[發明專利]一種多環境作用下巖石蠕變試驗方法及裝置

在審

• 申請號: 202010045726.2
• 申請日: 2020-01-16
• 公開（公告）號: CN111426571A
• 公開（公告）日: 2020-07-17
• 發明（設計）人: 唐世斌;李佳明;張擁軍;張永亮
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: G01N3/14
• 分類號: G01N3/14
• 代理公司: 大連智高專利事務所(特殊普通合伙) 21235
• 代理人: 胡景波

一種多環境作用下巖石蠕變試驗方法及裝置，屬于巖石力學試驗技術領域。本發明采用的裝置包括機架部分和試驗部分。機架部分設有機架板，機架板底側設有柱子，機架板底側設有一體的大、小輪盤，大輪盤外周連有砝碼。小輪盤外周與杠桿通過鉸接鏈相連，杠桿另一端設有平衡砝碼，機架板底側設有軸a固定部件，杠桿通過軸a與軸a固定部件連接。試驗部分設有底座，底座設在柱子a側的機架板上表面，底座上設有環境箱，環境箱內裝有巖石試樣，巖石試樣上方設有壓頭，底座側面與LVDT架一側相連，LVDT架另一側與LVDT相連，LVDT頂端與壓頭底側相連，壓頭上方設有荷載傳感器，荷載傳感器上方設有橫梁。本發明運用杠桿原理和輪組傳動原理共同放大力的倍數，通過砝碼對巖石試樣施加壓力。

技術領域

本發明屬于巖石力學試驗技術領域，涉及一種巖石在持續壓力作用下的多相 耦合蠕變試驗方法及裝置。

技術背景

自上個世紀30年代起，關于巖石蠕變特性的試驗研究一直十分活躍。在巖 體工程中，露天礦邊坡滑坡、地下礦隧道垮塌、地基失穩、核廢料地質貯存庫破 裂，以及礦柱巖爆等工程災害中，存在大量由于巖石蠕變變形而產生的破壞。因 此，巖石蠕變特性的測試對巖體工程結構長期穩定性維護具有重要意義。巖石的 蠕變破壞受環境因素及荷載等級的大小影響顯著，某些時候達到蠕變破壞的時間 可能需要幾周、幾月甚至更長的時間。由于實際的室內試驗條件下的試驗時間尺 度有限，采用一般的蠕變試驗機耗時、耗能及不穩定等。現有的蠕變實驗通常會 在恒定荷載下持載一定的時間后停止試驗，不能開展長時間的巖石持荷蠕變實 驗。隨著巖石工程理論及實踐地快速進步，在理論方面、室內實驗方面及微觀方 面，巖石蠕變研究都得到了很大進步，但復雜化環境下的蠕變實驗研究卻較少， 有限條件下的巖石室內蠕變試驗并不能完全模擬實際工程環境，從而導致室內測 試結果與實際工程不符。

發明內容

針對以上問題，本發明運用杠桿原理和輪組傳動原理共同放大力的倍數，使 用砝碼對巖石試樣施加長期穩定的壓力。且環境系統可以模擬含水或溶液狀態、 不同溫度、不同圍壓等巖石的實際工程環境，可以對多相耦合、不同加載作用下 巖石試樣蠕變特性展開研究，從而對巖石工程中施工、維護等階段下圍巖穩定及 安全問題進行分析和預測，進而對巖石力學蠕變理論進行豐富及完善。

本發明解決技術問題采用的裝置包括機架部分和試驗部分。機架部分設有矩 形機架板，機架板一側設有4個柱子a，另一側設有2個柱子b，柱子a和柱子 b順次通過連接桿相連，使柱子a和柱子b對機架板的支撐更加穩固，機架板底 側靠近柱子b的位置設有與機架板垂直的輪盤固定部件，輪盤固定部件的一側平 行設置大輪盤和小輪盤，且大輪盤和小輪盤通過軸固定在輪盤固定部件上，軸經 過圓心連線與大輪盤垂直，大輪盤和小輪盤通過大螺栓連接，大輪盤和小輪盤可 以轉動且兩者轉動角度保持一致，大輪盤外周與碳纖維繩的一端相連，碳纖維繩 另一端與砝碼掛桿相連，砝碼掛桿底端設有砝碼托盤放置砝碼。小輪盤外周與鉸 接鏈一端相連，鉸接鏈另一端與杠桿的一端相連，杠桿另一端設有平衡砝碼，機 架板底側靠近柱子a的位置設有與機架板垂直的軸a固定部件，杠桿通過軸a與 軸a固定部件連接。試驗部分設有底座，底座設在柱子a側的機架板上表面，底 座上設有環境箱，環境箱內裝有巖石試樣，巖石試樣上方設有壓頭，底座側面與 LVDT架一側相連，LVDT架另一側與LVDT相連，LVDT頂端與壓頭底側相連， 壓頭上方設有荷載傳感器，荷載傳感器上方設有橫梁，橫梁兩側靠近端點的位置 設有2個螺栓，螺栓與橫梁垂直，螺栓上端穿過橫梁，螺栓上設有螺母a、螺母 b、螺母c、螺母d，其中螺母a設于橫梁上表面，螺母b設于橫梁下表面，螺栓 下端穿過機架板，螺母c設于機架板上表面，螺母d設于機架板下表面，機架板下方設有主軸，主軸與杠桿垂直且一端穿過杠桿，主軸另一端穿過螺栓。荷載傳 感器和LVDT通過傳感器數據線與采集儀電連接，采集儀與電腦電連接；環境箱 與溫度控制器和圍壓控制器電連接。

進一步的，底座與環境箱接觸面為半球面。

進一步的，LVDT為位移傳感器。

本發明蠕變試驗的步驟如下：