CN103323331B - 通过普通压力机获得充填体试块应力-应变曲线的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种通过普通压力机获得充填体试块应力-应变曲线的方法，属于矿业工程中的充填材料力学性质测试领域。调节普通压力机下压板的上升速度为静态或动态加载状态，按照压力机下压板运动速度与充填体试块高度的关系，结合回放视频计算出位移与应变参数，再结合回放视频得到对应时刻的荷载与应力参数，通过绘图软件处理数据后生成充填体试块荷载-位移曲线、应力-应变曲线，用于指导生产及深入研究。通过分析充填体全过程的破坏特征，可为采空区充填设计提供依据，本发明的方法简便、经济、准确。
Description
技术领域
本发明涉及一种通过普通压力机获得充填体试块应力-应变曲线的方法，可用于各类矿山充填工程的充填材料力学性能测试，为了得到充填体破坏过程中的全过程试验曲线，采用拍摄视频回放的方法进行测试。本发明主要应用于金属矿、煤矿及非金属矿所采用的不同充填材料配制的充填体，属矿业工程技术领域。
背景技术
在各类矿山充填工程中，为了保证采空区的充填效果，需对已经充填的采场充填体进行分析，以为后继的充填工程提供改进措施，通常情况下，可采用分析充填站运行数据的方法，开展采空区充填体质量地质钻探调查分析，对钻探出的充填体芯取样，按照土工试验规程加工充填体试块，然后测试其单轴抗压强度。对于具体矿山，其充填站所设立的充填试验室只安装有普通压力机，常规方法下无法测定充填体试块破坏过程中的荷载-位移曲线和应力-应变曲线，因此，对于花费较大成本钻探取得的充填体试块来说，是一种极大的浪费，而将就地加工好的充填体试块运至先进的试验室花费较大，成本高，而且试块经过长途运输，难以保持新鲜，一部分水分会随之挥发、而且还容易造成破坏，因此需要一种准确、简单、低成本的方法来测试充填体试块的试验曲线。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种通过普通压力机获得充填体试块应力-应变曲线的方法，解决常规方法无法测定充填体试块破坏过程中荷载-位移曲线和应力-应变曲线的问题。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种通过普通压力机获得充填体试块应力-应变曲线的方法，该方法为：
1）调节普通压力机下压板的上升速度为静态或动态加载状态，测量好充填体试块的高度H，计算所述充填体试块的承压面面积S；
2）开启普通压力机，将所述下压板调节为步骤1）的加载状态，待充填体试块承压面接触压力机上压板，压力机指针开始在读数表盘逐渐偏转，拍摄压力机读数盘上的指针偏转过程视频，记录自充填体试块开始承受压力机的压力至充填体试块被破坏后卸载的整个过程；
3）将步骤2）拍摄到的视频转入微机，自充填体试块开始承受压力机压力的时间为起点，以时间段t为单位回放视频；
4）根据步骤3）回放的视频和压力机下压板上升速度V，计算出下压板自充填体试块开始承压到所述充填体试块被破坏过程中每一时间段t的位移ΔH，再结合步骤1）测量的充填体试块高度H，换算出每一时间点的应变值；
5）根据回放的视频，记录每一时间点的普通压力机读数P，结合步骤1）计算出的充填体试块承压面面积S，换算出每一时间点的应力值σ；
6）以步骤4）计算出的位移为横坐标，以步骤5）的普通压力机读数P为纵坐标，绘制充填体试块自开始承受压力机施加的压力直至充填体试块被破坏全过程的位移-荷载曲线，从而反映出充填体试块破坏过程中压力随位移变化的性质；
7）以步骤4）计算出的应变值为横坐标，以步骤5）计算出的应力值σ为纵坐标，绘制充填体试块自开始承受压力机压力直至充填体试块被破坏全过程的应力-应变曲线，从而反映出充填体试块破坏过程中应力随应变变化的性质。
与现有技术相比，本发明所具有的有益效果为：本发明以充填体试块受力渐进破坏为依据，有效准确地测试充填体试块荷载-移曲线和应力-应变曲线；直接对充填体试块的破坏过程进行同步分析，避免了充填间断性观察记录数据的不足，最大限度的减小了误差；通过对充填体试块单轴压缩破坏全过程的视频分析，可以计算充填体试块破碎过程中测试的位移和所受的压力，有效地分析了充填体试块破坏规律，简便、经济、准确。
附图说明
图1为本发明一实施例充填体试块受压之前的示意图；
图2为本发明一实施例充填体试块受压破坏的示意图；
图3为本发明一实施例得到的位移-荷载曲线；
图4为本发明一实施例得到的应力-应变曲线；
图1、图2中：
1：破坏前充填体试块长度H；2：破坏后充填体试块长度H`；3：充填体试块破坏过程中的压缩量ΔH=H-H`；4：充填体试块承压面S。
具体实施方式：
本发明的方法为：测量好水泥-尾砂充填体试块的高度H=13.6cm，直径R=6.6cm，计算承压面面积S=34.19cm2，准备好数码摄相机待拍试验过程视频。开启NYL-300型普通压力机，调节下压板的上升加载速度V=0.177mm/s，待充填体试块承压面接触压力机上压板，压力机指针开始在读数表盘逐渐偏转，此时开启数码摄相机对压力机读数盘上的指针偏转全过程进行拍摄视频，记录自充填体试块开始承受压力P至充填体试块破坏后卸载的整个过程。将拍摄到的视频转入微机，自充填体试块开始承受压力为起点，以1秒钟为时间单位回放视频，结合测定的下压板上升速度V=0.177mm/s，计算出下压板自充填体试块开始承压到破坏全过程中每一秒时间点的位移ΔH=V*t，再结合测量的充填体试块长度H=13.6cm，利用公式ε=ΔH/H换算出每一时间点的应变值。根据回放的压力测试视频，记录每一秒时间点的压力机读数P，结合计算出的充填体试块承压面面积S=34.19cm2，利用公式σ=P/S换算出每一时间点的应力值。以计算出的位移值ΔH为横坐标，以读数的压力值P为纵坐标，绘制充填体试块自开始承受压力直至破坏全过程的位移-荷载曲线，从而可反映出充填体试块破坏过程中压力随位移变化的性质；以计算出的应变值ε为横坐标，以计算出的应力值σ为纵坐标，绘制充填体试块自开始承受压力机施加的压力直至破坏全过程的应力-应变曲线，从而可反映出充填体试块破坏过程中应力随应变变化的性质。各参数记录与换算见表1，通过此方法得到的位移-荷载曲线和应力-应变曲线见图3、图4。
表1 各参数记录与换算数值
| 时间t/s | 位移ΔH/mm | 荷载P/kn | 应变ε/% | 应力σ/Mpa |
| 0 | 0 | 0 | 0.000 | 0.000 |
| 1 | 0.177 | 3.6 | 0.130 | 1.053 |
| 2 | 0.354 | 4.2 | 0.260 | 1.228 |
| 3 | 0.531 | 4.8 | 0.390 | 1.404 |
| 4 | 0.708 | 6 | 0.521 | 1.755 |
| 5 | 0.885 | 6.63 | 0.651 | 1.939 |
| 6 | 1.062 | 8.4 | 0.781 | 2.457 |
| 7 | 1.239 | 9.2 | 0.911 | 2.691 |
| 8 | 1.416 | 10.6 | 1.041 | 3.100 |
| 9 | 1.593 | 11.6 | 1.171 | 3.393 |
| 10 | 1.77 | 12.9 | 1.301 | 3.773 |
| 11 | 1.947 | 13.45 | 1.432 | 3.934 |
| 12 | 2.124 | 14.1 | 1.562 | 4.124 |
| 13 | 2.301 | 14.75 | 1.692 | 4.314 |
| 14 | 2.478 | 15.6 | 1.822 | 4.563 |
| 15 | 2.655 | 15.9 | 1.952 | 4.650 |
| 16 | 2.832 | 16.1 | 2.082 | 4.709 |
| 17 | 3.009 | 12 | 2.213 | 3.510 |
| 18 | 3.186 | 11 | 2.343 | 3.217 |
| 19 | 3.363 | 10 | 2.473 | 2.925 |
| 20 | 3.54 | 11 | 2.603 | 3.217 |
| 21 | 3.717 | 10.5 | 2.733 | 3.071 |
| 22 | 3.894 | 10.4 | 2.863 | 3.042 |
| 23 | 4.071 | 11 | 2.993 | 3.217 |
| 24 | 4.248 | 10.2 | 3.124 | 2.983 |
| 25 | 4.425 | 10.4 | 3.254 | 3.042 |
| 26 | 4.602 | 10 | 3.384 | 2.925 |
| 27 | 4.779 | 9.95 | 3.514 | 2.910 |
| 28 | 4.956 | 9.8 | 3.644 | 2.866 |
| 29 | 5.133 | 9.9 | 3.774 | 2.896 |
| 30 | 5.31 | 9.6 | 3.904 | 2.808 |
本发明的充填体试块为一种低强度的混凝土类材料，其强度通常不超过3~5MPa，压力机为不能采集应力-应变曲线的普通压力机。
Claims (4)
1.一种通过普通压力机获得充填体试块应力-应变曲线的方法，其特征在于，该方法为：
1）调节普通压力机下压板的上升速度为静态或动态加载状态，测量好充填体试块的高度H，计算所述充填体试块的承压面面积S；
2）开启普通压力机，将所述下压板调节为步骤1）的加载状态，待充填体试块承压面接触压力机上压板，压力机指针开始在读数表盘逐渐偏转，拍摄读数表盘上的指针偏转过程视频，记录自充填体试块开始承受压力机的压力至充填体试块被破坏后卸载的整个过程；
3）将步骤2）拍摄到的视频转入微机，自充填体试块开始承受压力机压力的时间为起点，以时间段t为单位回放视频；
4）根据步骤3）回放的视频和压力机下压板上升速度V，计算出下压板自充填体试块开始承压到所述充填体试块被破坏过程中每一时间段t的位移ΔH，再结合步骤1）测量的充填体试块高度H，换算出每一时间点的应变值；
5）根据回放的视频，记录每一时间点的压力机读数P，结合步骤1）计算出的充填体试块承压面面积S，换算出每一时间点的应力值σ；
6）以步骤4）计算出的位移为横坐标，以步骤5）的压力机读数P为纵坐标，绘制充填体试块自开始承受压力机施加的压力直至充填体试块被破坏全过程的位移-荷载曲线，从而反映出充填体试块破坏过程中压力随位移变化的性质；
7）以步骤4）计算出的应变值为横坐标，以步骤5）计算出的应力值σ为纵坐标，绘制充填体试块自开始承受压力机压力直至充填体试块被破坏全过程的应力-应变曲线，从而反映出充填体试块破坏过程中应力随应变变化的性质。
2.根据权利要求1所述的通过普通压力机获得充填体试块应力-应变曲线的方法，其特征在于，所述步骤4）中，应变值ε=ΔH/H，其中ΔH=V*t。
3.根据权利要求1所述的通过普通压力机获得充填体试块应力-应变曲线的方法，其特征在于，所述步骤5）中，应力值σ=P/S。
4.根据权利要求1所述的通过普通压力机获得充填体试块应力-应变曲线的方法，其特征在于，所述充填体试块为低强度的混凝土类材料。
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