一种多环境作用下岩石蠕变试验方法及装置，属于岩石力学试验技术领域。本发明专利技术采用的装置包括机架部分和试验部分。机架部分设有机架板，机架板底侧设有柱子，机架板底侧设有一体的大、小轮盘，大轮盘外周连有砝码。小轮盘外周与杠杆通过铰接链相连，杠杆另一端设有平衡砝码，机架板底侧设有轴a固定部件，杠杆通过轴a与轴a固定部件连接。试验部分设有底座，底座设在柱子a侧的机架板上表面，底座上设有环境箱，环境箱内装有岩石试样，岩石试样上方设有压头，底座侧面与LVDT架一侧相连，LVDT架另一侧与LVDT相连，LVDT顶端与压头底侧相连，压头上方设有荷载传感器，荷载传感器上方设有横梁。本发明专利技术运用杠杆原理和轮组传动原理共同放大力的倍数，通过砝码对岩石试样施加压力。
【技术实现步骤摘要】
一种多环境作用下岩石蠕变试验方法及装置
本专利技术属于岩石力学试验
，涉及一种岩石在持续压力作用下的多相耦合蠕变试验方法及装置。技术背景自上个世纪30年代起，关于岩石蠕变特性的试验研究一直十分活跃。在岩体工程中，露天矿边坡滑坡、地下矿隧道垮塌、地基失稳、核废料地质贮存库破裂，以及矿柱岩爆等工程灾害中，存在大量由于岩石蠕变变形而产生的破坏。因此，岩石蠕变特性的测试对岩体工程结构长期稳定性维护具有重要意义。岩石的蠕变破坏受环境因素及荷载等级的大小影响显著，某些时候达到蠕变破坏的时间可能需要几周、几月甚至更长的时间。由于实际的室内试验条件下的试验时间尺度有限，采用一般的蠕变试验机耗时、耗能及不稳定等。现有的蠕变实验通常会在恒定荷载下持载一定的时间后停止试验，不能开展长时间的岩石持荷蠕变实验。随着岩石工程理论及实践地快速进步，在理论方面、室内实验方面及微观方面，岩石蠕变研究都得到了很大进步，但复杂化环境下的蠕变实验研究却较少，有限条件下的岩石室内蠕变试验并不能完全模拟实际工程环境，从而导致室内测试结果与实际工程不符。
技术实现思路
针对以上问题，本专利技术运用杠杆原理和轮组传动原理共同放大力的倍数，使用砝码对岩石试样施加长期稳定的压力。且环境系统可以模拟含水或溶液状态、不同温度、不同围压等岩石的实际工程环境，可以对多相耦合、不同加载作用下岩石试样蠕变特性展开研究，从而对岩石工程中施工、维护等阶段下围岩稳定及安全问题进行分析和预测，进而对岩石力学蠕变理论进行丰富及完善。本专利技术解决技术问题采用的装置包括机架部分和试验部分。机架部分设有矩形机架板，机架板一侧设有4个柱子a，另一侧设有2个柱子b，柱子a和柱子b顺次通过连接杆相连，使柱子a和柱子b对机架板的支撑更加稳固，机架板底侧靠近柱子b的位置设有与机架板垂直的轮盘固定部件，轮盘固定部件的一侧平行设置大轮盘和小轮盘，且大轮盘和小轮盘通过轴固定在轮盘固定部件上，轴经过圆心连线与大轮盘垂直，大轮盘和小轮盘通过大螺栓连接，大轮盘和小轮盘可以转动且两者转动角度保持一致，大轮盘外周与碳纤维绳的一端相连，碳纤维绳另一端与砝码挂杆相连，砝码挂杆底端设有砝码托盘放置砝码。小轮盘外周与铰接链一端相连，铰接链另一端与杠杆的一端相连，杠杆另一端设有平衡砝码，机架板底侧靠近柱子a的位置设有与机架板垂直的轴a固定部件，杠杆通过轴a与轴a固定部件连接。试验部分设有底座，底座设在柱子a侧的机架板上表面，底座上设有环境箱，环境箱内装有岩石试样，岩石试样上方设有压头，底座侧面与LVDT架一侧相连，LVDT架另一侧与LVDT相连，LVDT顶端与压头底侧相连，压头上方设有荷载传感器，荷载传感器上方设有横梁，横梁两侧靠近端点的位置设有2个螺栓，螺栓与横梁垂直，螺栓上端穿过横梁，螺栓上设有螺母a、螺母b、螺母c、螺母d，其中螺母a设于横梁上表面，螺母b设于横梁下表面，螺栓下端穿过机架板，螺母c设于机架板上表面，螺母d设于机架板下表面，机架板下方设有主轴，主轴与杠杆垂直且一端穿过杠杆，主轴另一端穿过螺栓。荷载传感器和LVDT通过传感器数据线与采集仪电连接，采集仪与电脑电连接；环境箱与温度控制器和围压控制器电连接。进一步的，底座与环境箱接触面为半球面。进一步的，LVDT为位移传感器。本专利技术蠕变试验的步骤如下：(1)将环境箱放在底座上，然后将岩石试样放入环境箱内中心位置，压头放在岩石试样上，调节螺母b使横梁向下移动，带着荷载传感器压在岩石试样上，向下转动螺母a，固定横梁。向下调动螺母d，再向上调动螺母c，螺母c与机架板相距3mm左右即可，通过调节平衡砝码使杠杆平衡，最后再调动螺母d使它与机架板下底面接触。(2)打开采集仪和电脑显示荷载传感器和LVDT大小的界面，再将固定在LVDT架上的LVDT顶在压头上，通过电脑显示的数据将LVDT调节到可测范围内，调好后将应力和位移清零。向环境箱内加入蒸馏水或水溶液，同时通过温度控制器和围压控制器调节好环境箱内的温度和围压。(3)点击电脑开始采集，同时在把相应的砝码放在砝码托盘上，电脑显示相应的应力数值。(4)试验结束先结束电脑的数据采集，并保存数据，然后调节温度控制器使环境箱内的温度为室温，调节围压控制器使环境箱内的围压为大气压，并逐个卸掉砝码，向上拧动螺母a，再向上拧动螺母b，拿掉压头，清洗环境箱，最后关掉采集仪、电脑以及相关电源。有益效果：1.运用杠杆原理和轮组传动原理共同放大力的倍数，通过砝码对岩石试样施加压力。2、代替试验机，不需要供电，长期稳定，适合岩石蠕变试验特点。3、可以模拟含水或溶液状态、不同温度、不同围压等岩石的实际工程环境，得到多相耦合、不同加载作用下岩石试样蠕变特性，使实际工程可以依赖于岩石室内试验得到的蠕变参数。4、试验装置应力可达到150MPa，且安全系数较高，可满足绝大多数岩石试样。5、试验操作简单、仪器价格低廉。附图说明图1为本专利技术涉及的装置结构示意图。图2为本专利技术试验部分的结构示意图。图3为本专利技术装置的主视图。图4为本专利技术装置的左视图。图5为本专利技术中轮盘装配主视图。图6为本专利技术中轮盘装配左视图。图7为本专利技术中杠杆主视图。图8为传力系统误差曲线图。图9为水中红砂岩进行单轴多级加载蠕变试验曲线图。图10为应力和应变关系曲线图。图11为机架板与柱子连接处结构示意图。如图1.机架板，2.柱子a，3.柱子b，4.轮盘固定部件，5.轴a固定部件，6.连接杆，7.大轮盘，8.小轮盘，9.大螺栓，10.铰接链，11.碳纤维绳，12.砝码挂杆，13.砝码托盘，14.砝码，15.杠杆，16.主轴，17.轴a，18.平衡砝码，19.螺栓，20.横梁，21.螺母a，22.螺母b，23.螺母c，24.螺母d，25.底座，26.环境箱，27.LVDT架，28.LVDT，29.岩石试样，30.压头，31.荷载传感器，32.传感器数据线，33.温度控制器，34.围压控制器，35.采集仪，36.电脑。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术作进一步说明。实施例1本专利技术解决技术问题采用的装置包括机架部分和试验部分。机架部分设有矩形机架板1，机架板1一侧设有4个柱子a2，另一侧设有2个柱子b3，柱子a2和柱子b3顺次通过连接杆6相连，使柱子a2和柱子b3对机架板1的支撑更加稳固，机架板1底侧靠近柱子b3的位置设有与机架板1垂直的轮盘固定部件4，轮盘固定部件4的一侧平行设置大轮盘7和小轮盘8，且大轮盘7和小轮盘8通过轴固定在轮盘固定部件4上，轴经过圆心连线与大轮盘7垂直，大轮盘7和小轮盘8通过大螺栓9连接，大轮盘7和小轮盘8可以转动且两者转动角度保持一致，大轮盘7外周与碳纤维绳11的一端相连，碳纤维绳11另一端与砝码挂杆12相连，砝码挂杆12底端设有砝码托盘13放置砝码14。小轮盘8外周与铰接链10一端相连，铰接链10另一端与杠杆15的一端相连，杠本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种多环境作用下岩石蠕变试验装置，其特征在于，装置包括机架部分和试验部分；机架部分设有矩形机架板(1)，机架板(1)一侧设有柱子a(2)，另一侧设有柱子b(3)，柱子a(2)和柱子b(3)顺次通过连接杆(6)相连，使柱子a(2)和柱子b(3)对机架板(1)的支撑更加稳固，机架板(1)底侧靠近柱子b(3)的位置设有与机架板(1)垂直的轮盘固定部件(4)，轮盘固定部件(4)的一侧平行设置大轮盘(7)和小轮盘(8)，且大轮盘(7)和小轮盘(8)通过轴固定在轮盘固定部件(4)上，轴经过圆心连线与大轮盘(7)垂直，大轮盘(7)和小轮盘(8)通过大螺栓(9)连接，使大轮盘(7)和小轮盘(8)同步转动且两者转动角度保持一致，大轮盘(7)外周与碳纤维绳(11)的一端相连，碳纤维绳(11)另一端与砝码挂杆(12)相连，砝码挂杆(12)底端设有砝码托盘(13)放置砝码(14)；小轮盘(8)外周与铰接链(10)一端相连，铰接链(10)另一端与杠杆(15)的一端相连，杠杆(15)另一端设有平衡砝码(18)，机架板(1)底侧靠近柱子a(2)的位置设有与机架板(1)垂直的轴a固定部件(5)，杠杆(15)通过轴a(17)与轴a固定部件(5)连接；试验部分设有底座(25)，底座(25)设在柱子a(2)侧的机架板(1)上表面，底座(25)上设有环境箱(26)，环境箱(26)内装有岩石试样(29)，岩石试样(29)上方设有压头(30)，底座(25)一侧与LVDT架(27)一侧相连，LVDT架(27)另一侧与LVDT(28)相连，LVDT(28)顶端与压头(30)底侧相连，压头(30)上方设有荷载传感器(31)，荷载传感器(31)上方设有横梁(20)，横梁(20)两侧靠近端点的位置设有2个螺栓(19)，螺栓(19)与横梁(20)垂直，螺栓(19)上端穿过横梁(20)，螺栓(19)上设有螺母a(21)、螺母b(22)、螺母c(23)、螺母d(24)，其中螺母a(21)设于横梁(20)上表面，螺母b(22)设于横梁(20)下表面，螺栓(19)下端穿过机架板(1)，螺母c(23)设于机架板(1)上表面，螺母d(24)设于机架板(1)下表面，机架板(1)下方设有主轴(16)，主轴(16)与杠杆(15)垂直且一端穿过杠杆(15)，主轴(16)另一端穿过螺栓(19)；荷载传感器(31)和LVDT(28)通过传感器数据线(32)与采集仪(35)电连接，采集仪(35)与电脑(36)电连接；环境箱(26)与温度控制器(33)和围压控制器(34)电连接。/n...
【技术特征摘要】
1.一种多环境作用下岩石蠕变试验装置，其特征在于，装置包括机架部分和试验部分；机架部分设有矩形机架板(1)，机架板(1)一侧设有柱子a(2)，另一侧设有柱子b(3)，柱子a(2)和柱子b(3)顺次通过连接杆(6)相连，使柱子a(2)和柱子b(3)对机架板(1)的支撑更加稳固，机架板(1)底侧靠近柱子b(3)的位置设有与机架板(1)垂直的轮盘固定部件(4)，轮盘固定部件(4)的一侧平行设置大轮盘(7)和小轮盘(8)，且大轮盘(7)和小轮盘(8)通过轴固定在轮盘固定部件(4)上，轴经过圆心连线与大轮盘(7)垂直，大轮盘(7)和小轮盘(8)通过大螺栓(9)连接，使大轮盘(7)和小轮盘(8)同步转动且两者转动角度保持一致，大轮盘(7)外周与碳纤维绳(11)的一端相连，碳纤维绳(11)另一端与砝码挂杆(12)相连，砝码挂杆(12)底端设有砝码托盘(13)放置砝码(14)；小轮盘(8)外周与铰接链(10)一端相连，铰接链(10)另一端与杠杆(15)的一端相连，杠杆(15)另一端设有平衡砝码(18)，机架板(1)底侧靠近柱子a(2)的位置设有与机架板(1)垂直的轴a固定部件(5)，杠杆(15)通过轴a(17)与轴a固定部件(5)连接；试验部分设有底座(25)，底座(25)设在柱子a(2)侧的机架板(1)上表面，底座(25)上设有环境箱(26)，环境箱(26)内装有岩石试样(29)，岩石试样(29)上方设有压头(30)，底座(25)一侧与LVDT架(27)一侧相连，LVDT架(27)另一侧与LVDT(28)相连，LVDT(28)顶端与压头(30)底侧相连，压头(30)上方设有荷载传感器(31)，荷载传感器(31)上方设有横梁(20)，横梁(20)两侧靠近端点的位置设有2个螺栓(19)，螺栓(19)与横梁(20)垂直，螺栓(19)上端穿过横梁(20)，螺栓(19)上设有螺母a(21)、螺母b(22)、螺母c(23)、螺母d(24)，其中螺母a(21)设于横梁(20)上表面，螺母b(22)设于横梁(20)下表面，螺栓(19)下端穿过机架板(1)，螺母c(23)设于机架板(1)上表面，螺母d(24)设于机架板(1)下表面，机架板(1)下方设有主轴(16)，主轴(16)与杠杆(15)垂直且一端穿过杠杆(15...
【专利技术属性】
技术研发人员：唐世斌，李佳明，张拥军，张永亮，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21
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