[發明專利]凍融條件下巖土體散體物料的直剪測試裝置及其測試方法

在審

• 申請號: 201910369929.4
• 申請日: 2019-05-06
• 公開（公告）號: CN109991104A
• 公開（公告）日: 2019-07-09
• 發明（設計）人: 王家臣;徐文彬;王曉純
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學（北京）
• 主分類號: G01N3/24
• 分類號: G01N3/24;G01N3/02
• 代理公司: 成都方圓聿聯專利代理事務所(普通合伙) 51241
• 代理人: 李鵬

本發明屬于采礦散體物料的力學測試技術領域的，涉及凍融條件下巖土體散體物料的直剪測試裝置及其測試方法，包括應力加載系統、試件控制系統、冷熱溫控循環系統、數據采集系統，通過對不同凍融次數情況下試樣的直剪實驗分析，得到散體物料的抗剪強度、內摩擦角和粘聚力c，通過數據來分析在反復的凍融下散體物料強度的變化規律，為研究高寒高海拔地區金屬礦山排土場邊坡的穩定性提供重要的參數，此外還可以研究不同尺寸配比下散體物料的力學性質的變化規律，并可通過試件控制系統以及應力加載系統準確、方便、快捷地測得不同軸向應力下各個級配的散體物料的力學特性，在室內模擬實驗即可，具有操作簡便，實驗數據較為精準。

技術領域

本發明屬于采礦散體物料的力學測試技術領域的，涉及凍融條件下巖土體散體物料的直剪測試裝置及其測試方法。

背景技術

露天采礦和地下采礦活動中，包含礦山基建期間的露天剝離和井巷掘進開拓，其排棄物一般包括腐植表土、風化巖土、堅硬巖石以及混合巖土，有時也包括可能回收的表外礦、貧礦等，需運到一定的地點排棄，此地點稱為排土場。排土場是一種巨型人工松散堆墊體,存在嚴重的安全問題。排土場失穩將導致礦山土場災害和重大工程事故,不僅影響到礦山的正常生產,也將使礦山蒙受巨大的經濟損失，所以保證排土場的穩定性就顯得至關重要。目前，我國金屬礦產資源的開發正逐步向西部高寒、高海拔地區轉移，西部地區干燥、溫差大的環境必然會影響排土場的穩定，研究在凍融循環條件下排土場散體物料的力學性質變化，為研究排土場的穩定提供重要參數。

因此，根據在以往的直剪儀器的基礎上，添加一套冷熱循環系統，模擬在高寒、高海拔地區排土場的溫度變化情況，研發出一套在凍融條件下巖土體散體物料的直剪實驗裝置，從而來獲得凍融條件對散體的力學性質和其強度的影響及發展規律，為之后研究排土場的失穩機理提供重要的參數。

發明內容

本發明實施的目的在于提出一種在凍融條件下巖土體散體物料的直剪實驗裝置及實驗方法，能夠充分利用所述系統的試件控制系統、應力加載系統、數據采集系統和冷熱循環溫控系統，實現對散體物料在不同正壓力及不同凍融次數下的實驗檢測與記錄，通過分析計算得到各個應力狀態下內摩擦角和粘聚力，并分析強度曲線發展變化規律。為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

凍融條件下巖土體散體物料的直剪測試裝置，包括：

應力加載系統，包括豎直方向連續加載系統、水平方向連續加載系統；

試件控制系統，包括基座和裝載試樣的上剪切盒、下剪切盒，上剪切盒、下剪切盒上下相對設置組成剪切盒；上剪切盒、下剪切盒之間用鋼珠連接，下剪切盒與基底間用鋼珠連接；加載活塞板位于上剪切盒上方，并且兩者間留有間距；還包括設置在最頂部的軸向壓力鋼板，軸向壓力鋼板通過光軸桿固定在基座上方，光軸桿兩端均有螺母鎖緊；基座兩側分別固定有側向壓力鋼板；豎直方向連續加載系統固定在軸向壓力鋼板下表面；水平方向連續加載系統固定在側向壓力鋼板上；

冷熱溫控循環系統，包括可拆裝保溫罩、冷熱循環液管路、大功率冷浴循環機；可拆裝保溫罩安裝在上剪切盒、下剪切盒外部；可拆裝保溫罩通過冷熱循環液管路與大功率冷浴循環機連接；

數據采集系統，包括采集壓力信號的豎直方向壓力傳感器、水平方向壓力傳感器，采集位移信號的垂直位移傳感器、水平位移傳感器，測溫元件、溫度感應器；所述的豎直方向壓力傳感器、垂直位移傳感器均安裝在豎直方向連續加載系統上；水平方向壓力傳感器、水平位移傳感器均安裝在水平方向連續加載系統上；測溫元件安裝在可拆裝保溫罩上；溫度感應器安裝在下剪切盒內；所述的豎直方向壓力傳感器、水平方向壓力傳感器、垂直位移傳感器、水平位移傳感器，測溫元件、溫度感應器分別與電腦通訊連接。

本發明提出了一種在凍融條件下巖土體散體物料的直剪測試方法，應用上述測試裝置，其包括如下工作步驟：