: 長沙永星專利商標事務所(普通合伙) 43001
• 代理人: 鄧淑紅

本發明公開了一種低溫環境下巖石或類巖材料力學實驗裝置，包括箱體和加載頭，箱體包括箱體外殼、箱門、保溫內膽和制冷壁，保溫內膽和制冷壁依次貼合于箱體外殼的內壁，箱門鉸合于箱體外殼上，試樣的底面置于箱體外殼底面，加載頭可伸縮的連接于箱體外殼頂面對應試樣位置處，往制冷壁中注入制冷劑使箱體內降溫至設定溫度，通過加載頭給試樣施加豎向荷載對其進行力學測試，完成試樣在低溫環境下的直接測試?？梢詫崿F巖石在低溫環境下的各項力學實驗測試，如循環加載實驗和流變實驗。樹脂材料在低溫下才可表現為明顯的脆性，所以本裝置也能實現裂隙樹脂類巖材料試樣的裂紋擴展觀測。

技術領域

本發明涉及一種巖石或類巖材料力學參數測試設備，特別是涉及一種低溫環境下巖石或類巖材料力學實驗裝置及其應用方法。

背景技術

巖石力學性質是巖體工程穩定性的主要控制因素，巖石力學性質同樣也受到外界環境的影響。比如寒區高陡巖質邊坡工程當中，巖石在低溫環境下內部的礦物晶粒將會出現不同程度的收縮，這也使得其力學性質從細觀角度發生變化。

常規的巖石力學測試設備一般只能測試常溫或高溫下的巖石力學性質，對于低溫環境下的巖石力學性質不便于直接測試。同時，為了研究巖石內部三維裂紋擴展問題，許多學者采用樹脂材料制作裂隙試樣，但是樹脂材料只有在-10度左右方可呈現出明顯的脆性，因而需要其他的輔助設備才能完成測試。

發明內容

本發明的目的是提供一種結構簡單、測試準確可靠，可有效解決目前一般實驗系統難以直接實現的低溫測試環境下巖石或類巖材料力學實驗輔助裝置及其應用方法。

本發明提供的這種低溫環境下巖石或類巖材料力學實驗裝置，包括箱體和加載頭，箱體包括箱體外殼、箱門、保溫內膽和制冷壁，保溫內膽和制冷壁依次貼合于箱體外殼的內壁，箱門鉸合于箱體外殼上，試樣的底面置于箱體外殼底面，加載頭可伸縮的連接于箱體外殼頂面對應試樣位置處，往制冷壁中注入制冷劑使箱體內降溫至設定溫度，通過加載頭給試樣施加豎向荷載對其進行力學測試。

上述技術方案的一種實施方式中，所述箱體外殼為金屬材料的方形結構，其一側面為開口側，其底面中心位置處有用于放置試樣的凸臺，其頂面中心位置處有用于安裝所述加載頭的安裝孔。

上述技術方案的一種實施方式中，所述箱門將所述箱體外殼的開口側封閉，箱體外殼開口側兩邊的側壁在近開口側處的壁厚增大，使開口側的寬度變窄。

上述技術方案的一種實施方式中，所述保溫內膽的頂部固定有照明燈管；所述制冷壁為有空腔側壁圍成的U型體，其開口側兩邊的側壁外端止于保溫內膽對應箱體外殼開口側的變窄位置處。

上述技術方案的一種實施方式中，所述制冷壁連接有穿過保溫內膽和箱體外殼側壁的制冷劑輸送管，制冷劑輸送管與制冷劑容器連通，制冷劑輸送管上安裝有調節閥，管外有保溫層。

上述技術方案的一種實施方式中，所述制冷壁還連接有穿過保溫內膽和箱體外殼側壁的泄壓管，泄壓管與真空箱連通，泄壓管上安裝有泄壓閥。

上述技術方案的一種實施方式中，所述加載頭為工字型結構，其頂板尺寸小于底板尺寸，加載頭底板限位于保溫內膽頂面的內側，箱體外殼頂面對應加載頭安裝孔處設置有密封板。

上述技術方案的一種實施方式中，所述箱門的中間位置處安裝有高清攝像頭，箱門內壁貼合有保溫層，保溫層內壁固定有溫控探頭。

上述技術方案的一種實施方式中，所述箱門的一側通過合頁鉸鏈與所述箱體外殼鉸接，另一側通過鎖銷鎖定，箱門內壁的保溫層內壁伸入箱體內壁保溫內膽的開口側中。

利用上述技術方案對試樣進行力學實驗的方法，包括以下步驟：

(1)試樣降溫

打開箱門將試樣放置于箱體外殼的底面，關上箱門，往制冷壁內注入制冷劑，監測箱體內的溫度變化，箱體內達到設定的溫度值時，減少制冷劑的輸入量；