CN218121590U - 破碎岩石蠕变试验仪 - Google Patents

Abstract

本申请提出了一种破碎岩石蠕变试验仪，包括：放置蠕变试验破碎岩石的平台；对破碎岩石施加载荷的加载件；控制件，控制件与加载件相连，根据蠕变试验控制加载件开启或关闭，以向破碎岩石施加目标载荷，完成蠕变试验。试验仪整体刚度高，部件抗变形能力强，操作简单，试验误差小，部件可以根据岩石大小进行调整，并且实验过程中可以直接观测岩石的变化。由此，解决了相关技术中岩石蠕变试验误差较大、操作复杂、试验模拟尺寸受限，以及无法直观观察到压实过程中颗粒位移、破碎现象等问题。

Description

破碎岩石蠕变试验仪

技术领域

本申请涉及岩石物理实验技术领域，特别涉及一种破碎岩石蠕变试验仪。

背景技术

岩石流变性能指岩石在力的作用下其强度、变形等随时间缓慢发生变化的性能，通过研究岩石流变性能，可以针对岩石工程的长期稳定性问题做出分析判断。蠕变指岩石在恒温恒压作用下，变形随时间而增加的现象，是流变的一种表现形式，大多数流变力学试验都是采用保证施加载荷恒定，研究变形随时间变化规律的蠕变方式进行研究。

岩土相似模拟试验技术是一种便于操作、对原型有针对性的研究、发展比较早的研究岩土力学特性的探索手段，也就是根据模拟试验相似原理，在实验室内用某种模拟相似材料(单一的或多种材料混合而成的)浇筑制作成相似模拟，通过对模拟上的应力、应变的观测来判断和分析原型上所发生的力学现象以及应力-应变的变化特性，从而为岩土工程的设计和施工方案的选择提供更加合理科学的依据。从以前到现在，在研究实际工程中复杂岩体受力特性时，岩土相似模拟技术就显示出其他研究手段无可替代的地位，从而体现出此技术在研究岩土力学方面的优越性。

岩土相似模拟技术不但可以研究处于实际应力状态的岩土体受力特性，还可以从相似模拟试验中得到相似模拟的极限载荷及破坏形式。与此同时，相似模拟试验结果可与数值模拟计算结果相对比，相似模拟试验所给出的结果更加的直观形象，从而能给人以更加深刻的印象，在实际的岩土工程研究中得到广泛的应用。随着实际岩土工程问题的数量增加非常快以及不同岩体力学的性质很复杂，使得相似模拟试验在岩体工程中得到了广泛的应用，其重要作用也日益显现出来。

目前岩石力学工作者针对岩石尤其是破碎岩石流变力学特性进行了大量的室内试验。其中破碎岩石压缩蠕变试验是最基础也是最重要的试验，其要求试件轴压一经施加在试件进行全过程内保持恒定，不能产生超过误差允许范围的变化。对应地，破碎岩石蠕变仪是在岩石压缩试验仪的基础上添加稳压功能，以保证蠕变试验中载荷一经施加，需要长时间保持恒定这个最基本也是最重要的要求。目前很多机构采用机械稳压蠕变仪，采用杠杆原理利用较轻配重来平衡较大载荷的方式进行稳压操作。

利用杠杆原理等通过手工加载方式施加对试件所要求的载荷，并采取机械稳压技术如施加配重等方式保证试验长周期内载荷的恒定。这种试验仪无需电力驱动，使试验过程最大限度免除外界条件干扰。但该种试验仪需要手动加载，加载过程费时费力，使用起来不方便，手动加载过程很难保证载荷按照预定加载速度施加，这对试件强度会造成一定的影响。此外，杠杆系统占用空间较大，试验操作不方便。

通过现有的碎石蠕变装置可以了解到：首先已有技术中有些试验仪直接利用现场收集的破碎岩石进行试验，存在着一定的误差，且试验操作较复杂；还有些试验仪规定的标准试件尺寸有一定的限制。其次现有技术试验仪模具为不锈钢材料，无法直观观察到压实过程中颗粒位移、破碎现象，压实过程中的颗粒移动过程都为推测，试验精度较低，亟待解决。

发明内容

本申请提供一种破碎岩石蠕变试验仪，以解决相关技术中岩石蠕变试验误差较大、操作复杂、试验模拟尺寸受限，以及无法直观观察到压实过程中颗粒位移、破碎现象等问题。

本申请提供一种破碎岩石蠕变试验仪，包括：放置蠕变试验破碎岩石的平台；对所述破碎岩石施加载荷的加载件；控制件，所述控制件与所述加载件相连，根据所述蠕变试验控制所述加载件开启或关闭，以向所述破碎岩石施加目标载荷，完成所述蠕变试验。

可选地，在本申请中，还包括：检测件；所述检测件设置于所述平台一侧或两侧，检测所述蠕变试验中施加载荷后的所述破碎岩石的轴向应变。

可选地，在本申请中，所述平台包括：放置所述破碎岩石的试验缸；设置于所述试验缸下方的底盘；设置于所述底盘下方的滑轨，通过所述滑轨控制所述底盘滑动；设置于所述试验缸内部的可移动压盘。

可选地，在本申请中，所述平台包括：传立柱，所述传立柱一端与所述底盘相连，另一端与所述加载件相连，将所述加载件的输出的载荷施加至所述破碎岩石。

可选地，在本申请中，所述平台包括：底座；与所述底座相连的第一立柱和第二立柱；设置在所述第一立柱和所述第二立柱顶端的上横梁；设置在所述传立柱和所述加载件之间的下横梁；传力杆，所述传力杆一端与所述上横梁相连，另一端与所述压盘相连。

可选地，在本申请中，所述检测件为轴向位移计。

可选地，在本申请中，所述检测件包括内伸缩杆和外伸缩杆，所述外伸缩杆与所述第一立柱或所述第二立柱相连，所述内伸缩杆与所述底盘相连。

可选地，在本申请中，所述加载件为伺服电机。

可选地，在本申请中，所述试验缸为亚克力板。

可选地，在本申请中，所述控制件通过调整所述加载件的载荷加载速度、加载大小和加载时间，控制所述加载件向所述破碎岩石施加目标载荷。

由此，本申请具有以下有益效果：

利用平台放置蠕变试验破碎岩石，通过加载件向破碎岩石施加轴向载荷，进行蠕变试验。试验仪整体刚度高，部件抗变形能力强，操作简单，试验误差小，部件可以根据岩石大小进行调整，并且实验过程中可以直接观测岩石的变化。由此，解决了相关技术中岩石蠕变试验误差较大、操作复杂、试验模拟尺寸受限，以及无法直观观察到压实过程中颗粒位移、破碎现象等问题。

本申请附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。

附图说明

本申请上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为根据本申请实施例的破碎岩石蠕变试验仪装置示例图；

图2为本申请一个实施例提供的破碎岩石蠕变试验仪的正面结构示意图；

图3为本申请一个实施例提供的破碎岩石蠕变试验仪的侧面结构示意图；

图4为本申请一个实施例提供的破碎岩石蠕变试验仪的俯视结构示意图；

图5为本申请一个实施例提供的三联破碎岩石蠕变试验仪结构示意图。

附图标记说明：平台-100、试验缸-101、底盘-102、滑轨-103、压盘-104、传立柱-105、底座-106、第一立柱-107、第二立柱-108、上横梁-109、下横梁-1010、传力杆-1011、加载件-200、控制件-300、检测件-400、内伸缩杆-401、外伸缩杆-402。

具体实施方式

下面详细描述本申请的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。

本申请是基于对以下事实和问题的发现和认识作出的：

现有的碎石蠕变装置可以了解到：首先已有技术中有些试验仪直接利用现场收集的破碎岩石进行试验，这样存在着一定的误差，且试验操作较复杂；还有些试验仪规定的标准试件尺寸有一定的限制，而本申请中的试验仪中可以采用试验仪配套的试验缸进行试验，或可以根据试验的需要制作所需尺寸的试验模拟，即试验模拟尺寸不受限制。其次现有技术试验仪模具为不锈钢材料，无法直观观察到压实过程中颗粒位移、破碎现象，压实过程中的颗粒移动过程都为推测。本试验仪采用亚克力板试验缸进行试验，可以直观地观察试验的过程就可以观察到破碎岩石在蠕变过程中颗粒位移、破碎现象等现象，最终可以准确的得出压实的移动过程及试验所需的结论。最后本申请的试验仪可以与动态数据记录仪连接，准确的控制载荷及位移的变化，从而更好的进行试验。

下面参考附图描述本申请实施例的破碎岩石蠕变试验仪。针对上述背景技术中提到的问题，本申请提供了一种破碎岩石蠕变试验仪，本申请实施例利用平台放置蠕变试验破碎岩石，通过加载件向破碎岩石施加轴向载荷，进行蠕变试验。试验仪整体刚度高，部件抗变形能力强，操作简单，试验误差小，部件可以根据岩石大小进行调整，并且实验过程中可以直接观测岩石的变化。由此，解决了相关技术中岩石蠕变试验误差较大、操作复杂、试验模拟尺寸受限，以及无法直观观察到压实过程中颗粒位移、破碎现象等问题。

具体而言，图1为本申请实施例所提供的一种破碎岩石蠕变试验仪的结构示意图。

如图1所示，该破碎岩石蠕变试验仪10包括：平台100、加载件200和控制件300。

其中，平台100用于放置蠕变试验破碎岩石。加载件200用于对破碎岩石施加载荷。控制件300与加载件200相连，根据蠕变试验控制加载件开启或关闭，以向破碎岩石施加目标载荷，从而完成蠕变试验。

可以理解的是，本申请的实施例采用岩土相似模拟试验技术，在实验室内通过破碎岩石蠕变试验仪10进行破碎岩样蠕变模拟试验，对试验过程中发生的力学现象以及应力-应变的变化特性进行判断和分析，从而为岩土工程的设计和施工方案的选择提供更加合理科学的依据。

可选地，在本申请的一个实施例中，如图2所示，平台100包括：放置破碎岩石的试验缸101；设置于试验缸101下方的底盘102；设置于底盘102下方的滑轨103，通过滑轨103控制底盘102滑动；设置于试验缸101内部的可移动压盘104。

其中，试验缸101为透明亚克力件，一般安装在底盘102上，该亚克力试验缸用于放置破碎岩样，进行蠕变试验，并可根据实际需求进行拆卸。滑轨103设置在底盘102下方，底盘102可以在滑轨103上进行滑动，便于放置试验缸101。压盘104在上下方向上可移动且可脱离地安置在试验缸101内。

在本申请的实施例中，试验缸101可以根据破碎岩石粒径和级配的不同，按照具体要求配置试验模拟，也可以根据现场实际情况进行相似模拟，配置出符合相似比的试验模拟进行试验。

此外，在本申请的实施例中，如图2所示，平台100还包括：传立柱105，其一端与底盘102相连，另一端与加载件200相连，将加载件200的输出的载荷施加至破碎岩石；底座106；与底座106相连的第一立柱107和第二立柱108；设置在第一立柱107和第二立柱108顶端的上横梁109；设置在传立柱105和加载件200之间的下横梁1010；传力杆1011，其一端与上横梁109相连，另一端与压盘104相连。

结合图2、图3和图4所示，可以清楚地看出本申请实施例的破碎岩石蠕变试验仪的结构。

可选地，在本申请的一个实施例中，加载件200为伺服电机。

在本申请的实施例中，利用伺服电机作为加载件，并与上方的底盘102相连接。其中，伺服电机在蠕变试验中，主要用于对岩石试件施加载荷，使得在加载过程中控制更为精确。

可选地，在本申请的一个实施例中，控制件300通过调整加载件200的载荷加载速度、加载大小和加载时间，控制加载件200向破碎岩石施加目标载荷。

具体地，控制件300用于控制伺服电机关闭或开启，并用于在蠕变试验控制伺服电机以电动方式按照一定加载速度对试件施加载荷至目标载荷值。

在本申请的实施例中，破碎岩石蠕变试验仪可以为三联碎石伺服控制蠕变仪，如图5所示，且上述三台仪器可分开控制。

可选地，在本申请的一个实施例中，破碎岩石蠕变试验仪10还包括：检测件400；检测件400设置于平台100一侧或两侧，检测蠕变试验中施加载荷后的破碎岩石的轴向应变。

在上述实施例的基础上，检测件400的数目为一个或者两个，设置于试验缸101的一侧或者两侧，具体地，检测件400可以设置在第一立柱107或第二立柱108上。本申请的实施例的检测件可以为轴向位移计，轴向位移计包括外伸缩杆和内伸缩杆，外伸缩杆固定于立柱上，内伸缩杆设置于外伸缩杆内部，可以相对于外伸缩杆上下移动，内伸缩杆可以连接底盘，在蠕变试验中，向岩石施加载荷时，内伸缩杆随底盘一同移动，进而通过内外伸缩杆的位移检测岩石的轴向应变。

本申请的实施例通过破碎岩石蠕变试验仪进行模拟试验的过程中，其主要包括加载和稳压两个过程，首先对岩石试件施加设计大小的载荷值，然后采用设定的方法使得载荷大小不变，在此过程中测定碎石变形量随时间的变化，直到碎石变形量随时间几乎不再发生变化的时候，施加下一级载荷，然后保持载荷稳定，测定试件变形量随时间的变化。如此重复，直到岩石产生加速蠕变直至破坏。

本申请的破碎岩石蠕变试验仪使用方法为：

按照不同颗粒级配将碎石装入试验缸内，通过滑轨将放置试验缸的底盘拉出，将试验缸安装在底盘上，通过滑轨将底盘与试验缸推至压盘正下方，转动安装在立柱上的位移传感器，使之与底盘轻微接触。

将岩石试件放置完毕之后，伺服电机控制单元控制开启伺服电机，并控制伺服电机以电动方式按照一定加载速度对岩石试件施加载荷至目标载荷值。优选地，开启控制按钮，通过主机设置目标载荷值、加载速度，加压时间等参数，伺服电机施加载荷到目标载荷值。

开始蠕变试验后，可在主机上观察载荷大小，以及岩石试件的变形参数，蠕变试验完成后，可以通过不同文本格式保存各个参量之间的线性关系。

本申请实施例的破碎岩石蠕变试验仪仪器整体刚度高，部件抗变形能力强，载荷问题性能好，载荷传感器标定精度高，且试验仪中采用试验仪配套的试验缸进行试验，可以根据试验的需要制作所需尺寸的试验模拟，即试验模拟尺寸不受限制。并采用亚克力板试验缸进行试验，可以直观地观察试验的过程就可以观察到破碎岩石在压实过程中颗粒位移、破碎现象等现象。

根据本申请实施例提出的破碎岩石蠕变试验仪，利用平台放置蠕变试验破碎岩石，通过加载件向破碎岩石施加轴向载荷，进行蠕变试验，通过破碎岩石蠕变试验仪可以准确的得出岩石的移动过程及试验结论，精准控制载荷及位移的变化。试验仪整体刚度高，部件抗变形能力强，操作简单，试验误差小，部件可以根据岩石大小进行调整，并且实验过程中可以直接观测岩石的变化。由此，解决了相关技术中岩石蠕变试验误差较大、操作复杂、试验模拟尺寸受限，以及无法直观观察到压实过程中颗粒位移、破碎现象等问题。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或N个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本申请的描述中，“N个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

Claims (10)

1.一种破碎岩石蠕变试验仪，其特征在于，包括：

放置蠕变试验破碎岩石的平台；

对所述破碎岩石施加载荷的加载件；

控制件，所述控制件与所述加载件相连，根据所述蠕变试验控制所述加载件开启或关闭，以向所述破碎岩石施加目标载荷，完成所述蠕变试验。

2.根据权利要求1所述的试验仪，其特征在于，还包括：

检测件；所述检测件设置于所述平台一侧或两侧，检测所述蠕变试验中施加载荷后的所述破碎岩石的轴向应变。

3.根据权利要求2所述的试验仪，其特征在于，所述平台包括：

放置所述破碎岩石的试验缸；

设置于所述试验缸下方的底盘；

设置于所述底盘下方的滑轨，通过所述滑轨控制所述底盘滑动；

设置于所述试验缸内部的可移动压盘。

4.根据权利要求3所述的试验仪，其特征在于，所述平台包括：

传立柱，所述传立柱一端与所述底盘相连，另一端与所述加载件相连，将所述加载件的输出的载荷施加至所述破碎岩石。

5.根据权利要求4所述的试验仪，其特征在于，所述平台包括：

底座；

与所述底座相连的第一立柱和第二立柱；

设置在所述第一立柱和所述第二立柱顶端的上横梁；

设置在所述传立柱和所述加载件之间的下横梁；

传力杆，所述传力杆一端与所述上横梁相连，另一端与所述压盘相连。

6.根据权利要求2所述的试验仪，其特征在于，所述检测件为轴向位移计。

7.根据权利要求5所述的试验仪，其特征在于，所述检测件包括内伸缩杆和外伸缩杆，所述外伸缩杆与所述第一立柱或所述第二立柱相连，所述内伸缩杆与所述底盘相连。

8.根据权利要求1所述的试验仪，其特征在于，

所述加载件为伺服电机。

9.根据权利要求3所述的试验仪，其特征在于，

所述试验缸为亚克力板。

10.根据权利要求1-9任一项所述的试验仪，其特征在于，所述控制件通过调整所述加载件的载荷加载速度、加载大小和加载时间，控制所述加载件向所述破碎岩石施加目标载荷。

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