[發(fā)明專利]低溫環(huán)境下巖石或類巖材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置及其應(yīng)用方法

在審

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• 申請日: 2018-12-06
• 公開（公告）號: CN109580378A
• 公開（公告）日: 2019-04-05
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 曹日紅;林杭;曹平;林奇斌;孟京京;劉濤影
• 申請（專利權(quán)）人: 中南大學(xué)
• 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(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 43001
• 代理人: 鄧淑紅

本發(fā)明公開了一種低溫環(huán)境下巖石或類巖材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置，包括箱體和加載頭，箱體包括箱體外殼、箱門、保溫內(nèi)膽和制冷壁，保溫內(nèi)膽和制冷壁依次貼合于箱體外殼的內(nèi)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(yīng)試樣位置處，往制冷壁中注入制冷劑使箱體內(nèi)降溫至設(shè)定溫度，通過加載頭給試樣施加豎向荷載對其進(jìn)行力學(xué)測試，完成試樣在低溫環(huán)境下的直接測試。可以實(shí)現(xiàn)巖石在低溫環(huán)境下的各項(xiàng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)測試，如循環(huán)加載實(shí)驗(yàn)和流變實(shí)驗(yàn)。樹脂材料在低溫下才可表現(xiàn)為明顯的脆性，所以本裝置也能實(shí)現(xiàn)裂隙樹脂類巖材料試樣的裂紋擴(kuò)展觀測。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種巖石或類巖材料力學(xué)參數(shù)測試設(shè)備，特別是涉及一種低溫環(huán)境下巖石或類巖材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置及其應(yīng)用方法。

背景技術(shù)

巖石力學(xué)性質(zhì)是巖體工程穩(wěn)定性的主要控制因素，巖石力學(xué)性質(zhì)同樣也受到外界環(huán)境的影響。比如寒區(qū)高陡巖質(zhì)邊坡工程當(dāng)中，巖石在低溫環(huán)境下內(nèi)部的礦物晶粒將會出現(xiàn)不同程度的收縮，這也使得其力學(xué)性質(zhì)從細(xì)觀角度發(fā)生變化。

常規(guī)的巖石力學(xué)測試設(shè)備一般只能測試常溫或高溫下的巖石力學(xué)性質(zhì)，對于低溫環(huán)境下的巖石力學(xué)性質(zhì)不便于直接測試。同時，為了研究巖石內(nèi)部三維裂紋擴(kuò)展問題，許多學(xué)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(xiàn)出明顯的脆性，因而需要其他的輔助設(shè)備才能完成測試。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種結(jié)構(gòu)簡單、測試準(zhǔn)確可靠，可有效解決目前一般實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)難以直接實(shí)現(xiàn)的低溫測試環(huán)境下巖石或類巖材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)輔助裝置及其應(yīng)用方法。

本發(fā)明提供的這種低溫環(huán)境下巖石或類巖材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置，包括箱體和加載頭，箱體包括箱體外殼、箱門、保溫內(nèi)膽和制冷壁，保溫內(nèi)膽和制冷壁依次貼合于箱體外殼的內(nèi)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(yīng)試樣位置處，往制冷壁中注入制冷劑使箱體內(nèi)降溫至設(shè)定溫度，通過加載頭給試樣施加豎向荷載對其進(jìn)行力學(xué)測試。

上述技術(shù)方案的一種實(shí)施方式中，所述箱體外殼為金屬材料的方形結(jié)構(gòu)，其一側(cè)面為開口側(cè)，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(shù)方案的一種實(shí)施方式中，所述箱門將所述箱體外殼的開口側(cè)封閉，箱體外殼開口側(cè)兩邊的側(cè)壁在近開口側(cè)處的壁厚增大，使開口側(cè)的寬度變窄。

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

上述技術(shù)方案的一種實(shí)施方式中，所述制冷壁連接有穿過保溫內(nèi)膽和箱體外殼側(cè)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(diào)節(jié)閥，管外有保溫層。

上述技術(shù)方案的一種實(shí)施方式中，所述制冷壁還連接有穿過保溫內(nèi)膽和箱體外殼側(cè)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(shù)方案的一種實(shí)施方式中，所述加載頭為工字型結(jié)構(gòu)，其頂板尺寸小于底板尺寸，加載頭底板限位于保溫內(nèi)膽頂面的內(nèi)側(cè)，箱體外殼頂面對應(yīng)加載頭安裝孔處設(shè)置有密封板。

上述技術(shù)方案的一種實(shí)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(nèi)壁貼合有保溫層，保溫層內(nèi)壁固定有溫控探頭。

上述技術(shù)方案的一種實(shí)施方式中，所述箱門的一側(cè)通過合頁鉸鏈與所述箱體外殼鉸接，另一側(cè)通過鎖銷鎖定，箱門內(nèi)壁的保溫層內(nèi)壁伸入箱體內(nèi)壁保溫內(nèi)膽的開口側(cè)中。

利用上述技術(shù)方案對試樣進(jìn)行力學(xué)實(shí)驗(yàn)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(guān)上箱門，往制冷壁內(nèi)注入制冷劑，監(jiān)測箱體內(nèi)的溫度變化，箱體內(nèi)達(dá)到設(shè)定的溫度值時，減少制冷劑的輸入量；