CN108896415B - 一种岩体蠕变冲击试验方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种岩体蠕变冲击试验方法，首先通过深部矿井现场样品并加工成圆柱形柱体，将试件放置到承压垫块并施加恒定载荷，再利用承压垫块底部的冲击滑道和冲击杆，利用压缩气枪装置控制冲击压力及频率，模拟矿井下受不同强度的冲击地压情形，根据记录不同冲击次数情况下的岩石应变数据，还通过利用冲击波接收装置采集试件受到的冲击波，传输到数据采集计算机进行分析并绘制冲击波的应力与时间关系曲线图，最后结合上述变化关系，得出深部岩石实际受冲击影响情况下的蠕变规律，指导深部受冲击扰动巷道围岩变形控制及支护设计。本发明提供了一种保载时间长且稳定、可模拟冲击波干扰、试验数据更贴近矿山岩石实际情况的岩体蠕变冲击试验方法。

Description

一种岩体蠕变冲击试验方法
技术领域
本发明涉及岩石工程试验领域，具体涉及一种岩体蠕变冲击试验方法。
背景技术
长期实践表明，深部高地应力下巷道围岩变形破坏具有明显的时间效应。在强烈的开采扰动下，深部巷道围岩往往还会受到各种冲击载荷的影响，如顶（底）板坚硬岩层断裂、井下爆破施工、冲击地压等产生的冲击载荷。冲击扰动作用会显著的改变煤岩体蠕变特性，加速煤岩体蠕变破坏的过程，导致巷道围岩发生难以控制的大变形破坏失稳。因此，开展岩体蠕变冲击试验研究，探究冲击载荷作用下深部岩体时效破裂特征，对于认清深部巷道围岩流变破坏失稳机理、优化巷道围岩支护设计、改善围岩抗冲击能力和稳定性控制效果具有重要的意义。
目前国内外学者对岩体蠕变特征进行了大量的室内试验研究，并取得了一些重要的成果，而在考虑冲击载荷作用下岩体蠕变力学特性试验方面的研究相对较少，其原因主要是缺少一种可靠的、能够模拟多种冲击载荷作用的岩体长期蠕变试验方法。
发明内容
本发明目的是为了克服现有技术的不足而提供的一种保载时间长且稳定、可模拟冲击波干扰、试验数据更贴近矿山岩石实际情况的岩体蠕变冲击试验方法。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案。
一种岩体蠕变冲击试验方法，包括如下具体步骤：
步骤一：首先在深部矿井现场采集岩体样本，将其加工成多个相同的圆柱形试件，留存后续步骤使用；
步骤二：将带有圆圈标记和十字标记的承压垫块放置在实验平台上，并在承压垫块底部安装冲击滑道，冲击滑道内设置冲击杆，使承压垫块中心圆圈正对冲击滑道的出口，然后将所述步骤一中试件放置在承压垫块上，使试件底部中央正对承压垫块中心圆圈处；
步骤三：根据巷道围岩受力理论数据确定试件长期蠕变试验所需要施加的载荷大小，计算得出需要施加压力数值并开始恒定施加到试件的顶端；
步骤四：根据不同的巷道围岩所受理论冲击载荷强度和扰动周期规律，将冲击滑道下端连接压缩气枪装置，通过压缩气枪装置的控制器设置好压缩气枪的气体压力和冲击时间间隔，对试件施加冲击扰动，通过压缩气枪瞬间释放高压气体推动冲击杆，冲击杆经过冲击滑道撞击承压垫板，承压垫板再将冲击荷载传递给试件；
步骤五：一次冲击完成后，由于重力作用，冲击杆会自动复位，根据控制器设置的冲击时间间隔，自动触发下一次冲击；
步骤六：试验过程中试件实际所受载荷由压力传感器测量得出，试验过程中试件的变形由位移传感器实时测量与记录，当试件发生整体破坏后试验结束，根据压力传力器和位移传感器测量数据，绘制得到试件在冲击载荷作用下蠕变过程的全应力与应变量关系曲线。
进一步的，在所述步骤一中的试件上方还安装有冲击波接收器，并连接有冲击波数据采集计算机，当试件受到冲击扰动时，冲击波穿过试件被冲击波接收器接收并传递到数据采集计算机，根据所述步骤六中绘制的试件蠕变冲击破坏过程的全应力与应变量关系曲线，结合冲击波数据采集计算机得到的冲击波数据，最后分析得出深部岩体在冲击载荷作用下的蠕变力学特性规律。
作为本发明的进一步改进，所述圆柱形试件采用直径为50mm、高度100mm的圆柱体。
由于上述技术方案的运用，本发明带来的有效效果：本发明通过对试件施加长期稳定的静载，再通过冲击扰动系统装置，在静载的基础上对试件施加冲击扰动荷载，实现了岩体试件的蠕变冲击耦合试验。实现对试件的动静组合加载，为研究深部岩体在冲击载荷作用下的蠕变特性提供了技术途径；本技术方案通过将冲击扰动系统装置内嵌于试件下放的实验平台内，一方面可以模拟井下真实的底板冲击载荷作用，另一方面冲击杆完成一次冲击后，在重力的作用下可以自动复位，通过控制器提前设置好的冲击时间间隔，能够完全自动的重复完成多次冲击，使得岩体长期蠕变冲击时间可以在无人值守的情况下完成，简化了蠕变冲击试验的繁琐流程，使得试验操作更加便利；本发明技术方案的试验思路清晰，可操作性强，为冲击扰动作用下深部岩体蠕变力学特性研究提供了重要的试验方法，具有重要的理论研究意义。
附图说明
下面结合附图对本发明技术方案作进一步说明。
附图1为本发明无冲击情况时的试件应变与时间关系曲线图。
附图2为本发明受一次冲击情况时的试件应变与时间关系曲线图。
附图3为本发明受两次冲击情况时的试件应变与时间关系曲线图。
附图4为本发明为试件受到的冲击波应力与时间关系曲线图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细说明。
在深部矿井现场采集岩体细砂岩样本，将其加工成直径为50mm、高度100mm的圆柱形试件；将带有圆圈标记和十字标记的承压垫块放置在实验平台上，并在承压垫块底部安装冲击滑道，冲击滑道内设置冲击杆，使承压垫块中心圆圈正对冲击滑道的出口，然后将所述步骤一中试件放置在承压垫块上，使试件底部中央正对承压垫块中心圆圈处。
试验过程中试件实际所受载荷由压力传感器测量得出，试验过程中试件的变形由位移传感器实时测量与记录，当试件发生整体破坏后试验结束，根据压力传力器和位移传感器测量数据。
上述岩石试件通过采用细砂岩进行实际试验操作，且分别进行无冲击扰动、有一次冲击扰动、有两次冲击扰动的试验操作，并分别记录这三种不同冲击情况下的数据，上述试验后分别得到了绘制出试验时间与应变关系曲线图，具体详见如图1、图2 及图3曲线图。
结合冲击波数据采集计算机得到的冲击波数据，绘制出了冲击波应力与时间关系图，具体详见图4中的关系曲线图，最后结合图1至图4对比分析岩石在不同冲击扰动频次下蠕变特性的不同，得出冲击扰动对岩石蠕变特性的影响规律；通过变换扰动冲击波频率、幅值和扰动频次及周期，还可以研究不同类型冲击载荷对岩石蠕变特性的影响规律。进而对矿山现场受冲击载荷影响的巷道围岩变形破坏控制及支护设计进行科学的指导。
以上仅是本发明的具体应用范例，对本发明的保护范围不构成任何限制；凡采用等同变换或者等效替换而形成的技术方案，均落在本发明权利保护范围之内。

Claims (3)

1.一种岩体蠕变冲击试验方法，其特征在于：包括如下具体步骤：
步骤一：首先在深部矿井现场采集岩体样本，将其加工成多个相同的圆柱形试件，留存后续步骤使用；
步骤二：将带有圆圈标记和十字标记的承压垫块放置在实验平台上，并在承压垫块底部安装冲击滑道，冲击滑道内设置冲击杆，使承压垫块中心圆圈正对冲击滑道的出口，然后将所述步骤一中试件放置在承压垫块上，使试件底部中央正对承压垫块中心圆圈处；
步骤三：根据巷道围岩受力理论数据确定试件长期蠕变试验所需要施加的载荷大小，计算得出需要施加压力数值并开始恒定施加到试件的顶端；
步骤四：根据不同的巷道围岩所受理论冲击载荷强度和扰动周期规律，将冲击滑道下端连接压缩气枪装置，通过压缩气枪装置的控制器设置好压缩气枪的气体压力和冲击时间间隔，对试件施加冲击扰动，通过压缩气枪瞬间释放高压气体推动冲击杆，冲击杆经过冲击滑道撞击承压垫板，承压垫板再将冲击荷载传递给试件；
步骤五：一次冲击完成后，由于重力作用，冲击杆会自动复位，根据控制器设置的冲击时间间隔，自动触发下一次冲击；
步骤六：试验过程中试件实际所受载荷由压力传感器测量得出，试验过程中试件的变形由位移传感器实时测量与记录，当试件发生整体破坏后试验结束，根据压力传力器和位移传感器测量数据，绘制得到试件在冲击载荷作用下蠕变过程的全应力与应变量关系曲线。
2.根据权利要求1所述的一种岩体蠕变冲击试验方法，其特征在于：在所述步骤一中的试件上方还安装有冲击波接收器，并连接有冲击波数据采集计算机，当试件受到冲击扰动时，冲击波穿过试件被冲击波接收器接收并传递到数据采集计算机，根据所述步骤六中绘制的试件蠕变冲击破坏过程的全应力与应变量关系曲线，结合冲击波数据采集计算机得到的冲击波数据，最后分析得出深部岩体在冲击载荷作用下的蠕变力学特性规律。
3.根据权利要求1所述的一种岩体蠕变冲击试验方法，其特征在于：所述圆柱形试件采用直径为50mm、高度100mm的圆柱体。
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