[發明專利]一種低溫巖石蠕變試驗裝置及系統

在審

• 申請號: 202011480719.1
• 申請日: 2020-12-15
• 公開（公告）號: CN112945750A
• 公開（公告）日: 2021-06-11
• 發明（設計）人: 姜諳男;張峰瑞;姜相松;董慶波;羅國成;宋永亮
• 申請（專利權）人: 大連海事大學
• 主分類號: G01N3/18
• 分類號: G01N3/18;G01N3/06
• 代理公司: 大連至誠專利代理事務所(特殊普通合伙) 21242
• 代理人: 楊威;張海燕

本發明提供了一種低溫巖石蠕變試驗裝置以及系統，所述裝置包括：低溫凍融試驗箱、底板、彈性元件、施壓元件、頂板、應力檢測元件、應變檢測元件、電阻率檢測元件、聲波檢測元件以及檢測數據自動采集器。所述系統包括：所述的低溫巖石蠕變試驗裝置以及低溫損傷蠕變分析裝置。本發明解決了傳統方法試驗精度低、周期長等缺點，不足以支撐和模擬低溫條件下巖石蠕變模型試驗等技術問題；其能夠很好的反映低溫條件下不同含水狀態軟巖的瞬時彈性變形、減速蠕變、穩定蠕變、加速蠕變和塑性變形的特性，揭示了低溫環境下巖石蠕變特性的影響機制，為寒區巖土工程長期穩定性評價和凍結法施工提供科學依據。

技術領域

本發明涉及技術低溫環境下巖石蠕變試驗領域，尤其涉及一種低溫巖石蠕變試驗裝置及系統。

背景技術

隨著我國寒區隧道、邊坡、路基等巖土工程建設的不斷發展，巖土體長期處于凍結狀態，其力學特性與常溫狀態有著明顯的差異性。當巖體的環境溫度降低時，賦存于巖體內部孔隙及節理中的水分發生相變，導致其物理力學性質發生變化。

巖土工程的受力和變形只有從蠕變學的觀點和方法出發，才能對工程實際問題做出有說服力的解釋。在低溫環境下巖石內部可能會產生凍脹力，發生損傷劣化，對其蠕變特征帶來更大的影響。因此研究低溫環境下巖石的蠕變力學性質對保證巖土工程的長期穩定性有著重要意義。

傳統的試驗方法把試件凍結后在拿到壓力機上進行加壓，這樣耗費了大量的人力，浪費了大量的時間，從而導致試驗精度低、周期長等缺點，不足以支撐和模擬低溫條件下巖石蠕變模型試驗；并且并沒有考慮低溫作用下巖石內部結構的變化對蠕變變形的重要的影響，已有的蠕變模型尚未考慮低溫和含水率對巖石蠕變特性的影響，特別是考慮低溫凍脹巖石蠕變與電阻率、波速等巖石參數之間的影響因素。

發明內容

基于此，為解決現有技術所存在的不足，特提出了一種低溫巖石蠕變試驗裝置。

為了實現上述目的，本發明的技術方案是：

一種低溫巖石蠕變試驗裝置，其特征在于，包括：低溫凍融試驗箱、底板、彈性元件、施壓元件、頂板、應力檢測元件、應變檢測元件、電阻率檢測元件、聲波檢測元件以及檢測數據自動采集器；其中，所述低溫凍融試驗箱能夠調節箱體內的溫度，為待測巖石提供低溫測試環境；所述底板置于所述低溫凍融試驗箱箱體內的測試臺上，待測巖石置于所述底板與頂板之間；所述應力檢測元件固定在所述頂板上并通過彈性元件與所述底板相接觸；所述應變檢測元件、電阻率檢測元件、聲波檢測元件置于所述待測巖石表面，所述應變檢測元件、電阻率檢測元件、聲波檢測元件與所述檢測數據自動采集器相連接。

可選的，在其中一個實施例中，所述彈性元件為壓縮彈簧，所述施壓元件包括壓力桿，所述應力檢測元件包括測力螺母。

此外，為解決傳統技術存在的不足，還提出了一種低溫巖石蠕變試驗系統。

一種低溫巖石蠕變試驗系統，其特征在于，包括：上述方案所述的低溫巖石蠕變試驗裝置以及低溫損傷蠕變分析裝置，所述低溫損傷蠕變分析裝置能夠基于低溫巖石蠕變試驗裝置所采集到的試驗參數獲取待測巖石對應的低溫損傷蠕變分析結果。

可選的，在其中一個實施例中，所述低溫損傷蠕變分析裝置內置低溫損傷蠕變分析模型，所述低溫損傷蠕變分析模型的創建過程包括：

(S1)建立低溫環境下巖石蠕變參數的方程：建立包含蠕變參數中的低溫和含水率之間函數關系的蠕變參數函數，即E＝E(ω,T)、η＝η(ω,T)，式中ω為含水率、T為溫度；

同時假設巖石為各向同性損傷，蠕變參數的變化規律相同，則蠕變參數方程表示為：

A(ω,T)＝A₀-A₀·H(ω,T) (1)

式中：A₀為蠕變參數初始值，H(ω,T)為蠕變參數隨含水率和溫度的變化方程。