CN114136768A - 岩石类材料宏-微观裂纹扩展连续观测真三轴夹具和方法 - Google Patents

岩石类材料宏-微观裂纹扩展连续观测真三轴夹具和方法 Download PDF

Info

Publication number
CN114136768A
CN114136768A CN202111494821.1A CN202111494821A CN114136768A CN 114136768 A CN114136768 A CN 114136768A CN 202111494821 A CN202111494821 A CN 202111494821A CN 114136768 A CN114136768 A CN 114136768A
Authority
CN
China
Prior art keywords
endoscope lens
bearing plate
steel
macro
frame
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.)
Pending
Application number
CN202111494821.1A
Other languages
English (en)
Inventor
郑志
刘弘
苏国韶
张强
汪小刚
李绍军
潘鹏志
江权
王伟
邵建富
徐卫亚
刘谢伶
陶洪辉
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Guangxi University
Original Assignee
Guangxi University
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Guangxi University filed Critical Guangxi University
Priority to CN202111494821.1A priority Critical patent/CN114136768A/zh
Publication of CN114136768A publication Critical patent/CN114136768A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

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
    • G01N3/02—Details
    • G01N3/04—Chucks
    • 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
    • G01N3/06—Special adaptations of indicating or recording means
    • G01N3/068—Special adaptations of indicating or recording means with optical indicating or recording means
    • 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
    • G01N2203/0058—Kind of property studied
    • G01N2203/006—Crack, flaws, fracture or rupture
    • G01N2203/0062—Crack or flaws
    • G01N2203/0064—Initiation of crack
    • 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
    • G01N2203/0058—Kind of property studied
    • G01N2203/006—Crack, flaws, fracture or rupture
    • G01N2203/0062—Crack or flaws
    • G01N2203/0066—Propagation of crack
    • 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
    • G01N2203/0058—Kind of property studied
    • G01N2203/006—Crack, flaws, fracture or rupture
    • G01N2203/0067—Fracture or rupture
    • 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
    • G01N2203/0256—Triaxial, i.e. the forces being applied along three normal axes 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)
  • Investigating Materials By The Use Of Optical Means Adapted For Particular Applications (AREA)

Abstract

岩石类材料宏‑微观裂纹扩展连续观测真三轴夹具和方法，包括六块承压板和高清数码显微镜，五块承压板采用钢质材料制成，一块承压板采用石英玻璃制成，六块承压板相互搭接布置，其中石英玻璃的前端设有钢垫板；钢垫板内分别开设有用于放置内镜镜头凹槽和摄像头凹槽，内镜镜头凹槽内安装有内镜镜头，摄像头凹槽内安装有高帧率全高清摄像头，且内镜镜头和高帧率全高清摄像头的信号线分别通过贯通小孔Ⅰ和贯通小孔Ⅱ延伸至钢垫板外侧与图像监视器连接；所述石英玻璃承压板的边角处切掉一个三棱柱形成切面，高清数码显微镜与切面正对设置。本发明实现了真三维应力下岩石类材料宏‑微观裂隙萌生、扩展和相互贯通全过程的连续、可视化观测。

Description

岩石类材料宏-微观裂纹扩展连续观测真三轴夹具和方法
技术领域
本发明属于岩石力学试验技术领域，特别涉及岩石类材料宏-微观裂纹扩展连续观测真三轴夹具和方法。
背景技术
如今我国将大力推进隧道工程、水利水电工程、边坡工程等基础工程的建设。在实际工程中，工程岩体的受力状态十分复杂，除岩体表面外，其余各点均处于三向受力状态。此外，随着工程的施工，各点的受力状态也在不断改变。裂隙作为影响岩体整体强度的重要因素，其所处环境的微小变化都有可能导致工程岩体发生失稳或者破坏，岩石工程界普遍需求一种岩石类材料宏-微观裂纹扩展连续观测真三轴夹具和方法，以解释岩石类材料在真三轴复杂应力状态下裂隙扩展机制及其力学机理。
目前，“三刚”式岩石真三轴夹具采用的六面加载压板大多留有加载空白间隙，容易导致试样表面受力不均，从而影响试验效果；此外，目前真三轴装置所用材质不透明，尚不能实现对岩石类材料同时进行宏-微观破裂演化过程的可视化观测，岩石类材料裂隙扩展过程和扩展机制不清。因此，为了更好地研究岩石类材料宏-微观裂纹扩展过程，实现连续、可视化观测，亟需发明岩石类材料宏-微观裂纹扩展连续观测真三轴夹具和方法。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供岩石类材料宏-微观裂纹扩展连续观测真三轴夹具和方法，本发明的夹具施工工艺简单，成本较低，适用范围广，观测方法机理明确，可操作性强，具有良好的推广前景。
岩石类材料宏-微观裂纹扩展连续观测真三轴夹具和观测方法，包括六块承压板和高清数码显微镜，五块承压板采用钢质材料制成，一块承压板采用透明材料制成，六块承压板相互搭接布置，其中透明承压板的前端设有钢垫板；钢垫板内分别开设有用于放置内镜镜头凹槽和高帧率全高清摄像头凹槽，内镜镜头凹槽内安装有内镜镜头，高帧率全高清摄像头凹槽内安装有高帧率全高清摄像头，且内镜镜头和高帧率全高清摄像头的信号线分别通过贯通小孔Ⅰ和贯通小孔Ⅱ延伸至钢垫板外侧与图像监视器连接；所述透明材料的边角处切掉一个三棱柱形成切面，高清数码显微镜与带有切面的透明材料的切面正对设置。
所述钢质承压板采用12CrMoV合金钢材料制成。
所述透明承压板采用石英玻璃制成。
一种适用于岩石类材料宏-微观裂纹扩展连续观测真三轴夹具的观测方法，包括以下步骤：
步骤1，将内镜镜头和高帧率全高清摄像头分别对应安装于钢垫板内的内镜镜头凹槽和高帧率全高清摄像头凹槽中，且内镜镜头的信号线和高帧率全高清摄像头的信号线分别通过贯通小孔Ⅰ和贯通小孔Ⅱ穿出与图像监视器连接，通过内镜镜头和高帧率全高清摄像头同时观测岩石类材料宏观裂纹萌生、扩展及破裂过程；
步骤2，将五块钢质承压板和一块透明承压板采用相互搭接的方式组装成一体，并在其内部放置含裂隙的岩石类材料试件，然后在透明承压板的外侧安装一块钢垫板，且带有内镜镜头凹槽和高帧率全高清摄像头凹槽的钢垫板与带有切面的承压板对应安装；
步骤3，在带有切面的石英玻璃的侧向布置一个高清数码显微镜，高清数码显微镜的镜头与承压板的切面正对，通过承压板所设切面观测试件微观裂纹萌生、扩展、破裂过程；
步骤4，启动内镜镜头、高帧率全高清摄像头、高清数码显微镜和高压伺服动真三轴试验机，同时观测含裂隙的岩石类材料试件在加载过程中的宏-微观裂纹实时破裂过程并传输给计算机，直至含裂隙的岩石类材料试件破坏。
本发明的有益效果：
本发明与现有技术相比，首次实现了本发明实现了真三维应力下岩石类材料宏-微观裂隙萌生、扩展和相互贯通全过程的连续、可视化观测。本发明所用五块承压板采用钢质材料制成，一块承压板采用透明材料制成，并在透明材料左侧设有切面；承压板相互搭接布置，有效避免了应力空白间隙；前承压板内部开有用于放置内镜镜头和高帧率全高清摄像头的凹槽，凹槽内开有使信号线通过的孔道，可以实现对岩石类材料的宏观破裂过程进行实时观测；采用高清数码显微镜通过所设切面可以实现对岩石类材料的微观破裂过程进行观测；运用非接触全场应变测量数字图像相关技术实现了对岩石类材料裂纹扩展过程中全场应变的观测；实现了岩石类材料宏-微观破裂过程连续可视化观测。此外，本发明的夹具装置施工工艺简单，成本较低，适用范围广，观测方法机理明确，可操作性强，具有良好的推广前景。
附图说明
图1为本发明岩石类材料宏-微观裂纹扩展连续观测真三轴夹具的三维示意图一；
图2为本发明岩石类材料宏-微观裂纹扩展连续观测真三轴夹具的三维示意图二；
图3为本发明岩石类材料宏-微观裂纹扩展连续观测真三轴夹具的1/4俯视图；
图中，1-承压板，101-透明承压板，102-钢质承压板，2-岩石类试件，3-内镜镜头，4-高帧率全高清摄像头，5-高清数码显微镜，8-连接板，9-T形螺母，10-信号线，11-图像监视器，12-钢垫板，13-U型座螺柱，14-圆型座螺柱，15-螺栓，16-贯通小孔。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。
如图1至图3所示，岩石类材料宏-微观裂纹扩展连续观测真三轴夹具和观测方法，包括六块承压板1和高清数码显微镜5，五块承压板102采用钢质材料制成，一块承压板101采用透明材料制成，六块承压板1相互搭接布置，其中透明承压板101的前端设有钢垫板12；钢垫板12内分别开设有用于放置内镜镜头凹槽和高帧率全高清摄像头凹槽，内镜镜头3凹槽内安装有内镜镜头3，高帧率全高清摄像头凹槽内安装有高帧率全高清摄像头4，且内镜镜头3和高帧率全高清摄像头4的信号线10分别通过贯通小孔I16和贯通小孔II 16延伸至钢垫板12外侧与图像监视器连接11；所述透明材料的边角处切掉一个三棱柱形成切面，高清数码显微镜5与带有切面的透明材料的切面正对设置。
所述钢质承压板102采用12CrMoV合金钢材料制成。
所述透明承压板101采用为石英玻璃制成。
一种适用于岩石类材料宏-微观裂纹扩展连续观测真三轴夹具的观测方法，包括以下步骤：
步骤1，将内镜镜头3和高帧率全高清摄像头4分别对应安装于钢垫板12内的内镜镜头凹槽和高帧率全高清摄像头凹槽中，且内镜镜头3的信号线10和高帧率全高清摄像头4的信号线10分别通过贯通小孔I16和贯通小孔Ⅱ16穿出与图像监视器11连接，通过内镜镜头3和高帧率全高清摄像头4同时观测岩石类材料宏观裂纹萌生、扩展及破裂过程；
步骤2，将五块钢质承压板102和一块透明承压板101采用相互搭接的方式组装成一体，并在其内部放置含裂隙的岩石类材料试件2，然后在透明承压板101的外侧安装一块钢垫板12，且带有内镜镜头凹槽和高帧率全高清摄像头凹槽的钢垫板与带有切面的承压板对应安装；
步骤3，在带有切面的透明承压板101的侧向布置一个高清数码显微镜5，高清数码显微镜5的镜头与透明承压板101的切面正对，通过透明承压板101所设切面观测试件微观裂纹萌生、扩展、破裂过程；
步骤4，启动内镜镜头3、高帧率全高清摄像头4、高清数码显微镜5和高压伺服动真三轴试验机，同时观测含裂隙的岩石类材料试件在加载过程中的宏-微观裂纹实时破裂过程并传输给计算机，直至含裂隙的岩石类材料试件破坏。

Claims (4)

1.岩石类材料宏-微观裂纹扩展连续观测真三轴夹具，其特征在于：包括六块承压板和高清数码显微镜，五块承压板采用钢质材料制成，一块承压板采用透明材料制成，六块承压板相互搭接布置，其中透明承压板的前端设有钢垫板；钢垫板内分别开设有一个内镜镜头凹槽和两个高帧率全高清摄像头凹槽，内镜镜头凹槽内安装有内镜镜头，高帧率全高清摄像头凹槽内安装有高帧率全高清摄像头，且内镜镜头和高帧率全高清摄像头的信号线分别通过贯通小孔Ⅰ和贯通小孔Ⅱ延伸至钢垫板外侧与图像监视器连接；所述透明材料的边角处切掉一个三棱柱形成切面，高清数码显微镜与带有切面的透明材料承压板的切面正对设置。
2.根据权利要求1所述的一种适用于岩石类材料宏-微观裂纹扩展连续观测真三轴夹具，其特征在于：所述钢质承压板采用12CrMoV合金钢材料制成。
3.根据权利要求1所述的一种适用于岩石类材料宏-微观裂纹扩展连续观测真三轴夹具，其特征在于：所述透明承压板采用石英玻璃制成。
4.根据权利要求1所述的一种适用于岩石类材料宏-微观裂纹扩展连续观测真三轴夹具的观测方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1，将内镜镜头和高帧率全高清摄像头分别对应安装于钢垫板内的内镜镜头凹槽和高帧率全高清摄像头凹槽中，且内镜镜头的信号线和高帧率全高清摄像头的信号线分别通过贯通小孔Ⅰ和贯通小孔Ⅱ穿出与图像监视器连接，通过内镜镜头和高帧率全高清摄像头同时观测岩石类材料宏观裂纹萌生、扩展及破裂过程；
步骤2，将五块钢质承压板和一块透明承压板采用相互搭接的方式组装成一体，并在其内部放置含裂隙的岩石类材料试件，然后在透明承压板的外侧安装一块钢垫板，且带有内镜镜头凹槽和高帧率全高清摄像头凹槽的钢垫板与带有切面的承压板对应安装；
步骤3，在带有切面的石英玻璃的侧向布置一个高清数码显微镜，高清数码显微镜的镜头与承压板的切面正对，通过透明承压板所设切面观测试件微观裂纹萌生、扩展、破裂过程；
步骤4，启动内镜镜头、高帧率全高清摄像头、高清数码显微镜和高压伺服动真三轴试验机，同时观测含裂隙的岩石类材料试件在加载过程中的宏-微观裂纹实时破裂过程并传输给计算机，直至含裂隙的岩石类材料试件破坏。
CN202111494821.1A 2021-12-09 2021-12-09 岩石类材料宏-微观裂纹扩展连续观测真三轴夹具和方法 Pending CN114136768A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111494821.1A CN114136768A (zh) 2021-12-09 2021-12-09 岩石类材料宏-微观裂纹扩展连续观测真三轴夹具和方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111494821.1A CN114136768A (zh) 2021-12-09 2021-12-09 岩石类材料宏-微观裂纹扩展连续观测真三轴夹具和方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN114136768A true CN114136768A (zh) 2022-03-04

Family

ID=80385367

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202111494821.1A Pending CN114136768A (zh) 2021-12-09 2021-12-09 岩石类材料宏-微观裂纹扩展连续观测真三轴夹具和方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114136768A (zh)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101354355A (zh) * 2008-08-22 2009-01-28 重庆大学 一种含瓦斯煤岩细观力学试验系统
CN108918284A (zh) * 2018-07-25 2018-11-30 重庆大学 一种可视化真三轴实验装置
CN110501232A (zh) * 2019-07-04 2019-11-26 同济大学 基于双轴流变仪实现可视化的真三轴水力耦合试验装置
US20200408656A1 (en) * 2018-06-13 2020-12-31 Shandong University Of Science And Technology System and method for monitoring crack propagation of transparent rock specimen
CN113702185A (zh) * 2021-09-24 2021-11-26 广西大学 真三轴下硬岩扰动破裂可视化定量研究的夹具和观测方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101354355A (zh) * 2008-08-22 2009-01-28 重庆大学 一种含瓦斯煤岩细观力学试验系统
US20200408656A1 (en) * 2018-06-13 2020-12-31 Shandong University Of Science And Technology System and method for monitoring crack propagation of transparent rock specimen
CN108918284A (zh) * 2018-07-25 2018-11-30 重庆大学 一种可视化真三轴实验装置
CN110501232A (zh) * 2019-07-04 2019-11-26 同济大学 基于双轴流变仪实现可视化的真三轴水力耦合试验装置
CN113702185A (zh) * 2021-09-24 2021-11-26 广西大学 真三轴下硬岩扰动破裂可视化定量研究的夹具和观测方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
许江;程立朝;谭皓月;王雷;吴慧;: "原生裂纹对煤岩剪切破坏宏细观演化规律的影响研究", 岩石力学与工程学报, no. 01 *
赵洪宝;胡桂林;李伟;张欢;雷凯;: "预制裂隙岩石裂纹扩展规律的研究进展与思考", 地下空间与工程学报, no. 2 *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108444813B (zh) 多尺度土石混合体-基岩界面剪切特性测试装置和方法
CN104833590B (zh) 岩石ii型断裂韧度测试方法
CN104949883A (zh) 一种用于薄板中心裂纹拉伸试样断裂韧度测试的装置
CN103792151A (zh) 脆性材料动态拉伸裂纹扩展速度的测量装置及测量方法
CN105403366A (zh) 盾构隧道管片环缝抗渗性能试验系统
CN109342219B (zh) 一种涂层剪切强度测试装置
CN112665931B (zh) 金属微观力学性能高通量统计表征方法
CN110686971B (zh) 一种精确判断裂隙岩体起裂应力及裂纹类型的方法
CN103471796B (zh) 隧道现浇砼衬砌抗震性能测试方法
CN109186836A (zh) 基于三维光学测量技术和轮廓法测试焊接接头残余应力的方法
CN113588448B (zh) 脆性材料i型裂纹裂尖张开位移及裂纹扩展速度测量方法
Chen et al. Damage evolution of tuff under cyclic tension–compression loading based on 3D digital image correlation
CN102043018A (zh) 隧道掘进机三维加载模拟试验装置
CN114136768A (zh) 岩石类材料宏-微观裂纹扩展连续观测真三轴夹具和方法
CN206862735U (zh) 适用于棒、线材金相试样的夹具
CN1621802A (zh) 涂层力学试验装置
CN109612847B (zh) 纤维增强再生砖骨料混凝土弯曲性能试验装置及方法
Suryanto et al. Investigating the mechanism of shear fatigue in reinforced concrete beams subjected to pulsating and moving loads using digital image correlation
CN101702292B (zh) 隧道掘进机二维加载模拟试验装置
CN102654439B (zh) 一种锻件内部孔洞型缺陷焊合程度的评价方法
CN201561897U (zh) 隧道掘进机二维加载模拟试验装置
CN104007177A (zh) 冷拔无缝钢管心部的微孔状缺陷的检测方法
CN110567798A (zh) 用于表面裂隙岩块拉剪强度测试试件及拉剪强度测试方法
CN113702185B (zh) 真三轴下硬岩扰动破裂可视化定量研究的夹具和观测方法
CN114018732B (zh) 一种滚动微动疲劳试验装置及试验方法

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