[發明專利]一種巖石試樣塊單側圍壓施加裝置及圍壓施加方法

在審

• 申請號: 202010204568.0
• 申請日: 2020-03-21
• 公開（公告）號: CN111175162A
• 公開（公告）日: 2020-05-19
• 發明（設計）人: 張魁;劉海成;彭賜彩;劉艷玲;何仕海;郭龍
• 申請（專利權）人: 湘潭大學
• 主分類號: G01N3/58
• 分類號: G01N3/58;G01N3/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種巖石試樣塊單側圍壓施加裝置，包括加載側板、螺栓、導熱塊、加熱元件，其特征在于：

一對加載側板對稱設置于巖石試樣塊的加載側面；一對加載側板的左右兩端利用螺栓進行緊固；導熱塊與螺栓接觸，加熱元件插入導熱塊內；導熱塊的熱量傳導至螺栓使得螺栓伸長而旋進螺母，螺栓冷卻后收縮以拉緊加載側板，使得加載側板向巖石試樣塊施加圍壓。

2.根據權利要求1所述的巖石試樣塊單側圍壓施加裝置，還包括第一側板、第二側板、夾塊，其特征在于：

第一側板和第二側板分別正對于巖石試樣塊的兩個相互相對的自由側面設置；一對加載側板上靠近第一側板的一端開設有矩形切口，一對加載側板靠近第二側板的一側表面上均開設有導向孔；第二側板兩側的端面上設置有導向桿，導向桿的軸線與第二側板的長度方向平行；

第一側板活動地穿過矩形切口；第二側板的主體部分設置于一對加載側板之間，且導向桿活動地插入與其正對的導向孔內；第二側板的長度小于第二側板的所正對的巖石試樣塊的自由側面的寬度；

在一對加載側板的同一側各設置有夾塊；一對加載側板的左右兩端利用螺栓將夾塊與加載側板相互緊貼。

3.根據權利要求2所述的巖石試樣塊單側圍壓施加裝置，其特征在于：

矩形切口關于加載側板的水平中間對稱面對稱；第一側板的內側板面與矩形切口的豎直側壁存在間隙。

4.根據權利要求2所述的巖石試樣塊單側圍壓施加裝置，其特征在于：

還包括側板拉緊機構；

側板拉緊機構包括掛鉤、蝶形螺母、拉緊螺桿、拉緊桿件；拉緊螺桿為中間粗的階梯軸桿件，一端設置有六角頭，另一端開設有螺紋；一對加載側板上靠近第二側板的一端開設有螺桿安裝孔，螺桿安裝孔布置在加載側板的水平中間面上，拉緊螺桿開設有螺紋的一端旋入螺桿安裝孔后，活動地穿過螺桿安裝孔后經由孔插入第二側板的端面；將拉緊螺桿緊固安裝于加載側板上；拉緊桿件呈“U”字形結構，其兩端開有外螺紋；掛鉤的連接端垂直固接于拉緊螺桿的大徑端上；拉緊桿件的中間端掛設在掛鉤的掛鉤端上；外露于一對加載側板外表面的第一側板兩側表面開設有孔；拉緊桿件的兩端活動地穿過第一側板上的孔，第一側板和第二側板可靠地緊貼于巖石試樣塊的自由側面。

5.與權利要求1至4中任意一項所述的巖石試樣塊單側圍壓施加裝置配合使用的一種圍壓施加方法，其特征在于，包含如下步驟：

步驟一：利用地質勘探調研、理論計算、數值仿真分析公知手段，預測獲得TBM所在掘進地層的地應力σ的范圍，即地應力最大值σ_max和地應力最小值σ_min；

步驟二：基于鋼材熱變形理論、數值仿真分析的公知手段，計算獲得滿足最大圍壓加載能力、螺栓最高許用加熱溫度和螺栓許用連接強度的螺栓危險橫截面最小許可直徑d_min，獲得實際可選用的螺栓危險橫截面直徑d的取值范圍；

步驟三：合理選用螺栓型號規格；根據實際選用螺栓的危險橫截面直徑d以及設定的待模擬圍壓值σ，預測獲得該螺栓設定加熱溫度T；

步驟四：室溫T₀下，巖石試樣塊的上部兩側借助螺栓和螺母的配合被加載側板初步夾緊，完成初步緊固裝配；加熱螺栓至螺栓設定加熱溫度T，再次擰緊螺母后再冷卻至室溫T₀，以使得巖石試樣塊加載側面的圍壓水平理論上可達到待模擬圍壓值σ。

6.根據權利要求5所述的圍壓施加方法，其步驟一中，采用下式預測垂直地應力σ_v1和σ_v2的范圍，得出地應力最大值σ_max和地應力最小值σ_min：

式中，σ_hmax和σ_hmin分別為實測最大水平地應力和實測最小水平地應力；該區域內水平地應力σ_h與垂直地應力σ_v之比為k，其值實測范圍為k_max∈(1.25，2.20)，k_min∈(0.6，1.25)。