一种高温下测量单轴压缩岩石径向变形的试验装置，属于试验室试验设备，它包括轴压加载装置、升温控温装置和径向位移测量装置以及温度/位移采集装置，试样的径向位移主要是通过石英棒穿过加热装置抵在试样的中间位置，然后与外置的LVDT位移传感器相连，以耐高温的石英棒作为媒介进行测量高温条件下试样的径向变形。该装置可以实现长期条件下高温（1000°C）单轴岩石力学试验，并可以实现实时动态采集径向变形，该装置简单、可靠，长期稳定性较好，且自动性强。
【技术实现步骤摘要】
一种高温下测量单轴压缩岩石径向变形的试验装置
本专利技术为一种高温下测量单轴压缩岩石径向变形的试验装置，属于岩石力学领域，具体涉及到高温实时测量单轴压缩岩石的径向变形。技术背景随着我国资源开发力度的不断增大，深部岩石力学问题成为了研究热点。而对于深部岩石力学问题，不可避免的要考虑温度对岩石力学性能的影响。尤其是在煤层地下气化、油页岩或者低变质煤的原位注热开采、高放射性核废料的地层深埋处理以及地热资源开发与利用等岩石工程中，由于这些工程所涉及的岩体均会遭受高温作用，这种条件下需要研究高温作用下岩石的变形、强度及破坏特征，获取的相关力学参数是在地下工程开挖及围岩稳定性分析起着至关重要的作用。在岩石的基本力学参数测量中，岩石的轴向应变和径向应变的测量是一项重要的环节，具有重要的理论意义。一方面，泊松比是岩石重要的力学特性参数，其由试样径向应变与轴向应变的比值得到；另一方面，在岩石的单轴压缩全应力-应变曲线的测量中，体积应变也是岩石力学的重要研究范畴，对于了解岩石的变形、破裂以致最终的破坏崩解全过程，甚至对现场岩体的破坏方式都有重要意义，其中体积应变为轴向应变和两倍的径向应变的加和。在常温下，轴向应变较容易获取，为试样的轴向位移与其高度的比值。而对于径向变形则可以通过在试样轴向中间位置处的环形变形计测量试样的径向变形计算得到，或者通过在试样轴向中间位置贴多组应变片的方式进行直接测量试样的径向应变。但是在高温条件下，环形变形计和应变片不具有耐高温性质而导致径向变形测量失效。因此，高温条件下的岩石径向变形测量仍然是岩石力学基本特性研究的技术难题。
技术实现思路
为了能够获得更精确的测量数据，本专利技术提供了一种高温下测量单轴压缩岩石径向变形的试验装置。一种高温下测量单轴压缩岩石径向变形的试验装置，包括轴压加载装置、升温控温装置、径向位移测量装置、温度/位移采集装置，轴压加载装置包括压力机，其特征在于压力机的轴压压头（17）与耐高温加长杆（4）相连，并在耐高温加长杆（4）上距离二者连接处的10cm处连接冷却装置（3），耐高温加长杆（4）伸入到加热炉炉腔（2）内且耐高温加长杆（4）的底端通过耐高温球型座（5）与安装在耐高温底座（15）上的试样（1）轻轻地接触；加热炉炉壁（6）之外设置径向位移测量装置，径向位移测量装置的石英棒伸入到加热炉腔（2）与试样（1）触接。所述升温控温装置包括加热炉壁（6）、加热炉腔（2）、保温充填材料（7）、温度传感器（16）、加热炉支座（14）、电炉丝（8）及温控装置，加热炉壁（6）与加热炉腔（2）之间填充有保温充填材料（7），温度传感器（16）由加热炉壁（6）之外伸入到加热炉腔（2）内，通过温度传感器（16）测量加热炉腔（2）内的实时温度，加热炉炉腔（2）内设置电炉丝（8），电炉丝（8）连接温控装置。升温控温装置是为了保证试样处于高温环境，并实现精密实时控温，其中控温精度小于0.05%，最高温度可达到1000°C。所述径向位移测量装置包括石英棒（10）、小型冷却装置（9）、滑块（11）、联轴器（12）、LVDT位移传感器（13），石英棒穿过加热炉炉壁（6）及保温充填材料（7）与试样（1）接触，在石英棒（10）的出口连接小型冷却装置（9），防止温度太高影响LVDT位移传感器（13）的使用，并连接在两个阻力近乎为零的滑块（11）上，保证石英棒的轴向与两个滑块的中线平行，且在同一个水平面上，石英棒（10）通过联轴器（12）与LVDT位移传感器（13）联接在一起，LVDT位移传感（13）实时动态采集实验过程中径向位移。所述径向位移测量装置设有4组，4组径向位移测量装置及LVDT位移传感器呈辐射状设置在炉体外周，相邻径向位移测量装置之间呈90°角。4组LVDT位移传感器的初始位移都是0，试样的直径为d0，长度为h0，t1时刻轴向的位移为h1，A、B、C、D四点的位移分别为dA，dB，dC，dD，则t1时刻径向应变为。所述温度/位移采集装置包括温度传感器（16）、LVDT传感器（13）、多通道数据采集卡、计算机，温度传感器（16）、LVDT传感器（13）均与多通道数据采集卡连接，多通道数据采集卡连接电脑；温度/位移采集装置进行实时动态记录实验过程中LVDT位移传感器（13）、温度传感器（16）的数据，监测试验过程中的温度、径向应变的变化规律。需要进一步说明的是上述的一种高温下测量单轴压缩岩石径向变形的试验装置需要连接在岩石压力机上配合使用（见图2），这样就可以实现实时动态测量高温单轴试验过程中试样的轴向应变与径向应变的变化规律，分析高温条件下岩石的变形机制和破坏特征。上述一种高温下测量单轴压缩岩石径向变形的试验装置，具体实施步骤为：1）把试样（φ50mm×100mm）安放在耐高温底座（15）上，连接耐高温加长杆（4）与轴压压头（17），并在耐高温加长杆（4）上面安装冷却装置（3）；启动轴压加载装置，下降轴压压头，使耐高温加长杆（4）的下端通过耐高温球型座（5）与试样（1）上端面轻轻地接触在一起；2）安装升温控温装置（图1），同时把石英棒（10）穿过两个滑块（11），保证两个滑块（11）的中线与预留圆孔的轴向平行，并保证滑块（11）的摩擦很小，可以忽略；石英棒（10）穿过预留的圆孔，一端轻轻地抵在试样的中间位置，并通过联轴器（12），另一端与LVDT位移传感器（13）连成一体；最后，在石英棒（10）的出口位置连接小型冷却装置（9），用以保证LVDT位移传感器（13）以及滑块（11）的良好工作环境；3）开启升温控温装置，设置需要的温度值，以一定的升温速率进行加热，然后保温4小时后，即可认为试样的温度已经达到稳态值，之后可以进行单轴压缩试验；4）开启轴向加载装置，打开温度/位移采集装置，轴压以0.02mm/min的加载速度进行加载，直到试验结束，试验期间可以实时动态采集试样的轴向应变以及径向应变；本专利技术中具有4组径向位移传感器，相互之间呈90°，假设试验过程中，LVDT位移传感器的初始位移都是0，试样的直径为d0，长度为h0，t1时刻轴向的位移为h1，A、B、C、D四点的位移分别为dA，dB，dC，dD，则t1时刻轴向应变为：径向应变为：5）试验结束后，保存数据，并把各装置放回原样。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是解决了以往不能测量高温（1000°C）单轴压缩下岩石的径向变形的问题，通过本技术方案可以实时测量高温单轴压缩下岩石径向变形，并能保证长期连续工作的稳定性，装置简单、稳定、可靠，为解决相关问题提供了技术方案和理论遵循。附图说明图1：一种高温单轴压缩试验径向位移测量装置图。图2：一种高温单轴压缩试验整体装置图。图3：石英棒与试样的布置图。图中的标号：1——试样；2——加热炉腔；3——冷却装置；4——耐高温加长杆；5——耐高温球型座；6——加热炉壁；7——保温充填材料；8——电炉丝；9——小型冷却装置；10——石英棒；11——滑块；12——联轴器；13——LVDT位移传感器；14——加热炉支座；15——耐高温底座；16——温度传感器；17——轴压压头；18——温控装置；19——温度/位移采集装置。具体实施方式本装置所针对的试样为圆柱形试样，尺寸为φ50mm×100mm，下面以单轴压缩试验和单轴蠕本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种高温下测量单轴压缩岩石径向变形的试验装置，包括轴压加载装置、升温控温装置、径向位移测量装置、温度/位移采集装置，轴压加载装置包括压力机，其特征在于压力机的轴压压头（17）与耐高温加长杆（4）相连，并在耐高温加长杆（4）上距离二者连接处的10cm处连接冷却装置（3），耐高温加长杆（4）伸入到加热炉炉腔（2）内且耐高温加长杆（4）的底端通过耐高温球型座（5）与安装在耐高温底座（15）上的试样（1）轻轻地接触；加热炉炉壁（6）之外设置径向位移测量装置，径向位移测量装置的石英棒伸入到加热炉腔（2）与试样（1）触接。
【技术特征摘要】
1.一种高温下测量单轴压缩岩石径向变形的试验装置，包括轴压加载装置、升温控温装置、径向位移测量装置、温度/位移采集装置，轴压加载装置包括压力机，其特征在于压力机的轴压压头（17）与耐高温加长杆（4）相连，并在耐高温加长杆（4）上距离二者连接处的10cm处连接冷却装置（3），耐高温加长杆（4）伸入到加热炉炉腔（2）内且耐高温加长杆（4）的底端通过耐高温球型座（5）与安装在耐高温底座（15）上的试样（1）轻轻地接触；加热炉炉壁（6）之外设置径向位移测量装置，径向位移测量装置的石英棒伸入到加热炉腔（2）与试样（1）触接。2.根据权利要求1所述的一种高温下测量单轴压缩岩石径向变形的试验装置，其特征在于：所述径向位移测量装置包括石英棒（10）、小型冷却装置（9）、滑块（11）、联轴器（12）、LVDT位移传感器（13），石英棒穿过加热炉炉壁（6）及保温充填材料（7）与试样（1）接触，在石英棒（10）的出口连接小型冷却装置（9），防止温度太高影响LVDT位移传感器（13）的使用，石英棒（10）连接在两个滑块（11）上，保证石英棒的轴向与两个滑块的中线平行，且在同一个水平面上，最后，通过联轴器（12），把石英棒（10）与LVDT位移传感（13）器串联在一起，通过LVDT位移传感（13）实时动态采集试验过程中径向位移。3.根据权利要求2所述的一种高温下测量单轴压缩岩石径向变形的试验装置，其特征在于所述径向位移传感器设有4组，4组径向位移传感器呈辐射状设置在炉体外周，相邻位移传感器之间呈90°角。4.根据权利要求2或3所述的一种高温下测量单轴压缩岩石径向变形的试验装置，其特征在于试验4组位移传感器的初始位移都是0，试样的直径为d0，长度为h0，t1时刻轴向的位移为h1，A、B、C、D四点的位移分别为dA，dB，dC，dD，则t1时刻径向应变为。5.根据权利要求1所述的一种高温下测量单轴压缩岩石径向变形的试验装置，其特征在于所述升温控温装置包括加热炉壁（6）...
【专利技术属性】
技术研发人员：梁卫国，曹孟涛，胡耀青，王岐，耿毅德，武鹏飞，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：山西,14
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