CN111855428B - 一种岩石试样围压施加试验装置及试验方法 - Google Patents
一种岩石试样围压施加试验装置及试验方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN111855428B CN111855428B CN202010844641.0A CN202010844641A CN111855428B CN 111855428 B CN111855428 B CN 111855428B CN 202010844641 A CN202010844641 A CN 202010844641A CN 111855428 B CN111855428 B CN 111855428B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- rock sample
- confining pressure
- fiber cloth
- carbon fiber
- strength carbon
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 239000011435 rock Substances 0.000 title claims abstract description 135
- 238000012360 testing method Methods 0.000 title claims abstract description 34
- 238000010998 test method Methods 0.000 title claims abstract description 7
- 239000004744 fabric Substances 0.000 claims abstract description 53
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 claims abstract description 49
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 claims abstract description 49
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 49
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 16
- 230000008569 process Effects 0.000 claims abstract description 11
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 claims description 46
- 239000010959 steel Substances 0.000 claims description 46
- 238000007789 sealing Methods 0.000 claims description 30
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims description 5
- 230000001680 brushing effect Effects 0.000 claims description 3
- 238000004873 anchoring Methods 0.000 claims description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 7
- 230000006835 compression Effects 0.000 abstract description 5
- 238000007906 compression Methods 0.000 abstract description 5
- 238000012669 compression test Methods 0.000 abstract description 5
- 230000006378 damage Effects 0.000 abstract description 5
- 208000027418 Wounds and injury Diseases 0.000 abstract description 4
- 230000008859 change Effects 0.000 abstract description 4
- 208000014674 injury Diseases 0.000 abstract description 4
- 239000003292 glue Substances 0.000 description 4
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 description 2
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000010030 laminating Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 238000007711 solidification Methods 0.000 description 1
- 230000008023 solidification Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N3/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
- G01N3/08—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress by applying steady tensile or compressive forces
- G01N3/10—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress by applying steady tensile or compressive forces generated by pneumatic or hydraulic pressure
- G01N3/12—Pressure testing
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N3/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
- G01N3/02—Details
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N2203/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
- G01N2203/0014—Type of force applied
- G01N2203/0016—Tensile or compressive
- G01N2203/0019—Compressive
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N2203/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
- G01N2203/02—Details not specific for a particular testing method
- G01N2203/025—Geometry of the test
- G01N2203/0252—Monoaxial, i.e. the forces being applied along a single axis of the specimen
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)
Abstract
本发明公开了一种岩石试样围压施加试验装置及试验方法，采用高强碳纤维布包裹岩石试样，拉动高强碳纤维布方式对岩石试样施加围压，使得岩石试样受到围压达到张拉力预定值；对受到围压后的岩石试样在一定速率下加载轴向压力，使得岩石试样在受到的围压预应力值恒定条件下直至岩石试样破坏。采用设计的岩石试样围压施加试验装置，利用预应力高强碳纤维布对岩石试样施加围压，可避免高强度硬岩受压破坏时岩块的瞬时弹射对试验人员的伤害，可减小试验过程中岩石试样含水率的变化；能够准确获取试验结果。适用于坚硬岩石的三轴压缩试验。
Description
技术领域
本发明涉及岩石力学试验技术领域，具体涉及一种新型岩石试样围压施加试验装置及试验方法。
背景技术
岩土工程领域，岩石力学试验是进行相关科研工作的基础。而岩石力学试验需要用到多种岩石力学试验机，其中岩石常规三轴试验仪价格较昂贵，且一般常规三轴压缩试验仪设备复杂，不易操作。另外，采用常规三轴试验仪过程中高强度硬岩受压破坏时岩块的瞬时弹射对试验人员伤害；在研究含水率对岩石力学性能的影响试验过程中，岩石试样含水率的变化不能得到更准确的试验结果，从而影响试验效果。
发明内容
为解决现有技术中存在的上述缺陷，本发明的目的在于提供一种岩石试样围压施加试验装置及试验方法。采用预应力高强碳纤维布缠绕岩石试样进而对岩石试样施加一定的周围压力，可避免高强度硬岩受压破坏时岩块的瞬时弹射对试验人员的伤害，可减小试验过程中岩石试样含水率的变化；能够准确获取试验结果，实现利用岩石单轴试验机对岩石试样做常规岩石三轴压缩试验。
本发明是通过下述技术方案来实现的。
本发明提供了一种岩石试样围压施加试验方法，包括以下步骤：
S1，将高强碳纤维布包裹岩石试样；
S2，采用拉动高强碳纤维布方式对岩石试样施加围压，使得岩石试样受到围压达到张拉力预定值；
S3，对受到围压后的岩石试样在一定速率下加载轴向压力，保持加载过程中高强碳纤维布对的岩石试样预应力值，使得岩石试样在受到的围压预应力值恒定条件下直至岩石试样破坏。
作为本发明优选的技术方案，将岩石试样嵌套入橡皮密封套内，使岩石试样外侧壁与橡皮密封套相贴合，通过一对柱状钢座分别紧密贴合于岩石试样上下两端，岩石试样两端多出的橡皮密封套分别与上、下柱状钢座的外侧壁紧密贴合。
作为本发明优选的技术方案，将高强纤维布紧贴合岩石试样的橡皮密封套并环绕一周，将高强碳纤维布翻转并裹在两端锚头上，伸出的部分与下层高强纤维布搭接，搭接部分刷胶凝固后，用螺栓将两个锚头锚紧。
作为本发明优选的技术方案，通过计算机启动气动拉紧器拉动两个锚头使得岩石试样所受到的围压达到预定值。
作为本发明优选的技术方案，对受到围压后的岩石试样在0.002mm/s速率下加载轴向压力。
进而，本发明还提供了一种所述方法采用的岩石试样围压施加试验装置，包括岩石试样围压装置、气动拉紧器、气泵空压机和计算机；所述岩石试样围压装置的高强碳纤维布包裹岩石试样，高强碳纤维布连接气动拉紧器，气动拉紧器连接气泵空压机，计算机分别连接岩石试样围压装置和气动拉紧器。
作为本发明优选的技术方案，所述岩石试样围压装置包括底座、上、下柱状钢座、密封套、高强碳纤维布和自锁式锚具，所述下柱状钢座固定于底座上，通过自锁式锚具同轴连接上柱状钢座；
所述自锁式锚具包括橡皮密封套、高强碳纤维布和一对杆状锚头，橡皮密封套分别套在上柱状钢座、岩石试样和下柱状钢座上，高强碳纤维布包裹岩石试样外周的橡皮密封套并穿过自锁式锚具之间的缝隙一端固定于高强碳纤维布外周上，另一端连接至气动拉紧器。
作为本发明优选的技术方案，所述杆状锚头两端截面为正方形，中部杆的截面为圆形，锚头中部杆的长度长于岩石试样的高度。
作为本发明优选的技术方案，所述上、下柱状钢座与岩石试样的中心轴线重合。
作为本发明优选的技术方案，岩石试样外侧面贴有连接至计算机的测压片。
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下有益效果：
本发明利用高强碳纤维布具有轻质，抗拉强度高，弹性模量高等优点，采用预应力高强碳纤维布对岩石试样施加围压，装置简单易操作；此装置亦可用于岩石单轴压缩试验，由于碳纤维布的包裹，避免了高强度硬岩受压破坏时岩块的瞬时弹射对试验人员的伤害；在研究含水率对岩石力学性能的影响中，此装置可减小试验过程中岩石试样含水率的变化；该试验装置实用性强，应用前景广阔。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明的不当限定，在附图中：
图1为本发明的示意图；
图2为本发明的自锁式锚具示意图。
其中，1-岩石试样，2-上柱状钢座，3-下柱状钢座，4-底座，5-测压片，6-计算机，7-橡皮密封套，8-高强碳纤维布，9-第一锚头，10-第二锚头，11-第一螺栓，12-第二螺栓，13-气动拉紧器，14-米风管，15-气泵空压机。
具体实施方式
下面将结合附图以及具体实施例来详细说明本发明，在此本发明的示意性实施例以及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
参考附图1所示，本发明实施例给出了一种岩石试样围压施加试验装置，包括岩石试样围压装置、气动拉紧器13、气泵空压机15和计算机6；岩石试样围压装置的高强碳纤维布8包裹岩石试样1，高强碳纤维布8连接气动拉紧器13，气动拉紧器13通过米风管14与气泵空压机15连接，气动拉紧器13与计算机6相连接，并受计算机6控制，控制气动拉紧器13对包裹岩石试样1高强碳纤维布8实施围压，气动拉紧器13具有收紧和放松功能，可在试验过程中维持高强碳纤维布8上的预应力不变。岩石试样围压装置中岩石试样外侧面贴有测压片5，计算机6连接测压片5，用于读取岩石试样所受到的围压，并在试样加载过程中实时监测岩石试样的围压，获取岩石试样受围压情况。
如图2所示，岩石试样围压装置包括岩石试样1、上柱状钢座2、下柱状钢座3、底座4和自锁式锚具，自锁式锚具包括橡皮密封套7、高强碳纤维布8、第一锚头9、第二锚头10、第一螺栓11和第二螺栓12，底座4上由上至下依次同轴设置上柱状钢座2、岩石试样1和下柱状钢座3，岩石试样通过自锁式锚具分别设于上柱状钢座2和下柱状钢座3之间。橡皮密封套7分别套在上柱状钢座2、岩石试样1和下柱状钢座3上，高强碳纤维布8包裹岩石试样1外周的橡皮密封套7并穿过自锁式锚具第一锚头9、第二锚头10之间的缝隙，一端固定于高强碳纤维布外周上，另一端连接至气动拉紧器。
橡皮密封套7具有很好的延展性，橡皮密封套7的内径与上柱状钢座2、下柱状钢座3和岩石试样1的直径相同，橡皮密封套的长度大于锚头圆形截面部分的长度，橡皮密封套7与岩石试样1、上柱状钢座2和下柱状钢座3的外侧壁具有良好的贴合性，在受到预应力高强碳纤维布8提供的径向约束力时与岩石的外侧壁相贴合，无破损。岩石试样1和第一柱状钢座2和第二柱状钢座3的交接处用第一锚头9和第二锚头10以及第一螺栓11和第二螺栓12进行约束连接。
上柱状钢座2、下柱状钢座3均与岩石试样1的中心轴线重合，岩石试样1为圆柱体结构，竖直放置在底座4上，岩石试样1的上端面与下端面平行，上柱状钢座2和下柱状钢座3均为圆柱体结构且直径与岩石试样1的直径相同，且上柱状钢座2和下柱状钢座3均为刚性材质。
第一锚头9和第二锚头10的两端截面形式为正方形，中部截面为圆形，锚头圆形截面部分的长度均长于岩石试样的长度，锚头的重心位置与岩石试样的重心位置在同一水平面上。高强碳纤维布8的抗拉强度可达几千兆帕，其宽度与锚头的圆形截面部分的长度相同。
下面给出岩石试样围压施加试验装置的工作方法，包括以下步骤：
在岩石试样1的中部的适当位置贴上三个测压片5。
将岩石试样1嵌套入橡皮密封套7内，使岩石试样1外侧壁与橡皮密封套7相贴合，上柱状钢座2和下柱状钢座3分别竖直放置于岩石试样1上下两端，并与岩石试样上下端面紧密贴合，岩石试样1上下两端多出的橡皮密封套7分别与上柱状钢座2和下柱状钢座3的外侧壁紧密贴合。
将高强碳纤维布8裁剪为适当的长度，将一端高强碳纤维布翻转并裹住第一锚头9，伸出的部分与下层碳纤维搭接，在搭接的部分刷胶，使胶体浸透，待胶体凝固后，将纤维布环绕岩石试样1一周，并绕过第二锚头10，将高强碳纤维布伸出的部分穿过气动拉紧器13的穿带口，用第一螺栓11和第二螺栓12将第一锚头9和第二锚头10锚紧；通过计算机6启动气动拉紧器13，当岩石试样所受到的围压达到预定值时，停止张拉。
将上述得到的岩石试样1放到岩石单轴压缩机上，并按一定0.002mm/s速率加载轴向压力直至岩石试样1破坏，加载过程中气动拉紧器13处于工作状态以维持高强碳纤维布8的预应力值，以使岩石试样1受到的围压恒定。
计算机获取岩石试样受到的围压和轴向压力，得到准确的试验结果。
本发明采用的高强碳纤维布可以是CDHJ-Ⅰ-200，该高强碳纤维布抗拉强度高达3556MPa，弹性模量高达2.41×105MPa。采用具有预应力的高强碳纤维布对岩石试样施加围压，可避免高强度硬岩受压破坏时岩块的瞬时弹射对试验人员的伤害，可减小试验过程中岩石试样含水率的变化；能够准确获取试验结果。
本发明并不局限于上述实施例，在本发明公开的技术方案的基础上，本领域的技术人员根据所公开的技术内容，不需要创造性的劳动就可以对其中的一些技术特征作出一些替换和变形，这些替换和变形均在本发明的保护范围内。
Claims (4)
1.一种岩石试样围压施加试验方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，将高强碳纤维布包裹岩石试样；
将岩石试样嵌套入橡皮密封套内，使岩石试样外侧壁与橡皮密封套相贴合，通过一对柱状钢座分别紧密贴合于岩石试样上下两端，岩石试样两端多出的橡皮密封套分别与上、下柱状钢座的外侧壁紧密贴合；
S2，采用拉动高强碳纤维布方式对岩石试样施加围压，使得岩石试样受到围压达到张拉力预定值；
将高强纤维布紧贴合岩石试样的橡皮密封套并环绕一周，将高强碳纤维布翻转并裹在两端锚头上，伸出的部分与下层高强纤维布搭接，搭接部分刷胶凝固后，用螺栓将两个锚头锚紧；
S3，对受到围压后的岩石试样在一定速率下加载轴向压力，通过计算机启动气动拉紧器拉动两个锚头使得岩石试样所受到的围压达到预定值，保持加载过程中高强碳纤维布对的岩石试样预应力值，使得岩石试样在受到的围压预应力值恒定条件下直至岩石试样破坏。
2.根据权利要求1所述的岩石试样围压施加试验方法，其特征在于，对受到围压后的岩石试样在0.002mm/s速率下加载轴向压力。
3.一种基于权利要求1-2任一项所述方法采用的岩石试样围压施加试验装置，其特征在于，包括岩石试样围压装置、气动拉紧器、气泵空压机和计算机；所述岩石试样围压装置的高强碳纤维布包裹岩石试样，高强碳纤维布连接气动拉紧器，气动拉紧器连接气泵空压机，计算机分别连接岩石试样围压装置和气动拉紧器；
所述岩石试样围压装置包括底座、上、下柱状钢座、密封套、高强碳纤维布和自锁式锚具，所述下柱状钢座固定于底座上，通过自锁式锚具同轴连接上柱状钢座；
所述自锁式锚具包括橡皮密封套、高强碳纤维布和一对杆状锚头，橡皮密封套分别套在上柱状钢座、岩石试样和下柱状钢座上，高强碳纤维布包裹岩石试样外周的橡皮密封套并穿过自锁式锚具之间的缝隙一端固定于高强碳纤维布外周上，另一端连接至气动拉紧器；
所述杆状锚头两端截面为正方形，中部杆的截面为圆形，锚头中部杆的长度长于岩石试样的高度；
所述上、下柱状钢座与岩石试样的中心轴线重合。
4.根据权利要求3所述的岩石试样围压施加试验装置，其特征在于，岩石试样外侧面贴有连接至计算机的测压片。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010844641.0A CN111855428B (zh) | 2020-08-20 | 2020-08-20 | 一种岩石试样围压施加试验装置及试验方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010844641.0A CN111855428B (zh) | 2020-08-20 | 2020-08-20 | 一种岩石试样围压施加试验装置及试验方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN111855428A CN111855428A (zh) | 2020-10-30 |
| CN111855428B true CN111855428B (zh) | 2024-06-25 |
Family
ID=72968848
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202010844641.0A Active CN111855428B (zh) | 2020-08-20 | 2020-08-20 | 一种岩石试样围压施加试验装置及试验方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN111855428B (zh) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112611646A (zh) * | 2021-01-05 | 2021-04-06 | 吉林大学 | 一种高围压岩石力学性质试验装置及测试方法 |
| CN113670793B (zh) * | 2021-08-27 | 2023-05-16 | 中国石油大学(华东) | 一种水力裂缝渗透率实时监测装置和方法 |
| CN114486522B (zh) * | 2022-01-21 | 2024-07-05 | 沈阳建筑大学 | 一种围压可控的机械式三轴实验仪 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN212340862U (zh) * | 2020-08-20 | 2021-01-12 | 西安建筑科技大学 | 一种岩石试样围压施加试验装置 |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104849134B (zh) * | 2015-05-26 | 2016-01-20 | 中国石油大学(华东) | 多级应力分级加载蠕变力学试验确定岩石长期强度的方法 |
| CN105675469B (zh) * | 2016-01-25 | 2018-03-06 | 中国矿业大学 | 岩石全自动气体渗透率测试系统及测算方法 |
| CN107389458A (zh) * | 2017-06-23 | 2017-11-24 | 北京交通大学 | 基于碳纤维复合材料的压力室 |
| CN109490086B (zh) * | 2018-12-24 | 2021-03-02 | 山东科技大学 | 一种巷道围岩支护强度试验装置及强度确定方法 |
| CN110987667B (zh) * | 2019-12-09 | 2021-04-02 | 中南大学 | 一种适用于分离式霍普金森杆的岩石高温剪切试验装置及方法 |
-
2020
- 2020-08-20 CN CN202010844641.0A patent/CN111855428B/zh active Active
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN212340862U (zh) * | 2020-08-20 | 2021-01-12 | 西安建筑科技大学 | 一种岩石试样围压施加试验装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN111855428A (zh) | 2020-10-30 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN111855428B (zh) | 一种岩石试样围压施加试验装置及试验方法 | |
| WO2020057396A1 (zh) | 等效弹性边界下锚链与土切向和法向抗力测试装置 | |
| CN212340862U (zh) | 一种岩石试样围压施加试验装置 | |
| CN103698215B (zh) | 锚索拉拔试验装置 | |
| GB2549166A (en) | A marine mooring bollard integrity detection system and method | |
| CN109056848B (zh) | 一种全长锚固锚杆拉拔试验装置及试验方法 | |
| CN112814741B (zh) | 巷道围岩位移-应力-破裂状态一体化测试装置及方法 | |
| CN203037558U (zh) | 粘接强度检测仪 | |
| CN111766200B (zh) | 一种测量爆破扰动下喷射混凝土动态粘结强度的试验装置及方法 | |
| CN104807699B (zh) | 原位岩石抗拉强度试验装置及其试验方法 | |
| CN110082222A (zh) | 分体式三维压力装置及应变波形图采集方法 | |
| CN104729921B (zh) | 一种利用离心力测定土体抗拉强度的试验仪器及试验方法 | |
| CN110006805B (zh) | 二氧化碳爆破冲击渗透一体化试验装置及其测试方法 | |
| CN202083592U (zh) | 一种用于测试圆截面柔性材料拉伸强度的夹具 | |
| CN110018052B (zh) | 一种岩石拉伸和拉剪试验装置及方法 | |
| US3906782A (en) | Isostatic crush strength test system | |
| CN107884279A (zh) | 岩石卧式全数字伺服控制直接拉伸试验系统 | |
| Davies et al. | The mechanical properties of elastomers in high-pressure CO2 | |
| CN110441160A (zh) | 一种煤岩体单轴抗压强度测试装置及测试方法 | |
| CN105221172B (zh) | 一种端锚锚杆自由段实时轴力无损检测标定系统及方法 | |
| JP3803922B2 (ja) | ボーリング孔を利用した原位置での地盤の液状化および動的特性試験方法および試験装置 | |
| CN105181305A (zh) | 棘轮紧固器检测装置及检测方法 | |
| CN115406763A (zh) | 声波检测与岩石直接拉伸一体化试验机及其试验方法 | |
| CN103487327B (zh) | 一种滚链式引伸计 | |
| CN110887728B (zh) | 用于绑扎绳拉伸试验的固定装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |