CN106959244B - 一种用于煤岩试样的侧压试验装置及方法 - Google Patents

一种用于煤岩试样的侧压试验装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于煤岩试样的侧压试验装置及方法，包括加载压头、承载压头、围压装置和压力传感器，所述围压装置由两个结构相同的围压块组成，所述围压块的一侧开设缺口，两个围压块的缺口相对设置并通过螺栓杆及螺母固定后组成内腔，所述内腔分为加载腔、试验腔和承压腔，加载压头和承载压头分别与加载腔和承压腔的形状相配合，所述试验腔的内壁上相对固定两个凸起，压力传感器套在螺栓杆并被螺母压紧在围压块外侧，压力传感器与微型计算机连接。能对煤样试样施加点式侧压或线式侧压下进行岩石力学试验，从而对该种情况下的煤岩体的力学性能进行研究，为工程实际中各支护的力学性能结构设计提供理论支撑。

Description

一种用于煤岩试样的侧压试验装置及方法
技术领域
本发明涉及一种用于煤岩试样的试验装置及方法，具体是一种用于煤岩试样的侧压试验装置及方法。
背景技术
目前，U型钢支架、W钢带、锚杆和锚索等支护结构广泛应用于矿山、隧道和水利水电工程当中。从力学结构形式上来讲，U型钢或者W钢带在支护岩体时与岩体相互作用力为一种线性载荷，而锚杆和锚索与岩体相互作用力则是一种点载荷形式。由于岩体的地应力作用，实际上这些支护结构形式给围岩提供了一种线式或者点式侧压。然而，在基础研究方面的岩石力学试验多是进行不同围压下的双轴或者单轴加载试验。由于缺乏进行线式或点式侧压条件下的岩石力学试验装置，对于在线性载荷和点载荷作用下的加载破坏试验几乎没有。这就无法研究线式或点式侧压下的岩石力学特性以及工程实际中各支护结构的力学作用原理。
发明内容
针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种用于煤岩试样的侧压试验装置及方法，能对煤样试样施加点式侧压或线式侧压下进行岩石力学试验，从而对该种情况下的煤岩体的力学性能进行研究，为工程实际中各支护的力学性能结构设计提供理论支撑。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种用于煤岩试样的侧压试验装置，包括加载压头、承载压头、围压装置和压力传感器，所述围压装置由两个结构相同的围压块组成，所述围压块的一侧开设缺口，两个围压块的缺口相对设置并通过螺栓杆及螺母固定后组成内腔，所述内腔分为加载腔、试验腔和承压腔，加载压头和承载压头分别与加载腔和承压腔的形状相配合，所述试验腔的内壁上相对固定两个凸起，压力传感器套在螺栓杆并被螺母压紧在围压块外侧，压力传感器与微型计算机连接。
进一步，所述凸起的形状为半圆柱形。
进一步，所述凸起的形状为半圆球形。
进一步，所述缺口的形状为半圆形或方形。
一种用于煤岩试样的侧压试验方法，具体步骤为：
A、先将煤岩试样加工成与试验腔形状相配合的圆柱形或长方体形；
B、将承载压头放置在岩石力学试验机的水平试验台上，并将加工后的煤岩试样放置在承载压头上；
C、将两个围压块相对设置并合拢使煤岩试样处于试验腔内，同时使承载压头处于承压腔内，然后螺栓杆穿过两个围压块并将压力传感器和垫片套在螺栓杆上，最后通过螺母紧固，对煤岩试样侧壁施加点式侧压或线式侧压；
D、将加载压头置于煤岩试样上部的加载腔内；
E、岩石力学试验机的垂直加载油缸对加载压头进行垂直加载试验，记录煤岩试样从开始垂直加载直至破碎的过程中，垂直加载力与压力传感器测得的侧压变化情况；
F、重复步骤B至E，更换带有不同形状凸起的围压块进行试验，分别得出圆柱形或长方体形煤岩试样的垂直加载力与压力传感器测得的线式侧压变化情况，以及圆柱形或长方体形煤岩试样的垂直加载力与压力传感器测得的点式侧压变化情况。
与现有技术相比，本发明采用加载压头、承载压头和围压装置相结合的方式，可对圆柱形或长方体形煤岩试样施加初始的线式侧围压或点式侧围压，然后对煤岩试样进行垂直加载破碎试验，从而得出圆柱形或长方体形煤岩试样的垂直加载力与压力传感器测得的线式侧压变化情况，以及圆柱形或长方体形煤岩试样的垂直加载力与压力传感器测得的点式侧压变化情况；最终对上述各种情况下煤岩体的力学性能进行研究，为工程实际中各支护的力学性能结构设计提供理论支撑。
附图说明
图1是本发明中带有半圆柱形凸起的结构示意图；
图2是图1的旋转俯视图；
图3是图1中A-A向旋转剖视图；
图4是本发明中带有半圆球形凸起的结构示意图；
图5是图4的旋转俯视图；
图6是图4的A-A向旋转剖视图。
图中：1、压力传感器，2、垫片，3、螺栓杆，4、螺母，5、围压块，6、加载压头，7、加载腔，8、试验腔，9、凸起，10、承压腔，11、承载压头。
具体实施方式
下面将对本发明作进一步说明。
如图1至图6所示，一种用于煤岩试样的侧压试验装置，包括加载压头6、承载压头11、围压装置和压力传感器1，所述围压装置由两个结构相同的围压块5组成，所述围压块5的一侧开设缺口，两个围压块的缺口相对设置并通过螺栓杆3及螺母4固定后组成内腔，所述内腔分为加载腔7、试验腔8和承压腔10，加载压头6和承载压头11分别与加载腔7和承压腔10的形状相配合，所述试验腔8的内壁上相对固定两个凸起9，压力传感器1套在螺栓杆3并被螺母4压紧在围压块5外侧，压力传感器1与微型计算机连接。
进一步，所述凸起9的形状为半圆柱形。采用半圆柱形凸起可使试验腔8合拢时对煤岩试样施加预应线式侧压下进行岩石力学试验。
进一步，所述凸起9的形状为半圆球形。采用半圆球形凸起可使试验腔8合拢时对煤岩试样施加预应点式侧压下进行岩石力学试验。
进一步，所述缺口的形状为半圆形或方形。采用半圆形缺口或方形缺口在两个围压块5合拢后可组成圆柱形试验腔或长方体形试验腔，便于对圆柱形煤岩试样或长方体形煤岩试样进行力学试验，并且可相互对比试验后的力学参数变化情况。
一种用于煤岩试样的侧压试验方法，具体步骤为：
A、先将煤岩试样加工成与试验腔8形状相配合的圆柱形或长方体形；
B、将承载压头11放置在岩石力学试验机的水平试验台上，并将加工后的煤岩试样放置在承载压头11上；
C、将两个围压块5相对设置并合拢使煤岩试样处于试验腔8内，同时使承载压头11处于承压腔10内，然后螺栓杆3穿过两个围压块5并将压力传感器1和垫片2套在螺栓杆3上，最后通过螺母4紧固，对煤岩试样侧壁施加点式侧压或线式侧压；
D、将加载压头6置于煤岩试样上部的加载腔7内；
E、岩石力学试验机的垂直加载油缸对加载压头6进行垂直加载试验，垂直加载力会从零开始增加，达到一定垂直加载力后煤岩试样会对围压块施加力，由于力的作用是相互的，因此煤岩试样所受的线式侧压或点式侧压会增大；记录煤岩试样从开始垂直加载直至破碎的过程中，垂直加载力与压力传感器1测得的侧压变化情况；
F、重复步骤B至E，更换带有不同形状凸起的围压块5进行试验，分别得出圆柱形或长方体形煤岩试样的垂直加载力与压力传感器1测得的线式侧压变化情况，以及圆柱形或长方体形煤岩试样的垂直加载力与压力传感器1测得的点式侧压变化情况。在得出上述各种情况后，工作人员可了解不同形状的煤岩试样分别在点式侧压或线式侧压情况下的煤岩体力学性能，最终为工程实际中各支护的力学性能结构设计提供理论支撑。

Claims (5)

1.一种用于煤岩试样的侧压试验装置，包括加载压头（6）、承载压头（11）和围压装置，所述围压装置由两个围压块（5）组成，所述围压块（5）的一侧开设缺口，两个围压块的缺口相对设置并通过螺栓杆（3）及螺母（4）固定后组成内腔，其特征在于，还包括压力传感器（1），两个围压块（5）结构相同，所述内腔分为加载腔（7）、试验腔（8）和承压腔（10），加载压头（6）和承载压头（11）分别与加载腔（7）和承压腔（10）的形状相配合，所述试验腔（8）的内壁上相对固定两个凸起（9），压力传感器（1）套在螺栓杆（3）并被螺母（4）压紧在围压块（5）外侧，压力传感器（1）与微型计算机连接。
2. 根据权利要求1 所述的一种用于煤岩试样的侧压试验装置，其特征在于，所述凸起（9）的形状为半圆柱形。
3. 根据权利要求1 所述的一种用于煤岩试样的侧压试验装置，其特征在于，所述凸起（9）的形状为半圆球形。
4. 根据权利要求1 所述的一种用于煤岩试样的侧压试验装置，其特征在于，所述缺口的形状为半圆形或方形。
5.一种用于煤岩试样的侧压试验方法，其特征在于，具体步骤为：
A、先将煤岩试样加工成与试验腔（8）形状相配合的圆柱形或长方体形；
B、将承载压头（11）放置在岩石力学试验机的水平试验台上，并将加工后的煤岩试样放置在承载压头（11）上；
C、将两个围压块（5）相对设置并合拢使煤岩试样处于试验腔（8）内，同时使承载压头（11）处于承压腔（10）内，然后螺栓杆（3）穿过两个围压块（5）并将压力传感器（1）和垫片（2）套在螺栓杆（3）上，最后通过螺母（4）紧固，对煤岩试样侧壁施加点式侧压或线式侧压；
D、将加载压头（6）置于煤岩试样上部的加载腔（7）内；
E、岩石力学试验机的垂直加载油缸对加载压头（6）进行垂直加载试验，记录煤岩试样从开始垂直加载直至破碎的过程中，垂直加载力与压力传感器（1）测得的侧压变化情况；
F、重复步骤B至E，更换带有不同形状凸起（9）的围压块（5）进行试验，分别得出圆柱形或长方体形煤岩试样的垂直加载力与压力传感器（1）测得的线式侧压变化情况，以及圆柱形或长方体形煤岩试样的垂直加载力与压力传感器（1）测得的点式侧压变化情况。
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