[發明專利]巖石抗拉強度的測量裝置及測量方法

有效

• 申請號: 202010010663.7
• 申請日: 2020-01-06
• 公開（公告）號: CN111157344B
• 公開（公告）日: 2021-02-09
• 發明（設計）人: 王少鋒;孫立成;景岳;唐宇
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: G01N3/10
• 分類號: G01N3/10;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

1.一種巖石抗拉強度的測量裝置，其特征在于：該裝置包括下位座、上位座、下位耐壓塊、上位耐壓塊、施力機構和位移傳感器；

施力機構包括缸套和活塞桿，缸套設置于下位耐壓塊內，缸套底部與下位耐壓塊之間區域為高壓腔，活塞桿的頂端伸出缸套外與上位耐壓塊接觸；

上位座的一側與上位耐壓塊相連，下位座與上位座之間和/或下位耐壓塊與上位耐壓塊之間設有張緊復位機構；

下位座與下位耐壓塊通過高壓接頭相連，高壓接頭的輸出口與高壓腔連通，自高壓接頭輸入驅動活塞桿運動從而實現下位耐壓塊和上位耐壓塊的外擴使待測試巖樣發生張拉破壞；

下位座和上位座均為L型座體，位移傳感器豎直布置于下位座的水平段上用以測量下位座與上位座的相對位移。

2.如權利要求1所述的巖石抗拉強度的測量裝置，其特征在于：所述缸套為底端開口的雙缸套體，所述活塞為土型活塞，兩活塞缸內均設有活塞，活塞與套體的內壁之間設有密封圈；缸套固接于所述下位耐壓塊上，活塞缸與高壓腔連通。

3.如權利要求2所述的巖石抗拉強度的測量裝置，其特征在于：所述下位耐壓塊為半圓柱桶體，其軸向截面為L型，包括桶壁和端板，桶壁內設軸向通道和徑向通道，徑向通道連通軸向通道與所述缸套的內腔。

4.如權利要求3所述的巖石抗拉強度的測量裝置，其特征在于：所述施力機構還包括缸座，缸座內對應所述軸向通道位置處設有高壓通道，缸座固接于所述下位耐壓塊的側壁外，高壓接頭伸至高壓通道內。

5.如權利要求1或4所述的巖石抗拉強度的測量裝置，其特征在于：所述下位耐壓塊和所述上位耐壓塊外分別均布有凸棱。

6.如權利要求1所述的巖石抗拉強度的測量裝置，其特征在于：所述張緊復位機構包括豎向張緊復位機構和橫向張緊復位機構；豎向張緊復位機構安裝于所述上位座和所述下位座之間，橫向張緊復位機構安裝于所述下位耐壓塊與所述上位耐壓塊之間。

7.如權利要求6所述的巖石抗拉強度的測量裝置，其特征在于：所述豎向張緊復位機構包括對拉彈簧和一對張緊螺栓；其中一個張緊螺栓豎直安裝于上位座上，另一個張緊螺栓豎直安裝于下位座上，對拉彈簧連接于兩張緊螺栓之間。

8.如權利要求7所述的巖石抗拉強度的測量裝置，其特征在于：所述橫向張緊復位機構包括對拉彈簧和一對張緊螺栓；其中一個張緊螺栓沿軸向安裝于上位耐壓塊，另一個張緊螺栓沿軸向安裝于下位耐壓塊，對拉彈簧連接于兩張緊螺栓之間。

9.一種巖石抗拉強度的測量方法，其特征在于，該方法利用權利要求1所述的測量裝置為工具，按如下步驟進行：

(1)、制備待測試的巖樣，巖樣為環形巖樣，其內徑大于下位耐壓塊與上位耐壓塊的外徑和；

(2)、調節上位耐壓塊和下位耐壓塊至復位扣合，將巖樣套于下位耐壓塊與上位耐壓塊外；

(3)、通過高壓接頭向高壓腔內注入流體，驅動活塞桿運動，下位耐壓塊和上位耐壓塊外擴至與巖樣的內孔孔壁緊貼；

(4)、將位移傳感器調零；

(5)、繼續通過高壓接頭向高壓腔內注入流體，繼續推動活塞桿運動，使上位耐壓塊和下位耐壓塊繼續分離至待測試巖樣的內孔孔壁發生張拉破壞；

(6)、實時記錄測試全過程中的上位耐壓塊和下位耐壓塊之間的相對位移和高壓腔內壓力，并繪制壓力隨相對位移發生變化的相關曲線；

(7)、提取待測試巖樣的內孔孔壁發生張拉破壞時的壓力峰值載荷；

(8)、根據巖石破壞理論，當切向應力σ_θ與巖石的抗拉強度大小相同時，巖石發生拉伸破壞，因此巖石的抗拉強度可由待測試巖樣內孔孔壁巖石發生破壞時的切向應力σ_θ(a)直觀反映，其計算公式為：

式中，σ_θ為切向應力,P_i為施加在待測試巖樣內孔孔壁上的壓力，a為待測試巖樣的內孔半徑，b為待測試巖樣的外徑，r為巖樣內選取點到巖樣中心的徑向距離，k為修正系數,σ_t為巖石抗拉強度。