CN220455018U - 一种基于“点-面荷载”加载的岩石破岩的测试系统 - Google Patents
一种基于“点-面荷载”加载的岩石破岩的测试系统 Download PDFInfo
- Publication number
- CN220455018U CN220455018U CN202320113601.8U CN202320113601U CN220455018U CN 220455018 U CN220455018 U CN 220455018U CN 202320113601 U CN202320113601 U CN 202320113601U CN 220455018 U CN220455018 U CN 220455018U
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- load
- point
- loading
- rock
- test system
- 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 64
- 238000012360 testing method Methods 0.000 title claims abstract description 54
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 239000010959 steel Substances 0.000 claims description 9
- 239000000463 material Substances 0.000 claims 1
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 11
- 230000008569 process Effects 0.000 abstract description 7
- 238000011160 research Methods 0.000 abstract description 6
- 238000011065 in-situ storage Methods 0.000 abstract description 5
- 230000008859 change Effects 0.000 abstract description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 abstract description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 abstract 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 3
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 3
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 3
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 3
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 2
- 230000006978 adaptation Effects 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 1
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000004069 differentiation Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000003116 impacting effect Effects 0.000 description 1
- 238000005065 mining Methods 0.000 description 1
- 238000010008 shearing Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)
Abstract
本实用新型公开一种基于“点‑面荷载”加载的岩石破岩的测试系统。该测试系统包括点‑面荷载加载测试结构，结构同时从两个不同方向向待测岩石施加点‑面载荷，并实时采集载荷施加过程中的岩石的受力数据，通过点‑面破岩应力分布模型分析处理得到岩石内部与加载点平行平面的面应力值，最终确认在岩石点‑面加载条件的破裂模式及有效破岩载荷。本实用新型的测试系统具有结构简单，测量精度高，并能够开展破岩力学研究，提供一种基于点‑面荷载加载原理的点加载岩石破岩方法，并且能够实现多尺度岩石点‑面破岩加载分析，实时监测岩石破岩的荷载变化规律。该测试系统能够为破碎岩石力学进行破岩的室内试验及现场原位试验提供实现装置。
Description
技术领域
本实用新型属于岩土工程测试技术领域，尤其涉及一种基于“点-面荷载”加载的岩石破岩的测试系统。
背景技术
随着浅部稀有矿物资源日益枯竭，深部开采逐渐成为资源开发新常态。当矿山开采进入深部，矿岩坚硬致密，地应力增大、矿体赋存复杂特征显现，使得硬岩切割难、钻爆回采连续作业难成为目前深部资源开采的突出问题，岩石的高效破岩技术面临严峻挑战，亟待突破。
当地下工程岩体开挖基于机械滚压破岩，依需要靠刀具在岩石表面的滚动，对岩石产生碾压、冲击或剪切作用，来达到破碎岩石的目的，破岩原理主要是采用点荷载或线荷载开展围岩连续破岩。这种过程为线-面荷载或点-面荷载，即接触隧道掌子面的岩石为线荷载或点荷载，隧道内部岩石在外部受压条件下，为破岩区域岩石提供了面荷载，这样在岩石破岩过程就承受了点-面荷载作用，明确点-面荷载破岩作用是开展高效破岩的重要前提。因此，阐明地下机械破岩的线-面荷载或点-面荷载加载过程中的岩石破岩机制，将是科学阐释岩石破裂和改进破岩过程的重要研究方向之一。
目前基于室内试验或者现场原位的点-面荷载受力条件岩石破岩力学特性研究的装置尚未见报道。而采用传统的岩石试验测试系统难以满足岩石机械破岩的力学机理研究需求，需要提出一种新的破岩研究方法及测试系统。
实用新型内容
本实用新型公开了一种基于“点-面荷载”加载的岩石破岩的测试系统，以解决现有技术的上述以及其他潜在问题中任一问题。
为了解决上述技术问题，本实用新型的技术方案是：一种基于“点-面荷载”加载的岩石破岩的测试系统，所述测试系统包括点-面荷载加载测试结构，反力框架和控制单元；
其中，所述点-面荷载加载测试结构包括点荷载加载部和平面载荷刚性加载部；
所述点荷载加载部和平面载荷刚性加载部采用上下对称方式设置在所述反力框架的两端，所述控制单元与所述点荷载加载部连接。
进一步，所述反力框架包括底座、加载板、高度调节单元和2根支撑立柱；
其中，2根支撑立柱设置在所述底座上，所述加载板通过高度调节单元设置在2根支撑立柱另一端的上部，且所述加载板能够沿着2根支撑立柱上下滑动。
进一步，所述点荷载加载部包括动力单元、数据采集单元、连接杆和锥形压头；
其中，所述连接杆设置在所述加载板上，所述锥形压头设置在所述连接杆底部，所述动力单元的输出端与所述连接杆的另一端连接，且连接处设有所述数据采集单元。
进一步，所述平面载荷刚性加载部包括刚性垫板和平面载荷刚性加载板；
其中，所述刚性垫板设置在所述底座的上端面上，所述平面载荷刚性加载板设置在所述刚性垫板的上端面，且位于所述锥形压头的下方。
进一步，所述动力单元为压力泵。
进一步，所述高度调节单元包括2个调节套筒和2个紧固螺母；
其中，2个所述调节套筒分别套接在2根所述支撑立柱，并可沿着所述支撑立柱上下滑动，2个所述紧固螺母分别设置在2个调节套筒上。
进一步，所述数据采用单元为载荷传感器。
进一步，所述锥形压头材质为高硬度钢。
进一步，所述底座、加载板和2根支撑立柱的材质为高硬度钢。
进一步，所述调节套筒材质为高硬度钢。
本实用新型的有益效果是：由于采用上述技术方案，本实用新型具有结构简单，使用方便，适用于开展现场原位以及实验室室内点-面破岩特性试验研究；通过开展大量的原位试验和室内测试，所得到的点-面荷载指标能够为岩石的破岩规律提供定量依据。
附图说明
图1为本实用新型一种基于“点-面荷载”加载的岩石破岩测试系统的结构示意图。
图中：
1.反力框架、1-1.底座、1-2.加载板、1-3.高度调节单元、1-31.调节套筒、1-32.紧固螺母、1-4.支撑立柱2.点荷载加载部、2-1.动力单元、2-2.数据采集单元、2-3.连接杆、2-4.锥形压头、3.平面载荷刚性加载部、3-1.刚性垫板、3-2.平面载荷刚性加载板、4.控制单元。
具体实施方式
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
如图1所示，本实用新型一种基于“点-面荷载”加载的岩石破岩测试系统，所述测试系统包括点-面荷载加载测试结构、反力框架1和控制单元4，
其中，所述点-面荷载加载测试结构包括点荷载加载部2和平面载荷刚性加载部3；
所述点荷载加载部2和平面载荷刚性加载部3采用上下对称方式设置在所述反力框架1的两端，所述控制单元4与所述点荷载加载部2连接。
所述反力框架1包括底座1-1、加载板1-2、高度调节单元1-3和2根支撑立柱1-4；
其中，2根支撑立柱1-4设置在所述底座1-1所述加载板1-2通过高度调节单元1-3设置在2根支撑立柱1-4另一端的上部，且所述加载板1-3能够沿着2根支撑立柱1-4上下滑动。
所述点荷载加载部2包括动力单元2-1、数据采集单元2-2、连接杆2-3和锥形压头2-4；
其中，所述连接杆2-3设置在所述加载板1-2上，所述锥形压头2-4设置在所述连接杆2-3底部，所述动力单元2-1的输出端与所述连接杆2-3的另一端连接，且连接处设有所述数据采集单元2-2。
所述平面载荷刚性加载部3包括刚性垫板3-1和平面载荷刚性加载板3-2；
其中，所述刚性垫板3-1设置在所述底座的上端面1-1上，所述平面载荷刚性加载板3-2设置在所述刚性垫板3-1的上端面，且位于所述锥形压头2-4的垂直下方。
所述动力单元2-1为压力泵。
所述高度调节单元1-3包括2个调节套筒1-31和2个紧固螺母1-32；
其中，2个所述调节套筒1-31分别套接在2根所述支撑立柱1-4，并可沿着所述支撑立柱1-4上下滑动，2个所述紧固螺母1-32分别设置在2个调节套筒1-31上。
所述数据采用单元2-2为载荷传感器。
所述锥形压头2-4材质为高硬度钢。
所述底座1-1、加载板1-2和2根支撑立柱1-4的材质为高硬度钢。
所述调节套筒1-31材质为高硬度钢。
所述点-面荷载加载测试结构同时从两个不同方向向待测岩石施加点-面载荷，并实时采集载荷施加过程中的岩石的受力数据，将采集受力数据通过点-面破岩应力分布模型分析处理得到岩石内部与加载点平行平面的面应力值，最终确认在岩石点-面加载条件的破裂模式及有效破岩载荷。
使用方法：先将试件平置于平面载荷刚性加载部上，调节点荷载加载部的高度，将试件压紧；
再通过控制单元向点荷载加载部发送指令，使点荷载加载部以预设的速率向试件进行加载点载荷，加载同时由平面载荷刚性加载部向试件提供面载荷；
最后加载过程中控制单元记录加载全过程荷载变化规律，建立点-面破岩应力分布模型，通过模型分析处理后最终得到岩石点-面加载条件的破裂模式及有效破岩载荷。
所述S2)中的加载速率为0.1mm/s～1mm/s。
所述点-面破岩应力分布模型如下式所示：
σr＝F/f(A) (1)
式中，σr为岩石内部与加载点平行平面的面应力值；F为压力机的峰值荷载；A为不同高度上应力集中区域的面积；f(A)为与应力集中面积A有关的变化函数。
实施例
组装设备，取圆盘试件，其直径50mm、高度25mm；将试件(岩石样品)平置于加载平台，启动动力单元，通过点-面荷载加载测试结构向试件施加点-面荷载，当得到峰值加载荷载(F＝10kN)后，可得到其面加载端强度(Fm＝F/A＝5.10MPa)，控制单元实时采集数据，根据点加载端强度根据圆盘试件破裂后的裂纹宽度计算；试件的受力分析，最后得出点加载端强度为14.10MPa。
能够针对不同尺度条件的岩石开展点-面加载条件的破岩试验，得出岩石点-面加载条件的破裂模式及有效破岩载荷，该装置适用于室内试验和现场原位试验，能够为深部硬岩机械破岩机理研究提供可靠的、便携的试验装置。
本申请实施例所提供的一种基于“点-面荷载”加载的岩石破岩的测试系统，进行了详细介绍。以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。
如在说明书及权利要求书当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可理解，硬件制造商可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求书并不以名称的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求书当中所提及的“包含”、“包括”为一开放式用语，故应解释成“包含/包括但不限定于”。“大致”是指在可接收的误差范围内，本领域技术人员能够在预设误差范围内解决所述技术问题，基本达到所述技术效果。说明书后续描述为实施本申请的较佳实施方式，然所述描述乃以说明本申请的一般原则为目的，并非用以限定本申请的范围。本申请的保护范围当视所附权利要求书所界定者为准。
还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的商品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种商品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的商品或者系统中还存在另外的相同要素。
应当理解，本文中使用的术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
上述说明示出并描述了本申请的若干优选实施例，但如前所述，应当理解本申请并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述申请构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本申请的精神和范围，则都应在本申请所附权利要求书的保护范围内。
Claims (10)
1.一种基于“点-面荷载”加载的岩石破岩测试系统，其特征在于，所述测试系统包括点-面荷载加载测试结构，反力框架和控制单元；
其中，所述点-面荷载加载测试结构包括点荷载加载部和平面载荷刚性加载部；
所述点荷载加载部和平面载荷刚性加载部采用上下对称方式设置在所述反力框架的两端，所述控制单元与所述点荷载加载部连接。
2.根据权利要求1所述的测试系统，其特征在于，所述反力框架包括底座、加载板、高度调节单元和2根支撑立柱；
其中，2根支撑立柱设置在所述底座上，所述加载板通过高度调节单元设置在2根支撑立柱另一端的上部，且所述加载板能够沿着2根支撑立柱上下滑动。
3.根据权利要求2所述的测试系统，其特征在于，所述点荷载加载部包括动力单元、数据采集单元、连接杆和锥形压头；
其中，所述连接杆设置在所述加载板上，所述锥形压头设置在所述连接杆底部，所述动力单元的输出端与所述连接杆的另一端连接，且连接处设有所述数据采集单元。
4.根据权利要求3所述的测试系统，其特征在于，所述平面载荷刚性加载部包括刚性垫板和平面载荷刚性加载板；
其中，所述刚性垫板设置在所述底座的上端面上，所述平面载荷刚性加载板设置在所述刚性垫板的上端面，且位于所述锥形压头的下方。
5.根据权利要求3所述的测试系统，其特征在于，所述动力单元为压力泵。
6.根据权利要求3所述的测试系统，其特征在于，所述高度调节单元包括2个调节套筒和2个紧固螺母；
其中，2个所述调节套筒分别套接在2根所述支撑立柱，并可沿着所述支撑立柱上下滑动，2个所述紧固螺母分别设置在2个调节套筒上。
7.根据权利要求3所述的测试系统，其特征在于，所述数据采用单元为载荷传感器。
8.根据权利要求3所述的测试系统，其特征在于，所述锥形压头材质为高硬度钢。
9.根据权利要求2所述的测试系统，其特征在于，所述底座、加载板和2根支撑立柱的材质为高硬度钢。
10.根据权利要求6所述的测试系统，其特征在于，所述调节套筒材质为高硬度钢。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202320113601.8U CN220455018U (zh) | 2023-01-18 | 2023-01-18 | 一种基于“点-面荷载”加载的岩石破岩的测试系统 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202320113601.8U CN220455018U (zh) | 2023-01-18 | 2023-01-18 | 一种基于“点-面荷载”加载的岩石破岩的测试系统 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN220455018U true CN220455018U (zh) | 2024-02-06 |
Family
ID=89727947
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202320113601.8U Active CN220455018U (zh) | 2023-01-18 | 2023-01-18 | 一种基于“点-面荷载”加载的岩石破岩的测试系统 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN220455018U (zh) |
-
2023
- 2023-01-18 CN CN202320113601.8U patent/CN220455018U/zh active Active
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP3712589B1 (en) | Test apparatus and method for key roof block collapse in bidirectional static-dynamic loading | |
| CN108287103B (zh) | 一种通用面状材料张力、应变及挠度测试装置及试验方法 | |
| JP5926853B2 (ja) | 動力学的性能試験システム | |
| CN113504131B (zh) | 一种测试岩石不同法向应力下ii型动态断裂韧度的测试系统及试验方法 | |
| CN109443946B (zh) | 一种点荷载试验仪及点荷载试验方法 | |
| CN105223080B (zh) | 一种压剪条件下节理岩体性能及锚注效果的评价方法 | |
| CN105319130B (zh) | 一种测试节理岩体压剪性能的试验方法 | |
| CN107271272B (zh) | 一种硬土强度和结构测试的探针试验装置和方法 | |
| CN106644439A (zh) | 一种便携式应力应变测量实验装置 | |
| CN104807666A (zh) | 一种基于采煤工作面支护和移架动态模拟的实验装置 | |
| CN110082227A (zh) | 模拟动载荷刀柱式残采区煤柱群稳定的试验仪及其方法 | |
| CN204575356U (zh) | 一种基于采煤工作面支护和移架动态模拟的实验装置 | |
| CN108896415B (zh) | 一种岩体蠕变冲击试验方法 | |
| CN220455018U (zh) | 一种基于“点-面荷载”加载的岩石破岩的测试系统 | |
| CN206902781U (zh) | 锚杆内力外测的检测装置 | |
| Gao et al. | Perturbation effect of rock rheology under uniaxial compression | |
| CN116399725B (zh) | 锚索动态力学性能测试方法及其测试系统 | |
| CN110044738A (zh) | 焊缝多轴应力可控施加的疲劳试验装置及其应用方法 | |
| CN105973728B (zh) | 动载荷下液压支架刚度与岩石强度破坏关系实验台 | |
| CN115979792A (zh) | 一种基于“点-面荷载”加载的岩石破岩方法及测试系统 | |
| CN208443659U (zh) | 一种便携式岩石数显点荷载仪 | |
| CN114324015A (zh) | 一种用于剪切流变试验的爆破振动模拟冲击装置 | |
| CN209589719U (zh) | 一种钢臂加压式原位直剪试验仪 | |
| CN114235573A (zh) | 一种锚杆或锚索动静态拉拔测试装置及方法 | |
| CN111487147A (zh) | 测试不同振源距离下混凝土-围岩界面损伤的装置及方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |