[發明專利]一種氣動式加卸載的巖石蠕變試驗裝置及方法

在審

• 申請號: 202010974981.5
• 申請日: 2020-09-16
• 公開（公告）號: CN112051158A
• 公開（公告）日: 2020-12-08
• 發明（設計）人: 蔡婷婷;馮增朝;周動;趙東;蘇曉玉
• 申請（專利權）人: 太原理工大學
• 主分類號: G01N3/18
• 分類號: G01N3/18;G01N3/10;G01N3/02
• 代理公司: 太原高欣科創專利代理事務所(普通合伙) 14109
• 代理人: 冷錦超;鄧東東

本發明公開了一種氣動式加卸載的巖石蠕變試驗裝置及方法，涉及巖石力學實驗領域；裝置主要包括支撐缸體、軸向加載桿、氣體增壓缸體、增壓活動缸體和手動換向閥；本發明裝置采用手動換向閥切換氣體流動方向，配合軸向加載桿、氣體加壓腔和氣體增壓腔實現氣體加卸載，利用軸向加載桿兩端截面積的比值，實現壓力放大并恒載；本發明裝置采用氣體增壓加卸載，加載速度緩慢可控、穩定，裝置不受極端情況限制；整套裝置簡單，易于拆卸，操作方便，對巖石試樣的尺寸要求和限制較少，尤其適宜于各種小于標準尺寸的巖石試樣，可在巖石蠕變實驗中長期使用。

技術領域

本發明屬于巖石力學與巖石實驗技術領域，尤其涉及一種氣動式加卸載的巖石蠕變試驗裝置及方法。

背景技術

蠕變是巖石的一種流變特性，在邊坡、煤柱、隧道等工程中表現顯著。實驗室內大多進行巖石試樣的單軸或三軸壓縮蠕變試驗來研究其蠕變變形特性。目前已有的蠕變試驗機大多數是電動作控制液壓加載或者重力杠桿式加載。重力杠桿式加載的試驗機，大多是采用杠桿原理和一定的放大比，實現對試樣的恒定加載，且大多是采用手動加載，加載速率不易控制，過大的加載速率容易導致試樣過早地蠕變斷裂失穩，而過小的加載速率則容易導致巖石試樣所測長期強度偏大，影響巖石試樣的蠕變力學參數的準確性。且一般地，該類試驗機對環境敏感，人員走動等其他活動對其恒載的影響較為明顯。電動伺服控制的巖石蠕變試驗機大多是電動作控制，液壓加載，但是液壓壓力極易受到周圍環境的影響而出現應力波動，不易維持長期應力恒定。在極端環境下，例如斷電等情況下，不可繼續加載進行實驗。該類設備一般較大，不可拆卸，操作復雜。

發明內容

本發明克服了現有技術的不足，提出一種氣動式加卸載的巖石蠕變試驗裝置及方法。該裝置采用氣動式氣體加卸載，利用氣體增壓系統實現壓力放大并恒載，適用于巖石長期蠕變實驗。

為了達到上述目的，本發明是通過如下技術方案實現的。

一種氣動式加卸載的巖石蠕變試驗裝置，包括用于承載巖石試樣的試樣加載部、缸體支撐部、氣體增壓部，所述缸體支撐部內設置有氣體加壓腔和第一活塞，所述第一活塞連接有軸向加載桿，所述軸向加載桿的端部伸至試樣加載部內用于對巖石試樣加壓，所述氣體增壓部內設置有增壓腔體，所述增壓腔體內設置有第二活塞，所述增壓腔體通過第三管路連接有供氣裝置，增壓腔體與氣體加壓腔相連通，在第二活塞的推動下對氣體加壓腔提供壓縮動力；所述第一活塞的一側通過第一管路與第一活塞的另一側相連通，所述第一管路上設置有換向閥，所述增壓腔體通過第二管路與第一管路相連接，所述第二管路與換向閥相并聯；所述第二管路與第三管路分別位于第二活塞的兩側。

優選的方案，所述的氣體加壓腔連接有氣壓檢測裝置。

優選的方案，所述缸體支撐部設置在試樣加載部的下方，所述氣體增壓部設置在缸體支撐部的下方。

更優的，所述試樣加載部包括上板、立柱、下板和球形座，所述上板、立柱和下板圍成用于放置巖石試樣的空間，所述球形座固定在上板的下部，所述巖石試樣置于球形座上并與上板直接接觸。

進一步優化的，所述巖石試樣和球形座外包裹有保溫裝置。

優選的，所述第一管路上設置有與換向閥串聯的閥門。

優選的，所述供氣裝置包括高壓氣瓶和氣體減壓閥，所述第三管路的一端通過截止閥與高壓氣瓶相連接，另一端通過氣體減壓閥與高壓氣瓶相連。

優選的，所述增壓腔體外部包裹有保溫層。

一種利用蠕變試驗裝置的巖石蠕變試驗方法，包括以下步驟：

a）巖石試樣預緊：將增壓腔體內、設置軸向加載桿的第一活塞一側與氣體加壓腔之間的氣體排入遠離軸向加載桿的第一活塞一側與氣體加壓腔之間的空間內；計算出巖石試樣所受的預緊力；