一种重力扩力恒压加载煤岩蠕变试验装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种重力扩力恒压加载煤岩蠕变试验装置及方法，包括三轴压力室，其内部放置有煤岩试件，用于对煤岩试件施加围压；封闭水箱重力加载系统，位于所述三轴压力室的上方，用于通过水的质量来调节试验要求所需要的整体重物质量，调节施加在煤岩试件上的力的大小；扩力装置，位于所述三轴压力室的上方并与所述封闭水箱重力加载系统连接，用于将所述封闭水箱重力加载系统施加的力进行扩大并对所述三轴压力室内的煤岩试件进行轴向加载。本发明专利技术操作简便、耗资少，对研究复杂应力状态下煤岩的蠕变性质提供稳定的试验条件，能准确的掌握煤岩在恒定载荷作用下变形随时间增加的相关数据，确保对煤岩的变形、失稳研究的科学性、准确性、严谨性。

A device and method for creep test of coal and rock under constant pressure and gravity expansion

【技术实现步骤摘要】
一种重力扩力恒压加载煤岩蠕变试验装置及方法
本专利技术属于煤矿实验装置的
，尤其涉及一种重力扩力恒压加载煤岩蠕变试验装置及方法。
技术介绍
蠕变损伤破坏是岩石的主要破坏形式之一，很多的岩石工程问题都与岩石蠕变性有密切关系。一个工程的破坏往往是有时间过程的。换句话说是由岩石的蠕变性控制的。甚至有的研究者指出，不考虑岩石的蠕变性，某些岩石力学的基本课题就不可能解决。在煤矿开采过程中，随着开采时间的增加，煤岩受到不同荷载作用，产生不同程度的蠕变变形，其稳定性将受到极大影响，若经过长时间的累积，煤岩终会因变形而被破坏。由此可知，在恒定载荷作用下，煤岩的变形和失稳与时间因素有着紧密联系。因此，开展对煤岩蠕变特性的研究，会为煤炭行业在生产过程中的安全提供有力保障。同样，煤岩的流变特性是很复杂的，由于影响因素较多对试验要求也极高，室内试验不但可以长期观察、还可以严格控制试验条件、重复多次且成本可控。但外界有诸多未知因素，若试验中突遇停电、设备故障等状况，都将使煤岩的变形值降低，导致对煤岩稳定性做出极大误差评判。另外，若用某种介质对煤岩进行加载试验，一旦发生泄露或挥发，有很多潜在危险因素在其中。考虑到煤岩蠕变时间较长，周遭环境不易保持长期稳定，在实验室中使用较高水平的技术手段有许多桎梏。现有技术中，公告号为CN208443638U的专利公开了一种岩土材料蠕变试验的加载装置，包括一钢底板、一钢底座、一钢筒、四反力架立柱、一反力板、四加载弹簧、一力传感器、一加载板以及一承压板，所述钢底座通过第一螺母固定在所述钢底板上，所述钢筒的底部套接在所述钢底座上，所述承压板放置于所述钢筒内的岩土材料上，所述承压板上从下到上依次放置有所述力传感器和所述加载板；所述四反力架立柱通过第二螺母锁在所述钢底板上，所述反力板跨接在所述四反力架立柱上并通过第三螺母自上而下锁附；所述四加载弹簧放置于所述反力板和所述加载板之间。该技术能实现对岩土材料开展蠕变试验，使用时不受场地限制，制作简单，操作方便，便于推广使用。该技术方案的不足：通过反力板、加载弹簧、力传感器、承压板施加恒载，局限性较大，不能满足诸多试验要求所需的力；不能精确地恒压加载，会因外界环境变化等造成较大误差。力在多次传递过程中会造成很大误差，不能保证是否达到试验加载要求。公告号为CN205426756U的专利公开了一种蠕变实验装置，包括支架、砝码重力加载机构和蠕变位置监测件，所述的支架上放置测试件，所述的砝码重力加载机构吊挂在测试件上，所述的蠕变位置监测件架设于支架的外侧并与测试件接触监测测试件的蠕变位移。该技术提供的蠕变实验装置，结构简单、操作方便、稳定性好且实验可靠性高。该技术方案的不足：通过砝码为试件施加恒载，局限性较大，不能满足诸多试验要求所需的力；不能精确地恒压加载，会因外界环境变化等造成较大误差。公告号为CN105716956A的专利公开了一种蠕变试验装置及其控制系统，试验装置包括反力架、加载系统、控制器，反力架内设有用以对试件进行轴向加压的加载系统，加载系统通过活动承压部件对试件进行轴向加载，反力架上，沿竖向设有用以测量试件变形的标尺光栅，活动承压部件上设有与标尺光栅配合工作的光栅读数头，加载系统、压力传感器和光栅读数头均与控制器连接，控制器控制加载系统所施加的载荷，并通过光栅读数头获取试件的变形量。该专利技术提高了蠕变试验中加载精度移测量精度，保证岩石蠕变过程中压力为恒定值，实现了自动加压，工作稳定，测试精度高。该技术方案的不足：通过反力架、加载系统、控制器和反力架内部对试件的加载系统施加恒载，在这过程中会有泄露和设备故障等许多不可抗力因素，不能准确的恒压加载；光栅和压力传感器会很大的误差性，不能得到精确地数据。公告号为CN206990097U的专利公开了一种多通道蠕变自动加载测试机，包括水平加载平台、产品定位夹具、多个相互独立且平行设置的自动加载机构及数字测量仪，各自动加载机构包括加载电机、砝码组，加载电机竖直的定位于产品定位夹具上方且其输出端通过导向架穿过水平加载平台与砝码组相连，以施压或卸压于定位在产品定位夹具的产品上，而加载电机为装有节流电磁阀的电机；所述砝码组下方设置有砝码调节机构。该技术实现了对电阻应变式传感器的自动加载、卸载砝码，载荷重量可快速选择不同载荷以适应不同量程产品测试，而且每支被测产品均有独立通道和加载设备，不存在测试通道切换或相互影响导致测试误差偏大的现象。该技术方案的不足：通过加载电机和砝码组施加恒载，虽更加自动化和精确化，但遇到停电等突发状况，不能及时提供稳定的试验条件；不能精确地恒压加载，砝码会因外界环境变化等造成重量的改变。另外，岩石蠕变性质的测试，一个岩石样品一般需要15～20天。而岩石的其他力学性质，每个岩石样品仅需15～30分钟。因此岩石蠕变性质的测试，所需时间远远大于岩石其他力学性质(比如强度、变形模量、泊松比等)的测试。这是岩石蠕变性质的测试最主要的特点。因此用一台岩石蠕变试验机进行试验，难以满足科研和工程咨询的需求，配置足够多的岩石蠕变试验机同时试验，是最理想的情况。但是电液伺服式岩石蠕变试验机采购成本很高，在预算有限的情况下，大部分实验室不具备配备多台这类岩石蠕变试验机的条件。基于电液伺服控制技术的岩石蠕变试验机用加载液缸产生试验蠕变试验所需的载荷，可以很好地满足岩石蠕变试验对大载荷、高应力的需求。电液伺服控制技术是保证试验机输出载荷恒定的主要方法之一，技术成熟，精度可以满足要求，但是存在控制技术复杂，试验机结构复杂，采购成本高，使用维护难度大，使用成本高，对实验室环境有一定污染，在非等温环境下载荷控制难度较大的问题。利用基于重物自重产生载荷是进行岩石蠕变试验的另一类方法。试验机结构简单，但理论放大倍数和实际放大倍数差距大，无法事先设定试验条件(即试验机载荷)，载荷控制精度较低，且难于应用到高应力、大载荷条件下的岩石蠕变试验。综合上述现有类似装置，通过反力架、压力传感器等加载系统对试件施加恒载，当传感器快速施加恒定载荷和快速卸掉恒定载荷后的一段时间内，其输出电信号随时间延续而变化。由于人工观察与记录的速度有一定的局限，使得传感器受力状况骤变时的输出变化难以被记录下来，从而可能漏掉某些重要的信息，又或突然遇到停电或泄露等状况，就不能及时提供稳定的试验条件。同时，蠕变的试验过程是由实验人员手动加载砝码，局限性较大，不能满足诸多试验要求所需的力，并且砝码会因外界环境变化等造成重量的改变。
技术实现思路
基于上述现有技术的不足，本专利技术所要解决的技术问题在于提供一种重力扩力恒压加载煤岩蠕变试验装置及方法，操作简便、耗资少，对研究复杂应力状态下煤岩的蠕变性质提供稳定的试验条件，能准确的掌握煤岩在恒定载荷作用下变形随时间增加的相关数据，确保对煤岩的变形、失稳研究的科学性、准确性、严谨性。为了解决上述技术问题，本专利技术通过以下技术方案来实现：本专利技术提供一种重力扩力恒压加载煤岩蠕变试验装置，包括三轴压力室，放置在基座的承压底座上，其内部放置有煤岩试件，用于对煤岩试件施加围压；封闭水箱重力加本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种重力扩力恒压加载煤岩蠕变试验装置，其特征在于：包括：/n三轴压力室，放置在基座的承压底座上，其内部放置有煤岩试件，用于对煤岩试件施加围压；/n封闭水箱重力加载系统，位于所述三轴压力室的上方，用于通过水的质量来调节试验要求所需要的整体重物质量，调节施加在煤岩试件上的力的大小；/n扩力装置，位于所述三轴压力室的上方并与所述封闭水箱重力加载系统连接，用于将所述封闭水箱重力加载系统施加的力进行扩大并对所述三轴压力室内的煤岩试件进行轴向加载。/n

【技术特征摘要】
1.一种重力扩力恒压加载煤岩蠕变试验装置，其特征在于：包括：
三轴压力室，放置在基座的承压底座上，其内部放置有煤岩试件，用于对煤岩试件施加围压；
封闭水箱重力加载系统，位于所述三轴压力室的上方，用于通过水的质量来调节试验要求所需要的整体重物质量，调节施加在煤岩试件上的力的大小；
扩力装置，位于所述三轴压力室的上方并与所述封闭水箱重力加载系统连接，用于将所述封闭水箱重力加载系统施加的力进行扩大并对所述三轴压力室内的煤岩试件进行轴向加载。


2.如权利要求1所述的重力扩力恒压加载煤岩蠕变试验装置，其特征在于，所述扩力装置包括滑轮组扩力装置和杠杆组扩力装置，所述滑轮组扩力装置包括固定在水平承压梁上的定滑轮、通过钢绳与所述定滑轮连接的多个动滑轮，所述动滑轮在各自的轨道槽内进行上下移动，所述钢绳的一端与所述封闭水箱重力加载系统连接。


3.如权利要求2所述的重力扩力恒压加载煤岩蠕变试验装置，其特征在于，所述杠杆组扩力装置包括第一水平连杆、与所述第一水平连杆铰接的竖直连杆、与所述竖直连杆铰接的第二水平连杆；
所述第一水平连杆的右端与所述钢绳的另一端连接，第一水平连杆的左端通过第一转轴转动连接在第一竖直支撑架上；所述第二水平连杆的左端与所述竖直连杆铰接，第二水平连杆的右端通过第二转轴转动连接在第二竖直支撑架上，所述第二水平连杆上安装有向所述三轴压力室内的煤岩试件施力的施力块；
所述第一竖直支撑架和第二竖直支撑架固定在所述基座上，并分别位于所述三轴压力室的左侧和右侧。


4.如权利要求1所述的重力扩力恒压加载煤岩蠕变试验装置，其特征在于，所述封闭水箱重力加载系统包括密封水箱、对所述密封水箱进行供水和排水的供水箱，所述密封水箱内设有磁浮球液位计，所述供水箱内设有潜水泵，供水箱外设有与所述磁浮球液位计和潜水泵连接的供排水控制器；
所述磁浮球液位计包括磁浮球、检测管和信号变送器，所述磁浮球随密封水箱内的液位升降时，信号变送器将检测管内的电阻信号转换成标准电流号输出，通过液位反馈信号线将液位信息反馈给所述供排水控制器，所述供排水控制器连接计算机，并计算是否达到预定水位。


5.如权利要求1所述的重力扩力恒压加载煤岩蠕变试验装置，其特征在于，所述三轴压力室包括压力室基座、与所述压力室基座密封连接的承压筒，所述煤岩试件位于所述承压筒内，煤岩试件的上方和下方分别设有上加载压头和下加载压头，所述上加载压头竖直穿过所述承压筒并对煤岩试件的顶面进行加压，所述下加载压头固定在所述压力室基座上。<...

【专利技术属性】
技术研发人员：齐消寒，姜佳丽，王晓琪，张城，夏鑫，王心宇，李帅，李紫维，游筱楠，孙奥，王杰，刘涛，
申请(专利权)人：辽宁工程技术大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21