[發明專利]一種冷縮型夾板式巖石圍壓模擬裝置及其標定調整方法

有效

• 申請號: 202010204562.3
• 申請日: 2020-03-21
• 公開（公告）號: CN111175142B
• 公開（公告）日: 2023-03-21
• 發明（設計）人: 張魁;劉海成;劉艷玲;彭賜彩;何仕海;郭龍
• 申請（專利權）人: 湘潭大學
• 主分類號: G01N3/12
• 分類號: G01N3/12
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

一種冷縮型夾板式巖石圍壓模擬裝置，包括加載板、鎖緊螺桿、集熱導熱塊、加熱元件、壓力測試紙和墊片式壓力傳感器，與之配套使用的一種標定調整方法，包含如下步驟：步驟一：單側圍壓加載方向上的預安裝；步驟一中測量誤差超出10％時，需要在步驟一之前對所述傳感器進行步驟0；步驟0：標定測試；步驟二：單側圍壓加載方向上的圍壓預加載；步驟三：圍壓預加載精度判斷；步驟四：調整環節；步驟五：單側圍壓加載方向上的正式安裝與加載。上述的冷縮型夾板式巖石圍壓模擬裝置及其標定調整方法具有結構簡單、成本低廉和便于維護操作，確保了加載板向巖石試樣塊施加均勻且滿足預設圍壓σ₀大小要求的圍壓。

技術領域

本發明屬于巖土工程和隧道工程的交叉領域，涉及一種巖石圍壓模擬裝置及其標定調整方法，尤其涉及一種可配合TBM(硬巖掘進機)滾刀(盤形滾刀)標準線切割試驗臺(以下簡稱TBM線切割試驗臺)石倉使用的冷縮型夾板式巖石圍壓模擬裝置及其標定調整方法。

背景技術

本部分的陳述僅僅是提供了與本發明公開相關的背景技術信息，不必然構成在先技術。

賦存于地層中的巖體，尤其是深部巖層中的天然巖體，在自身重力、板塊擠壓及地殼收縮等因素的影響下，受到地應力作用(俗稱圍壓)，也即處于地應力場中。所述圍壓會影響巖石自身物理力學性質、巖石破碎/破壞機制等，以及影響開挖裝置的破巖載荷特性、破巖效率和使用壽命等。顯然，在涉及天然巖體，尤其涉及深部地層下巖體的巖石力學、巖土工程和隧道工程問題時，準確模擬再現巖體所處圍壓水平，對于客觀準確地研究天然巖體的本構行為、破碎機制以及提高破巖效率有著重大意義。

一般來說，利用液壓缸對頂的方式確實能夠模擬獲得巖石圍壓，但由于該方案需額外購置液壓泵站等輔助設備和高精度伺服油缸，因此具有結構復雜、成本高昂和難以維護操作等局限性。目前，尚未有結構簡易、成本低廉且精度可靠的圍壓模擬裝置，也無配合這類簡易的圍壓模擬裝置使用的標定調整方法。以TBM隧道工程研究領域中采用試驗法研究TBM滾刀滾壓破巖性能為例，現有TBM線切割試驗臺所用石倉不具備巖石圍壓模擬功能，故難以滿足工程應用研究中模擬深部巖層下TBM滾刀切削工況的要求?，F有TBM線切割試驗臺的相關信息可參見《Disc cutting tests in Colorado Red Granite:Implicationsfor TBM performance prediction》、《Optimum spacing of TBM disc cutters:Anumerical simulation using the three-dimensional dynamic fracturing method》和《Correlation of rock cutting tests with field performance of a TBM in ahighly fractured rock formation:A case study in Kozyatagi-Kadikoy metrotunnel,Turkey》等文獻。

發明內容

鑒于以上內容，有必要提供一種結構簡易、成本低廉且精度可靠的冷縮型夾板式巖石圍壓模擬裝置；同時，根據本發明裝置的特點，提出一種與本發明裝置配套使用的可有效保證圍壓模擬精度的標定調整方法。

本發明一種冷縮型夾板式巖石圍壓模擬裝置，包括加載板、鎖緊螺桿、集熱導熱塊、加熱元件、壓力測試紙和墊片式壓力傳感器，其特征在于：

所述加載板對稱設置于巖石試樣塊的待加載側面；所述加載板的左右兩端利用所述鎖緊螺桿進行緊固；所述集熱導熱塊與所述鎖緊螺桿接觸；所述加熱元件插入所述集熱導熱塊內，用于將所述鎖緊螺桿加熱至給定理論加熱溫度T；所述集熱導熱塊的熱量傳導至所述鎖緊螺桿使得所述鎖緊螺桿伸長而旋進螺母，所述鎖緊螺桿冷卻后收縮以拉緊所述加載板，使得所述加載板向所述巖石試樣塊的待加載側面施加圍壓；

所述巖石試樣塊的待加載側面與所述加載板之間設置有所述壓力測試紙，所述加載板與所述螺母之間設置有所述墊片式壓力傳感器。