[發明專利]一種應力擾動作用下巖體含冰裂隙凍脹力演化測試裝置

有效

• 申請號: 202010097691.7
• 申請日: 2020-02-17
• 公開（公告）號: CN111157356B
• 公開（公告）日: 2023-05-23
• 發明（設計）人: 王宇;李長洪;周小龍;馬進強;蘭劉慶;童永杰
• 申請（專利權）人: 北京科技大學
• 主分類號: G01N3/18
• 分類號: G01N3/18
• 代理公司: 北京市廣友專利事務所有限責任公司 11237
• 代理人: 張仲波

本發明提供一種應力擾動作用下巖體含冰裂隙凍脹力演化測試裝置，屬于巖體力學實驗技術領域。該裝置包括微機屏顯電液伺服萬能試驗系統、溫度控制系統和微機屏顯凍脹力傳感器監測系統，微機屏顯電液伺服萬能試驗系統包括萬能試驗機、電液控制系統和微機屏顯數據采集系統，溫度控制系統包括凍融環境試驗箱和溫度控制箱，萬能試驗機完全置于凍融環境試驗箱內。微機屏顯凍脹力傳感器監測系統包括凍脹力傳感器和微機屏顯數據采集系統。該裝置中三部分相互配合，可以實時控制并監測整個巖石試件過程中凍融環境溫度、單軸抗壓強度、單軸壓縮變形和每條含冰裂隙的凍脹力大小，從而研究不同應力擾動作用和不同裂隙形態下的含冰裂隙凍脹力變化特性。

技術領域

本發明涉及巖體力學實驗技術領域，特別是指一種應力擾動作用下巖體含冰裂隙凍脹力演化測試裝置。

背景技術

我國對金屬礦產資源需求量持續增加，而低海拔地區資源量日趨減少，高海拔寒區金屬礦產資源開采與利用必將成為國家戰略。高海拔地區低溫、低氣壓、凍融循環、生態脆弱等特點，導致礦山開采條件差、災變機理復雜等問題。

高海拔高寒地區工程巖體凍融損傷是寒區常見的工程難題，其主要誘因是巖體中賦存的孔隙、裂隙水在氣溫交替變化中冰-水相變誘發的凍脹力對巖石造成的損傷劣化，包括微觀損傷、滲流劈裂、凍脹碎裂等，破壞機理復雜、損傷演化過程影響因素眾多。裂隙巖體凍融損傷與斷裂主要是由于巖體含冰裂隙凍脹力演化造成的，因此，研究不同應力擾動作用和不同裂隙形態下的含冰裂隙凍脹力大小對揭示高海拔高寒地區工程巖體損傷劣化、破裂演化過程具有重要意義。

目前針對巖體裂隙凍脹力的研究方法，多以數值模擬和理論模型為主，缺少不同應力擾動作用和不同裂隙形態下的含冰裂隙凍脹力大小的實測數據的支持。已有的裂隙凍脹力測試方法包括光彈性測試技術和薄膜壓力傳感器測試方法，但光彈性試驗的測試精度較差而薄膜壓力傳感器的安裝精度相對較差，并且所測裂隙凍脹力不能考慮礦山應力擾動作用的實際情況，因此有必要對應力擾動作用下巖體含冰裂隙凍脹力演化測試裝置及方法進行研究，以完善裂隙凍脹力測試技術。武漢科技大學發明了一種垂直荷載作用下的巖石裂隙凍脹力測試裝置(申請號：CN201711009776.X)，如果要研究長×寬×深為15cm×4mm×8cm的裂隙飽水凍結過程中凍脹力大小，先將制作15cm×15cm×15cm的標準試塊從任意面中心線處切割，形成一條長×寬×深為15cm×4mm×8cm的裂隙；然后向裂隙中插入厚4mm的預制鋼片，在試樣中垂直裂隙表面方向打圓孔直至接觸鋼板，通過在半開口裂隙試樣表面施加壓應力研究不同垂直荷載作用下飽水裂隙中凍脹力大小。但是，該發明專利存在以下幾個不足：1)所用試件尺寸為15cm×15cm×15cm的標準試塊，此試塊的尺寸多用于混凝土等相似材料中，并不是巖石力學試驗標準尺寸Φ50×100mm；2)該裝置為組合式屜型剛架，中間用千斤頂加力，該裝置試塊受力面較大而兩側反力系統脆弱，并不能施加太大的垂直荷載，不能代表礦山應力擾動；3)溫度傳感器和壓力傳感器需要另外開孔，安裝好后還需用水泥砂漿封堵，過程比較繁瑣。所以，研究發明一種應力擾動作用下巖體含冰裂隙凍脹力演化測試裝置是解決問題的關鍵。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種應力擾動作用下巖體含冰裂隙凍脹力演化測試裝置。該裝置原理明確、操作簡單、精度精準，可研究不同應力擾動作用和不同裂隙形態下的含冰裂隙凍脹力大小。