[發(fā)明專利]一種落錘沖擊巖石剪切蠕變?cè)囼?yàn)機(jī)及試驗(yàn)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910015482.0
• 申請(qǐng)日: 2019-01-08
• 公開（公告）號(hào): CN109580395B
• 公開（公告）日: 2021-01-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 牛雷雷;王吉;朱萬(wàn)成;徐曾和;劉洪磊;李少華;李帥;閆保旭
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 東北大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N3/28
• 分類號(hào): G01N3/28;G01N3/303
• 代理公司: 沈陽(yáng)優(yōu)普達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 21234
• 代理人: 任凱

1.一種落錘沖擊巖石剪切蠕變?cè)囼?yàn)機(jī)，其特征在于，包括蓄能器、加載系統(tǒng)和落錘沖擊機(jī)構(gòu)，所述蓄能器為所述加載系統(tǒng)提供穩(wěn)定壓力，所述加載系統(tǒng)使巖石試樣處于剪切蠕變狀態(tài)，所述落錘沖擊機(jī)構(gòu)通過(guò)所述加載系統(tǒng)對(duì)巖石試樣進(jìn)行法向的動(dòng)態(tài)沖擊；所述加載系統(tǒng)包括箱體、水壓缸一、頂塊、剪切盒、垂直定位螺栓、外側(cè)垂直定位螺母、內(nèi)側(cè)垂直定位螺母、導(dǎo)軌、滑塊、移動(dòng)墊塊、水壓缸二、剪切墊塊、水平定位螺栓、內(nèi)側(cè)水平定位螺母和外側(cè)水平定位螺母，水壓缸一設(shè)置在所述箱體的底面上，所述頂塊安裝在水壓缸一的缸柱上，所述剪切盒包括上部和下部，所述剪切盒放置在所述頂塊上，剪切盒上部與剪切盒下部之間用于放置巖石試樣；垂直定位螺栓通過(guò)外側(cè)垂直定位螺母及內(nèi)側(cè)垂直定位螺母安裝在所述箱體的頂板上；所述箱體的相對(duì)的兩個(gè)側(cè)壁的內(nèi)側(cè)分別設(shè)有一對(duì)平行的豎向的T型槽，所述導(dǎo)軌的兩端分別設(shè)有T型端頭，一對(duì)所述導(dǎo)軌的T型端頭分別安裝在所述箱體的T型槽內(nèi)；所述滑塊與一對(duì)所述導(dǎo)軌滑動(dòng)連接在一起，移動(dòng)墊塊與所述滑塊連接在一起；水壓缸二設(shè)置在所述箱體的側(cè)壁上，水壓缸二的缸柱用于頂在剪切盒上部的側(cè)面；剪切墊塊放置在所述頂塊上，與剪切盒下部貼緊放置；所述箱體的側(cè)壁設(shè)有兩條平行的豎向的通槽，一對(duì)水平定位螺栓通過(guò)內(nèi)側(cè)水平定位螺母和外側(cè)水平定位螺母安裝在所述通槽中。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的落錘沖擊巖石剪切蠕變?cè)囼?yàn)機(jī)，其特征在于，所述蓄能器設(shè)置在穩(wěn)壓箱內(nèi)，所述蓄能器通過(guò)注水管一與水壓缸一相連，注水管一上設(shè)有減壓閥一；所述蓄能器通過(guò)注水管二與水壓缸二相連，注水管二上設(shè)有減壓閥二；所述蓄能器設(shè)有注水管三，注水管三上設(shè)有注水閥，水泵通過(guò)注水管三向所述蓄能器注水；減壓閥一通過(guò)連接管一與背壓閥一相連，背壓閥一設(shè)有排水管一；減壓閥二通過(guò)連接管二與背壓閥二相連，背壓閥二設(shè)有排水管二；所述穩(wěn)壓箱上設(shè)有水槽一，排水管一及排水管二的出口端設(shè)置在水槽一內(nèi)。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的落錘沖擊巖石剪切蠕變?cè)囼?yàn)機(jī)，其特征在于，所述箱體旁設(shè)有水槽二，水壓缸一設(shè)有排水管三，水壓缸二設(shè)有排水管四，排水管三及排水管四的出口端設(shè)置在水槽二內(nèi)。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的落錘沖擊巖石剪切蠕變?cè)囼?yàn)機(jī)，其特征在于，所述落錘沖擊機(jī)構(gòu)包括支架、搖輪、定滑輪、鋼絲繩、電磁鐵、電磁鐵導(dǎo)板、落錘、落錘導(dǎo)板和沖擊錘頭，所述支架包括兩根平行的導(dǎo)桿，所述導(dǎo)桿垂直設(shè)置在所述箱體的頂部，所述搖輪安裝在所述箱體的側(cè)壁上，所述定滑輪安裝在所述支架的頂端；沖擊錘頭設(shè)置在垂直定位螺栓上端，落錘導(dǎo)板套裝在兩根所述導(dǎo)桿上，所述落錘安裝在落錘導(dǎo)板上，所述落錘與沖擊錘頭位置對(duì)應(yīng)；電磁鐵導(dǎo)板套裝在兩根所述導(dǎo)桿上，所述電磁鐵安裝在電磁鐵導(dǎo)板上；所述鋼絲繩的一端與所述搖輪連接，所述鋼絲繩的另一端與電磁鐵導(dǎo)板連接在一起，所述鋼絲繩繞過(guò)所述搖輪和所述定滑輪。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的落錘沖擊巖石剪切蠕變?cè)囼?yàn)機(jī)，其特征在于，還包括信息采集控制系統(tǒng)，所述信息采集控制系統(tǒng)包括電腦、應(yīng)變儀、壓力傳感器一、壓力傳感器二、導(dǎo)線和電磁鐵開關(guān)，壓力傳感器一安裝在水壓缸一的缸柱上，壓力傳感器二安裝在水壓缸二的缸柱上，壓力傳感器一及壓力傳感器二通過(guò)所述導(dǎo)線與所述應(yīng)變儀相連，所述應(yīng)變儀和電磁鐵開關(guān)通過(guò)所述導(dǎo)線與所述電腦相連；所述電磁鐵開關(guān)通過(guò)所述導(dǎo)線與所述電磁鐵相連。

6.一種落錘沖擊巖石剪切蠕變?cè)囼?yàn)方法，其特征在于，利用如權(quán)利要求5所述的落錘沖擊巖石剪切蠕變?cè)囼?yàn)機(jī)，包括如下步驟：

1）在減壓閥一、減壓閥二關(guān)閉的前提下，將水泵與注水管三連接，打開注水閥，高壓水通過(guò)注水管三進(jìn)入蓄能器，直到蓄能器上的壓力表的示數(shù)達(dá)到15MPa，關(guān)閉注水閥，將水泵與注水管三斷開連接，移除水泵，蓄能工作完成；

2）將巖石試樣放入剪切盒中，將剪切盒放到頂塊的中心位置；首先垂直方向上調(diào)整水壓缸一的缸柱的高度，使水壓缸二的缸柱中心與剪切盒上部在同一高度；隨后水平方向上使滑塊沿導(dǎo)軌移動(dòng)，使移動(dòng)墊塊位于剪切盒中央上方；其后導(dǎo)軌的T型端頭沿箱體的T型槽移動(dòng)，使移動(dòng)墊塊與剪切盒上部貼合；之后通過(guò)調(diào)節(jié)外側(cè)垂直定位螺母及內(nèi)側(cè)垂直定位螺母，使得垂直定位螺栓頂緊滑塊，使移動(dòng)墊塊與剪切盒上部緊密接觸；

3）將剪切墊塊放置在頂塊上，與剪切盒下部貼緊放置；松開內(nèi)側(cè)水平定位螺母和外側(cè)水平定位螺母，使水平定位螺栓、內(nèi)側(cè)水平定位螺母和外側(cè)水平定位螺母沿所述通槽移動(dòng)，直至水平定位螺栓與剪切墊塊在同一水平面上，使水平定位螺栓頂緊剪切墊塊，直至剪切墊塊與剪切盒下部緊密接觸，隨后擰緊內(nèi)側(cè)水平定位螺母和外側(cè)水平定位螺母，試樣放置完成；

4）開啟減壓閥一，蓄能器內(nèi)的高壓水通過(guò)注水管一進(jìn)入到水壓缸一內(nèi)，水壓缸一的缸柱上升，通過(guò)壓力傳感器一向巖石試樣施加作用力，壓力傳感器一將信息傳遞給應(yīng)變儀，應(yīng)變儀的數(shù)據(jù)在電腦上實(shí)時(shí)顯示，當(dāng)顯示壓力小于目標(biāo)壓力時(shí)，開大減壓閥一，直至到達(dá)目標(biāo)壓力；當(dāng)顯示壓力大于目標(biāo)壓力時(shí)，開啟與減壓閥一連接的背壓閥一，將減壓閥一的高壓水放出一部分，進(jìn)而使水壓缸一內(nèi)的壓力減小，觀察顯示壓力，調(diào)整背壓閥一，直至壓力降到目標(biāo)壓力值；

5）開啟減壓閥二，蓄能器內(nèi)的高壓水通過(guò)注水管二進(jìn)入到水壓缸二內(nèi)，水壓缸二的缸柱上升，通過(guò)壓力傳感器二向巖石試樣施加作用力，壓力傳感器二將信息傳遞給應(yīng)變儀，應(yīng)變儀的數(shù)據(jù)在電腦上實(shí)時(shí)顯示，當(dāng)顯示壓力小于目標(biāo)壓力時(shí)，開大減壓閥二，直至到達(dá)目標(biāo)壓力；當(dāng)顯示壓力大于目標(biāo)壓力時(shí)，開啟與減壓閥二連接的背壓閥二，將減壓閥二的高壓水放出一部分，進(jìn)而使水壓缸二內(nèi)的壓力減小，觀察顯示壓力，調(diào)整背壓閥二，直至壓力降到目標(biāo)壓力值；壓力施加完成；

6）松開外側(cè)垂直定位螺母；通過(guò)調(diào)節(jié)搖輪，控制鋼絲繩，使電磁鐵導(dǎo)板下降，使電磁鐵與落錘接觸；在信息采集控制系統(tǒng)內(nèi)開啟電磁鐵開關(guān)，電磁鐵將落錘吸起，轉(zhuǎn)動(dòng)搖輪，鋼絲繩收縮，將電磁鐵和落錘提升到一定高度，利用卷尺測(cè)試提升高度，之后在信息采集控制系統(tǒng)內(nèi)關(guān)閉電磁鐵開關(guān)，電磁鐵失去磁性，落錘下落擊打沖擊錘頭，進(jìn)而作用于巖石試樣施加載荷。