破碎岩体多相耦合蠕变试验方法及其装置制造方法及图纸

本发明专利技术破碎岩体多相耦合蠕变试验方法及其装置，最适用于破碎岩体的压缩蠕变、固－液耦合及固－气耦合渗透试验。采用多级杠杆传力装置、与杆杠传力装置相连的加载装置和设在加载装置下方的压缩蠕变装置，通过杠杆加载使横梁绕机架的铰链上下摆动，再通过调节螺杆、力传感器、球铰压头、渗透仪将杠杆系统传递的载荷施加到试样上，对处于高低温环境试验箱内的试样加载进行蠕变试验。该破碎岩体多相耦合蠕变试验方法及其装置加载稳定，可以满足相关试验的行程和精度要求，一机多用，其结构简单、体积小、价格低；精度高，维修方便，试验运行成本低，经济效益好，具有广泛的实用性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及破碎岩体多相耦合蠕变试验方法及其装置，尤其适用于做破碎岩体的压缩蠕变、固—液耦合及固—气耦合渗透试验。
技术介绍
采矿引起的岩层塌陷严重地改变了覆岩的工程地质性质，形成了采矿塌陷破裂岩体条件；即使在开采结束后经过长时间自然压实，地表沉陷过程基本停止后，采矿引起的地下残留空洞、离层、裂缝和采空区破碎岩体的欠压密、空隙中饱水等现象(问题)依然存在，在各种内外因素，如地应力、地下水、地面建筑荷载等作用下，其相对平衡状态将再次被打破，并引发安全事故。在许多老矿区曾发生过老采空区塌陷造成的财产损失和人身伤亡事故，2003年徐州张双楼矿发生因采空区的水渗透后造成淹没工作面的事故以及2004年河南大平煤矿发生瓦斯爆炸等重特大事故都与采空区破碎岩体的蠕变性质有直接的关系。因此，研究破碎岩体的蠕变特性具有重要的现实意义和实用价值。材料在恒载荷作用下，除了有瞬时应变外，还有持续的缓慢变形，同时这种缓慢变形与材料温度有关系，这种现象称为蠕变。在蠕变过程中，试验机能否保证很高的加载精度，并综合考虑环境温度，是蠕变试验成败的关键所在。蠕变试验一般情况下要求时间较长，对破碎岩体而言，短则十几天，长则达半年甚至几十年，因此在试验过程中，保证加载稳定可靠、尽量降低试验成本非常重要。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种破碎岩体多相耦合蠕变试验方法及其装置，其方法简单，操作方便，加载稳定，精度高，便于维修，而且试验运行成本低，经济效益好，能进行破碎岩体的压缩蠕变、固—液耦合及固—气耦合渗透的试验。本专利技术破碎岩体多相耦合蠕变试验方法，采用多级杠杆传力装置、加载装置和压缩蠕变装置组合的试验系统，通过信号采集器和设在多级杠杆传力装置上的砝码悬挂装置，对破碎岩体进行蠕变试验，其试验方法步骤如下(1)将所需重量的砝码挂在砝码悬挂装置上，多级杠杆传力装置开始动作使加载装置向下移动，对设在压缩蠕变装置中的破碎岩体进行加载，此时，通过力传感器信号输出的值，调节砝码位置以达到所需的载荷；(2)记录位移传感器的初始值和应变花的初始值；(3)调节加载装置，使加载装置中的垂直位移调节螺杆与多级杠杆传力装置中的加载杆始终保持在水平位置；(4)设定温度环境箱的温度模拟现场实际破碎岩体的情况，并从渗透仪缸体底部的进气口通气或通水，采集不同条件下的信号；(5)根据破碎岩体的变形特点，设定采集器定时或定期采集信号。本专利技术破碎岩体多相耦合蠕变试验方法的装置，它由多级杠杆传力装置、与杆杠传力装置相连的加载装置和设在加载装置下方的压缩蠕变装置构成，多级杠杆传力装置设在支架上，支架设在底座上，与多级杠杆传力装置相连的加载装置垂直向下，设在支架内的中部，压缩蠕变装置设在支架内的底座上。所述的多级杠杆传力装置由机架，间隔平行设置在机架上的加力杠杆、多排传力杠杆、末排加载杠杆和将各排杠杆连为一体的二力杆构成，加力杠杆上设有由螺旋套、挂钩和砝码组成的悬挂装置，每排杠杆与机架之间均设有一个能使杠杆摆动的固定铰支座，各排杠杆与二力杆的连接处设有铰接销钉；所述的加载装置由垂直位移调节螺杆、与垂直位移调节螺杆螺纹连接为一体的垂直位移调节杆和设在垂直位移调节杆顶部的球铰压头构成，垂直位移调节杆上设有力传感器和调节螺母；所述的垂直位移调节螺杆与螺纹连接的垂直位移调节杆调节范围在0～20cm；所述的末排加载杠杆与垂直位移调节螺杆固定在一起；所述的压缩蠕变装置包括温度环境箱、设在温度环境箱内的渗透仪缸体，渗透仪缸体内设有渗透仪活塞，渗透仪活塞上设有球铰底座，渗透仪缸体的下部外周圈上设有多个应变花，渗透仪缸体内底部设有下多孔板，并设有与下多孔板相通的进气或进液口，下多孔板间隔破碎岩体的上方设有与其相对应的上多孔板，渗透仪活塞外圆面上设有密封圈，其中部设有与气体或液体出口相通的导管；所述的渗透仪缸体上设有位移传感器和温控传感器；所述的球铰压头与球铰底座相吻合；所述的支架上设有与底座保持水平位置的调节器。本专利技术破碎岩体多相耦合蠕变试验方法及其装置，是一种适于材料蠕变性能测试的多功能试验仪器，最适用于破碎岩体的压缩蠕变、固—液耦合及固—气耦合渗透试验。根据破碎岩体蠕变试验的特点，考虑破碎岩体主要处于压缩状态，进行压缩状态下的蠕变试验。通过多级杠杆传力装置、与杆杠传力装置相连的加载装置和设在加载装置下方的压缩蠕变装置，对处于高低温环境试验箱内的装有试样的测试活塞加载，进行蠕变试验。在多级杠杆传力装置的机架上设有杠杆，杠杆连接于机架的铰点，杠杆的加载横梁可绕机架的铰链上下摆动，通过调节设在加力杆上的法码，可在小范围内改变杠杆传递比。为了克服杠杆行程较小的不足，在压头上方安装了调节范围较大的调节螺杆，可以满足相关试验的行程和精度要求。通过调节螺杆、力传感器、球铰压头、渗透仪将杠杆系统传递的载荷施加到试样上。该破碎岩体多相耦合蠕变试验方法及其装置加载稳定，试验范围广，功能和用途较多，对进一步探索煤矿突水和瓦斯突出规律将起到积极的推动作用。其结构简单，一机多用，体积小、价格低；精度高，维修方便，试验运行成本低，经济效益好，具有广泛的实用性。附图说明图1是本专利技术结构主视图。图2是本专利技术结构侧视图。具体实施例方式下面将结合附图对本专利技术的一个实施例作进一步的描述本专利技术破碎岩体多相耦合蠕变试验方法，采用多级杠杆传力装置、加载装置和压缩蠕变装置组合的试验系统，采用重庆大学生产的采集器配合虚拟信号秘理系统进行信号分析，通过信号采集器和调节砝码的位置，对破碎岩体进行加载蠕变试验，载荷传递的比值与设定的杠杆级数或排数有关，级数越多传递比越大，加载后，通过力传感器20信号输出值，调节砝码以达到需要载荷；记录位移传感器10的初始值和应变花29的初始值；当杠杆偏斜后，通过垂直位移调节杆将杠杆调整至水平位置；模拟现场破碎岩体27的实际情况，通过调节温度、通气或通水，采集不同条件下的信号；根据破碎岩体的变形特点，在采集器中设置定时采集，由采集器自动采集有关信号。用于本专利技术破碎岩体多相耦合蠕变试验方法的装置，它主要由多级杠杆传力装置、加载装置和压缩蠕变装置三大部构成。多级杠杆传力装置由机架3，间隔平行设置在机架3上的加力杠杆1、四排传力杠杆7、末排加载杠杆8和将各排杠杆连为一体的二力杆6构成，机架3采用螺栓连接与钢板焊接相结合的方式，每排杠杆与机架3之间均设有一个能使杠杆作上下摆动的固定铰支座4，每排杠杆与二力杆6的连接处均设有铰接销钉5，通过销钉5和二力杆6将各级杠杆联结。加力杠杆1一端设有微量调节载荷的砝码2，通过调节砝码2位置，在小范围内改变杠杆传递的载荷，可根据实际需要，调节杠杆级数，改变拉、压载荷。多级杠杆传力装置的机架3由连接螺栓23固定在支架上，支架固定在底座14上，支架上设有用于调节水平位置的调节器9。加载装置由垂直位移调节螺杆22、与垂直位移调节螺杆22螺纹连接在一起的垂直位移调节杆21、设在调节杆21的顶部的球铰压头19构成，设在支架内的中部。垂直位移调节杆21上设有力传感器20和设在传感器20两端的调节螺母，垂直位移调节螺杆22的顶端水平径向开有一凹槽，多级杠杆传力装置中的加载杠杆8插装在该凹槽内，通过螺钉固定在一起。压缩蠕变装置设在支架内的底座14上。压缩蠕变装置主要由温度环境箱11、渗透仪缸体1本文档来自技高网...

【技术保护点】
破碎岩体多相耦合蠕变试验方法，其特征在于：采用多级杠杆传力装置、加载装置和压缩蠕变装置组合的试验系统，通过信号采集器和设在多级杠杆传力装置上的砝码悬挂装置（２），对破碎岩体进行蠕变试验，其试验方法步骤如下：（１）将所需重量的砝码挂在 砝码悬挂装置（２）上，多级杠杆传力装置开始动作使加载装置向下移动，对设在压缩蠕变装置中的破碎岩体（２７）进行加载，此时，通过力传感器（２０）信号输出的值，调节砝码位置以达到所需的载荷；（２）记录位移传感器（１０）的初始值和应变花（２ ９）的初始值；（３）调节加载装置，使加载装置中的垂直位移调节螺杆（２２）与多级杠杆传力装置中的加载杆（８）始终保持在水平位置；（４）设定温度环境箱（１１）的温度模拟现场实际破碎岩体（２７）的情况，并从渗透仪缸体（１２）底部的 进气口（２８）通气或通水，采集不同条件下的信号；（５）根据破碎岩体的变形特点，设定采集器定时或定期采集信号。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：马占国，张帆，缪协兴，郭广礼，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：32[中国|江苏]