CN101620055B - 简易岩石蠕变试验装置及其试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及简易岩石蠕变试验装置及其试验方法，有效克服试验装置系统复杂，造价昂贵，试验过程繁琐，试验费用高，有效的解决岩石的单轴和三轴试验，获得应力-应变曲线的问题，其结构是，试验平台反力架是由底座及底座上的反压力支柱构成，反压力支柱上部装有顶梁，顶梁的下部有试件轴压施动系统，试件轴压施动系统经输油管同外部的液压控制系统相连，试件轴压施动系统下部置有压力传感器，压力传感器同外部的数据自动采集系统相连，在反压力支柱内侧为试件围压施动系统三轴压力室，本发明结构简单，新颖独特，易操作，费用低，试验过程简单，可有效用于进行岩石的单轴和三轴蠕变试验，获得应力-应变曲线，为工程的施工提供科学的依据，经济和社会效益巨大。

Description

简易岩石蠕变试验装置及其试验方法 

一、技术领域

本发明涉及岩石力学实验装置，特别是一种简易岩石蠕变试验装置(平台)及其试验方法。 

二、背景技术

在工程实践中，会遇到如挡土墙完工后发生位移、隧道施工时的沉降、边坡随时间发生失稳破坏、煤柱失稳等蠕变现象，由于蠕变作用，岩土体的变形随时间增大，强度逐渐降低，甚至导致破坏。蠕变现在引起了广泛的关注，从现场的蠕变位移监测、室内蠕变实验到进行考虑蠕变的稳定性数值模拟，人们从各个方面揭示蠕变机理。现场监测具有费用大、数据处理不方便、受外界干扰大等缺点，数值模拟虽然简单，但需要建立蠕变模型，必须进行室内蠕变试验来获得相应的蠕变模型及相应的参数，目前使用的岩石蠕变仪有单轴抗压流变仪、岩石扭转流变仪、剪切流变仪、三轴流变仪、真三轴流变仪，在上述设备中，由于结构上的问题，特别是在进行岩石的单轴和三轴蠕变试验，获得应力-应变曲线时，其试验装置系统复杂，造价昂贵，试验过程繁琐，试验费用高，因此，其改进和创新是必须解决的技术问题。 

三、发明内容

针对上述情况，为克服现有技术的缺陷，本发明之目的就是提供一种简易岩石蠕变试验装置及其试验方法，可有效克服试验装置系统复杂，造价昂贵，试验过程繁琐，试验费用高，从而有效的解决岩石的单轴和三轴试验，获得应力-应变曲线的问题，其解决的技术方案是，包括试验平台反力架、试件轴压施动系统和试件围压施动系统，试验平台反力架是由底座及底座上的反压力支柱构成，反压力支柱上部装有顶梁，顶梁的下部有试件轴压施动系统，试件轴压施动系统经输油管同外部的液压控制系统相连，试件轴压施动系统下部置有压力传感器，压力传感器同外部的数据自动采集系统相连，在反压力支柱内侧为试件围压施动系统三轴压力室，本发明结构简单，新颖独特，易操作，费用低，试验过程简单，可有效用于进行岩石的单轴和三轴蠕变试验，获得应力-应变曲线，为工程的施工提供科学的依据，经济和社会效益巨大。 

四、附图说明

图1为本发明的结构主视图。 

图2为本发明的液压控制系统控制系统示意图。 

图3为本发明的试验平台反力架结构主视图。 

图4为本发明的试验平台反力架结构侧视图。 

图5为本发明的试件围压施动系统三轴压力室(三轴压力盒)结构主视图。 

图6为本发明的数据自动采集系统工作原理结构图。 

五、具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明。 

由图1-5所示，本发明包括试验平台反力架、试件轴压施动系统和试件围压施动系统，试验平台反力架是由底座8及底座上的反压力支柱3构成，反压力支柱3上部装有顶梁9，顶梁9与反压力支柱3固定在一起(为维修方便，可采用铆钉7固定连接)，顶梁的下部有试件轴压施动系统2，试件轴压施动系统2经输油管5同外部的液压控制系统1相连，试件轴压施动系统2下部置有压力传感器6，压力传感器6同外部的数据自动采集系统4相连，在反压力支柱3内侧有与压力传感器6相连的试件围压施动系统10，所说的液压控制系统1是齿轮泵18的进口管道上装有粗滤油器19，齿轮泵18的出口管道上分别接有第一第一三位四通O型机能电磁换向阀13a、第二三位四通O型机能电磁换向阀13b、压力表开关14和溢流阀16，齿轮泵18由电机17带动，第一三位四通O型机能电磁换向阀13a由第一单向阀12a相连，第一单向阀12a同第一蓄能器11a、第一压力传感器6a相连，压力传感器6同试件围压施动系统10相连，压力表开关14同压力表15相连，溢流阀16同粗滤油器19和油位计20相连通，油位计20上装有空气过滤器21，所说的第二三位四通O型机能电磁换向阀13b同第二单向阀12b相连，第二单向阀12b同第二蓄能器11b及第二压力传感器6b相连，第二压力传感器6b同试件轴压施动系统2相连。 

所说的试件围压施动系统10为三轴压力室，其结构是，底座30周边有竖向的压力室壁26，底座30中心部放有下垫块22，下垫块22侧面及压力室壁间装有传感器夹持架23，传感器夹持架23上部装有位移传感器24，下垫块22上的岩样(又称试件)上有上垫块25，上垫块25的上部有加力装置29，加力装置 29经大锁紧螺帽28装在压力室壁26上部，构成密封的压力室，压力室内装有液压油27。 

所说的数据自动采集系统4是直流电桥经第一开关K1、第二开关K2同主机CPU相连，第一开关K1接放大器输入端，第一开关K1输出端经A/D转换器接主机CPU的输入端，主机CPU的输出端上分别接有存贮器、LCD显示器、RS232C接口(图6所示)。 

本发明的试验方法是，根据试验要求，将试件(岩样)置于试件轴压施动系统下部(活塞杆)，并置于下垫块22上，数据自动采集器4通过压力传感器6与试件相连接，液压控制系统对试件利用液体油先加围压，再加轴压，即先充液对围压施动系统，后充液再启动轴压施动系统，试件放好后，将压力传感器(包括应力传感器和应变传感器)安装在加压试件上，进行加压，在加压过程中监测应力和应变的变化，加压直至试件发生破坏结束，根据试验数据就可以绘制应力-应变曲线，得知岩石蠕变曲线，具体操作步骤是： 

开齿轮泵18运行3分钟，打开压力表开关14，调节溢流阀16将压力调至试件围压施动系统10所需值，第二三位四通O型机能电磁换向阀13b的1DT阀门带电充液，观察压力至调整值后稳压1分钟，断第二三位四通O型机能电磁换向阀13b的1DT阀门电，调节溢流阀降压力至试件轴压施动系统2所需值，第一三位四通O型机能电磁换向阀13a的3DT阀门带电充液，观察压力至所需值后稳压1分钟，第一三位四通O型机能电磁换向阀13a的3DT阀门断电，关闭溢流阀16，停电机17。 

开齿轮泵，打开压力表开关14，观察压力，调节溢流阀16使压力处于较小值，第一三位四通O型机能电磁换向阀13a的4DT阀门带电使试件轴压施动系统2的下部(活塞杆)收缩，第一三位四通O型机能电磁换向阀13a的4DT阀门断电，第二三位四通O型机能电磁换向阀13b的2DT阀门带电释放试件室中压力，第二三位四通O型机能电磁换向阀13b的2DT阀门断电，停电机，卸下试件，试验结束。 

在试验的同时，数据采集系统利用位移传感器和压力传感器对试验数据进行实时采集，并通过数据线传输到计算机中，利用系统软件对数据进行处理，根据试验数据就可以绘制应力-应变曲线，得出岩石蠕变曲线，从而实现整个岩石蠕变试验及岩石蠕变曲线的绘制。 

本发明的简易岩石蠕变试验装置(平台)，可有效地进行岩石单轴和三轴蠕变试验，并且与其他试验台相比，统结构简单，体积小，造价低廉，原理简单，易于控制，试件尺寸还可以多样化，自动化程度高等多个特点。 

该装置(平台)能够实施监测岩石的应力、应变的变化情况，得知岩石蠕变曲线，可以建立岩石蠕变模型，指导实际工程应用。 

要指出的是，以上所述仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。 

Claims (4)

1.一种简易岩石蠕变试验装置，包括试验平台反力架、试件轴压施动系统和试件围压施动系统，其特征在于，试验平台反力架是由底座(8)及底座上的反压力支柱(3)构成，反压力支柱(3)上部装有顶梁(9)，顶梁(9)与反压力支柱(3)固定在一起，顶梁的下部有试件轴压施动系统(2)，试件轴压施动系统(2)经输油管(5)同外部的液压控制系统(1)相连，试件轴压施动系统(2)下部置有压力传感器(6)，压力传感器(6)同外部的数据自动采集系统(4)相连，在反压力支柱(3)内侧有与压力传感器(6)相连的试件围压施动系统(10)，所说的液压控制系统(1)是齿轮泵(18)的进口管道上装有粗滤油器(19)，齿轮泵(18)的出口管道上分别接有第一三位四通O型机能电磁换向阀(13a)、第二三位四通O型机能电磁换向阀(13b)、压力表开关(14)和溢流阀(16)，齿轮泵(18)由电机(17)带动，第一三位四通O型机能电磁换向阀(13a)由第一单向阀(12a)相连，第一单向阀(12a)同第一蓄能器(11a)、第一压力传感器(6a)相连，压力传感器(6)同试件围压施动系统(10)相连，压力表开关(14)同压力表(15)相连，溢流阀(16)同粗滤油器(19)和油位计(20)相连通，油位计(20)上装有空气过滤器(21)，所说的第二三位四通O型机能电磁换向阀(13b)同第二单向阀(12b)相连，第二单向阀(12b)同第二蓄能器(11b)及第二压力传感器(6b)相连，第二压力传感器(6b)同试件轴压施动系统(2)相连。

2.根据权利要求1所述的简易岩石蠕变试验装置，其特征在于，所说的试件围压施动系统(10)为三轴压力室，其结构是，底座(30)周边有竖向的压力室壁(26)，底座(30)中心部放有下垫块(22)，下垫块(22)侧面及压力室壁间装有传感器夹持架(23)，传感器夹持架(23)上部装有位移传感器(24)，下垫块(22)上的岩样上有上垫块(25)，上垫块(25)的上部有加力装置(29)，加力装置(29)经大锁紧螺帽(28)装在压力室壁(26)上部，构成密封的压力室，压力室内装有液压油(27)。

3.根据权利要求1所述的简易岩石蠕变试验装置，其特征在于，所说的数据自动采集系统(4)是直流电桥经第一开关(K1)、第二开关(K2)同主机(CPU)相连，第一开关(K1)接放大器输入端，第一开关(K1)输出端经A/D转换器接主机(CPU)的输入端，主机(CPU)的输出端上分别接有存贮器、LCD显示器、RS232C接口。

4.权利要求1所述的简易岩石蠕变试验装置的试验方法，其特征在于，将试件置于试件轴压施动系统下部，并置于下垫块(22)上，数据自动采集器(4)通过压力传感器(6)与试件相连接，液压控制系统对试件利用液体油先加围压，再加轴压，即先充液对围压施动系统，后充液再启动轴压施动系统，试件放好后，将压力传感器安装在加压试件上，进行加压，在加压过程中监测应力和应变的变化，加压直至试件发生破坏结束，根据试验数据就可以绘制应力-应变曲线，得知岩石蠕变曲线，具体操作步骤是：

开齿轮泵(18)运行3分钟，打开压力表开关(14)，调节溢流阀(16)将压力调至试件围压施动系统(10)所需值，第二三位四通O型机能电磁换向阀(13b)的1DT阀门带电充液，观察压力至调整值后稳压1分钟，断第二三位四通O型机能电磁换向阀(13b)的1DT阀门电，调节溢流阀降压力至试件轴压施动系统(2)所需值，第一三位四通O型机能电磁换向阀(13a)的3DT阀门带电充液，观察压力至所需值后稳压1分钟，第一三位四通O型机能电磁换向阀(13a)的3DT阀门断电，关闭溢流阀(16)，停电机(17)；

开齿轮泵，打开压力表开关(14)，观察压力，调节溢流阀(16)使压力处于较小值，第一三位四通O型机能电磁换向阀(13a)的4DT阀门带电使试件轴压施动系统(2)的下部收缩，第一三位四通O型机能电磁换向阀(13a)的4DT阀门断电，第二三位四通O型机能电磁换向阀(13b)的2DT阀门带电释放试件室中压力，第二三位四通O型机能电磁换向阀(13b)的2DT阀门断电，停电机，卸下试件，试验结束；

在试验的同时，数据采集系统利用位移传感器和压力传感器对试验数据进行实时采集，并通过数据线传输到计算机中，利用系统软件对数据进行处理，根据试验数据就可以绘制应力-应变曲线，得出岩石蠕变曲线，从而实现整个岩石蠕变试验及岩石蠕变曲线的绘制。

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