一种高温条件下岩石剪切裂纹扩展的实验装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术涉及一种高温条件下岩石剪切裂纹扩展的实验装置，该实验装置包括支撑架、恒温结构、剪切结构、数据采集结构和控制结构；恒温结构设置在支撑架内，用于为岩石试件提供恒温条件，剪切结构用于对岩石试件施压和剪切，控制结构用于向剪切结构发送控制指令，控制剪切结构的工作过程，数据采集结构用于对整个剪切过程的温度、压力和位移进行采集。该实验装置解决了现有技术无法在恒定高温条件下的岩石剪切的技术问题，而且结构简单，自动化程度高。

【技术实现步骤摘要】
一种高温条件下岩石剪切裂纹扩展的实验装置
本技术属于岩石裂纹扩展规律的研究领域，涉及深部地层高温环境下岩石剪切破坏时裂纹扩展规律研究的实验装置。
技术介绍
近年来，随着浅部资源开采殆尽及地下空间需求增长，矿藏资源开采、隧道建设不断向深部延深，由深部高应力、高渗透压力与高温环境引发的岩爆、围岩大变形等地质灾害问题日益突出。为了为确保地下工程施工安全，避免突发性地质灾害对人民生命和财产造成损失，必须对深埋岩体在开挖时岩体力学特征进行深入研究。深埋地下工程岩体由于所处的特殊的“三高”复杂力学环境，使得其与浅部岩体相比具有明显不同的工程响应特征，表现出明显的非线性特征。在很多情况下，深部岩体开挖时会发生剪切破坏，典型的例子包括：地下洞室的开挖导致径向应力的降低，从而导致岩石塑性区发展；地下水位的上升导致斜坡内有效应力的降低，从而导致斜坡的剪切滑动破坏。因此，研究高温条件下岩石剪切裂纹扩展规律对于深部岩石破坏机理研究十分重要，也是许多学者和工程技术人员进行科学研究的热点问题之一。目前，常见的岩石剪切试验装置可以进行多种力学试验，包括单轴压缩实验，在压缩条件下的剪切实验和直剪实验等等，能获得岩石的单轴压缩强度、抗剪强度指标以及在不同法向压力下岩石的抗剪强度指标。现阶段，进行高温条件下岩石剪切实验是先对岩石试件进行加热，在岩石试件冷却再通过常见的岩石剪切试验装置进行剪切实验，不能在恒定高温条件下进行岩石剪切试验。在此之外，为了观测真实岩石试件裂隙的扩展规律，许多学者尝试着利用CT技术、红外热像技术或者声发射技术来观测分析内部微裂纹的扩展现象，并得到了很多重要结论。但是，CT技术和红外热像技术不能在岩石试件加载过程中实时记录，而声发射技术不够直观。
技术实现思路
针对现有技术存在的上述问题，本技术要解决的技术问题是：一种恒定高温条件下的岩石剪切裂纹扩展规律的实验装置。一种高温条件下岩石剪切裂纹扩展的实验装置，包括支撑架、恒温结构、剪切结构、数据采集结构和控制结构；所述支撑架为具有上下左右四个壁的框型结构；恒温结构：包括恒温箱；所述恒温箱设置在支撑架内，且固定在支撑架的底部，恒温箱内设有用于加热的热电偶；所述恒温箱的上壁、左侧壁和右侧壁分别开设有上通孔、左通孔和右通孔，左通孔和右通孔同轴，顶通孔的轴线与左通孔的轴线垂直；剪切结构：包括动力结构和用于限定岩石试件的定位结构；定位结构：包括支座台和剪切盒；所述支座台设置在恒温箱的内，且固定在恒温箱的底壁上，所述剪切盒设置在支座台的上，剪切盒与支座台之间设有滚珠；动力结构：包括上液压动力机和右液压动力机；所述上液压动力机的上活塞杆穿过上通孔延伸至恒温箱内，所述上活塞杆的自由端固定连接有上压头，所述上压头位于剪切盒的上方，用于对放置在剪切盒内的岩石试件施加向下的压力；所述右液压动力机的右活塞杆穿过右通孔延伸至恒温箱内，所述右活塞杆的自由端固定连接有右压头，右压头用于对剪切盒施加向左的压力；动力结构还包括支座，所述支座的左端固定在支撑架的左侧内壁上，支座的左端穿过左通孔伸入恒温箱内，支座的左端固定连接有左压头，左压头用于抵住剪切盒内的岩石试件，限制岩石试件向左移动；数据采集结构：包括压力传感器和位移传感器；所述压力传感器包括用于监测岩石试件承受的向下压力的上压力传感器和用于监测岩石试件承受的向左压力的右压力传感器；所述位移传感器包括监测端设置上活塞杆上，用于监测上活塞杆位移的上位移传感器和监测端设置在右活塞杆上，用于监测右活塞杆位移的右位移传感器；控制结构：包括数据采集器、温度控制器、电液伺服控制台和电脑；所述数据采集器的压力信号输入端分别与上压力传感器和右压力传感器连接，数据采集器的位移信号输入端分别与上位移传感器和右位移传感器连接；所述温度控制器的控制信号输出端与热电偶连接，控制热电偶的加热，温度控制器的温度信号输出端与数据采集器的温度信号输入端连接；所述电液伺服控制台的控制信号输出端分别与上液压动力机的控制信号输入端和右液压动力机的控制信号输入端连接，控制上液压动力机和右液压动力机向岩石试件施加压力；所述电脑与电液伺服控制台连接，向电液伺服控制台输入压力指令，电脑与数据采集器连接，用于显示数据采集器采集的温度信息、压力信息和位移信息。作为优选，所述热电偶为四个，分别设置在恒温箱内侧的四个角。在恒温箱内侧的四个角分别设置一个热电偶，一方面可以加快恒温箱的升温速度，另一方面可以尽可能的保证恒温箱内各部分的温度一致。作为优选，所述支座台与滚珠之间设有垫块。垫块用以调整剪切盒的高度，其中两端凸起的垫块还起到预防滚珠滑落的作用。作为优选，所述右压头为倒L形，右压头横向的端部用于对剪切盒施加向左的压力，间接向岩石试件施加向左的压力；所述左压头为L形，左压头横向的端部用于抵住岩石试件，限制岩石试件向左移动。右压头和左压头设置为L形结构可以在保证加载装置处在同一水平线的同时，对试件施加剪力。作为优选，还包括观测结构；观测结构：包括高速摄像机、蓝宝石视窗和耐高温灯泡；所述蓝宝石视窗由两片蓝宝石组成，镶嵌在恒温箱门的内部，所述耐高温灯泡设置在恒温箱内部的靠近门的一侧；所述高速摄像机的镜头正对蓝宝石视窗。高速摄像机能在加载过程中拍摄到试件的变化。作为优选，所述两片蓝宝石视窗的中间为真空。真空结构可以减小热量流失，增加保温效果。作为优选，所述上活塞杆和右活塞杆包括外层结构，所述上活塞杆和右活塞杆与对应的外侧结构滑动连接；所述外层结构与恒温箱对应的侧壁固定连接，且外层结构与恒温箱对应的侧壁之间采用耐高温垫片密封。耐高温垫片设置的目的主要是为了减小热量流失，增加保温效果。作为优选，动力结构还包括活塞杆降温系统；塞杆降温系统：包括两个塞杆降温结构、蓄水箱、水泵和水冷箱式冷水机；所述塞杆降温结构为空心的桶状结构，包括外桶壁、内桶壁和桶心；所述外桶壁的内径大于活塞杆的直径，具有一个进水口和一个出水口，所述进水口靠近外桶壁的底部，出水口靠近外桶壁的顶部；所述内桶壁也为空心的桶状结构，且内桶壁的外径等于活塞杆的直径，内桶壁上具有下通孔和上通孔，所述下通孔和上通孔分别对应的与进水口和出水口连通；所述桶心为实心柱状结构，且桶心的外径小于内桶壁的内径，桶心穿过内桶壁的空心部分，在桶心与内桶壁的内侧壁之间设置多个连接件，所述多个连接件用于将上桶心与内桶壁的内侧壁固定连接，所述多个连接件沿上桶心周向均布，且在桶心轴向同一距离只设一个连接件；所述一个塞杆降温结构以焊接的方式设置在位于上液压动力机壳体与支撑架之间的上活塞杆中；所述另一个塞杆降温结构以焊接的方式设置在位于右液压动力机壳体与支撑架之间的右活塞杆中；所述每个塞杆降温结构的进水口分别与水冷箱式冷水机的出水端连通，所述每个出水口分别与蓄水箱连通，水冷箱式冷水机的进水端通过水泵与蓄水箱连通。由于上活本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高温条件下岩石剪切裂纹扩展的实验装置，其特征在于：包括支撑架（15）、恒温结构、剪切结构、数据采集结构和控制结构；/n所述支撑架（15）为具有上下左右四个壁的框型结构；/n恒温结构：包括恒温箱（2）；/n所述恒温箱（2）设置在支撑架（15）内，且固定在支撑架（15）的底部，恒温箱（2）内设有用于加热的热电偶（3）；/n所述恒温箱（2）的上壁、左侧壁和右侧壁分别开设有上通孔、左通孔和右通孔，左通孔和右通孔同轴，顶通孔的轴线与左通孔的轴线垂直；/n剪切结构：包括动力结构和用于限定岩石试件（18）的定位结构；/n定位结构：包括支座台（19）和剪切盒（22）；/n所述支座台（19）设置在恒温箱（2）内，且固定在恒温箱（2）的底壁上，所述剪切盒（22）设置在支座台（19）上，剪切盒（22）与支座台（19）之间设有滚珠（21）；/n动力结构：包括上液压动力机（7）和右液压动力机（13）；/n所述上液压动力机（7）的上活塞杆（6）穿过上通孔延伸至恒温箱（2）内，所述上活塞杆（6）的自由端固定连接有上压头（4），所述上压头（4）位于剪切盒（22）的上方，用于对放置在剪切盒（22）内的岩石试件（18）施加向下的压力；/n所述右液压动力机（13）的右活塞杆（14）穿过右通孔延伸至恒温箱（2）内，所述右活塞杆（14）的自由端固定连接有右压头（17），右压头（17）用于对剪切盒（22）施加向左的压力；/n动力结构还包括支座（24），所述支座（24）的左端固定在支撑架（15）的左侧内壁上，支座（24）的左端穿过左通孔伸入恒温箱（2）内，支座（24）的左端固定连接有左压头（23），左压头（23）用于抵住剪切盒（22）内的岩石试件（18），限制岩石试件（18）向左移动；/n数据采集结构：包括压力传感器和位移传感器；/n所述压力传感器包括用于监测岩石试件（18）承受的向下压力的上压力传感器（8）和用于监测岩石试件（18）承受的向左压力的右压力传感器（12）；/n所述位移传感器包括监测端设置在上活塞杆（6）上，用于监测上活塞杆（6）位移的上位移传感器（5）和监测端设置在右活塞杆（14）上，用于监测右活塞杆（14）位移的右位移传感器（16）；/n控制结构：包括数据采集器（11）、温度控制器（1）、电液伺服控制台（9）和电脑（10）；/n所述数据采集器（11）的压力信号输入端分别与上压力传感器（8）和右压力传感器（12）连接，数据采集器（11）的位移信号输入端分别与上位移传感器（5）和右位移传感器（16）连接；/n所述温度控制器（1）的控制信号输出端与热电偶（3）连接，控制热电偶（3）的加热，温度控制器（1）的温度信号输出端与数据采集器（11）的温度信号输入端连接；/n所述电液伺服控制台（9）的控制信号输出端分别与上液压动力机（7）的控制信号输入端和右液压动力机（13）的控制信号输入端连接，控制上液压动力机（7）和右液压动力机（13）向岩石试件（18）施加压力；/n所述电脑（10）与电液伺服控制台（9）连接，向电液伺服控制台（9）输入压力指令，电脑（10）与数据采集器（11）连接，用于显示数据采集器（11）采集的温度信息、压力信息和位移信息。/n...

【技术特征摘要】
1.一种高温条件下岩石剪切裂纹扩展的实验装置，其特征在于：包括支撑架（15）、恒温结构、剪切结构、数据采集结构和控制结构；
所述支撑架（15）为具有上下左右四个壁的框型结构；
恒温结构：包括恒温箱（2）；
所述恒温箱（2）设置在支撑架（15）内，且固定在支撑架（15）的底部，恒温箱（2）内设有用于加热的热电偶（3）；
所述恒温箱（2）的上壁、左侧壁和右侧壁分别开设有上通孔、左通孔和右通孔，左通孔和右通孔同轴，顶通孔的轴线与左通孔的轴线垂直；
剪切结构：包括动力结构和用于限定岩石试件（18）的定位结构；
定位结构：包括支座台（19）和剪切盒（22）；
所述支座台（19）设置在恒温箱（2）内，且固定在恒温箱（2）的底壁上，所述剪切盒（22）设置在支座台（19）上，剪切盒（22）与支座台（19）之间设有滚珠（21）；
动力结构：包括上液压动力机（7）和右液压动力机（13）；
所述上液压动力机（7）的上活塞杆（6）穿过上通孔延伸至恒温箱（2）内，所述上活塞杆（6）的自由端固定连接有上压头（4），所述上压头（4）位于剪切盒（22）的上方，用于对放置在剪切盒（22）内的岩石试件（18）施加向下的压力；
所述右液压动力机（13）的右活塞杆（14）穿过右通孔延伸至恒温箱（2）内，所述右活塞杆（14）的自由端固定连接有右压头（17），右压头（17）用于对剪切盒（22）施加向左的压力；
动力结构还包括支座（24），所述支座（24）的左端固定在支撑架（15）的左侧内壁上，支座（24）的左端穿过左通孔伸入恒温箱（2）内，支座（24）的左端固定连接有左压头（23），左压头（23）用于抵住剪切盒（22）内的岩石试件（18），限制岩石试件（18）向左移动；
数据采集结构：包括压力传感器和位移传感器；
所述压力传感器包括用于监测岩石试件（18）承受的向下压力的上压力传感器（8）和用于监测岩石试件（18）承受的向左压力的右压力传感器（12）；
所述位移传感器包括监测端设置在上活塞杆（6）上，用于监测上活塞杆（6）位移的上位移传感器（5）和监测端设置在右活塞杆（14）上，用于监测右活塞杆（14）位移的右位移传感器（16）；
控制结构：包括数据采集器（11）、温度控制器（1）、电液伺服控制台（9）和电脑（10）；
所述数据采集器（11）的压力信号输入端分别与上压力传感器（8）和右压力传感器（12）连接，数据采集器（11）的位移信号输入端分别与上位移传感器（5）和右位移传感器（16）连接；
所述温度控制器（1）的控制信号输出端与热电偶（3）连接，控制热电偶（3）的加热，温度控制器（1）的温度信号输出端与数据采集器（11）的温度信号输入端连接；
所述电液伺服控制台（9）的控制信号输出端分别与上液压动力机（7）的控制信号输入端和右液压动力机（13）的控制信号输入端连接，控制上液压动力机（7）和右液压动力机（13）向岩石试件（18）施加压力；
所述电脑（10）与电液伺服控制台（9）连接，向电液伺服控制台（9）输入压力指令，电脑（10）与数据采集器（11）连接，用于显示数据采集器（11）采集的温度信息、压力信息和位移信息。


2.如权利要求1所述的高温条件下岩石剪切裂纹扩展的实验装置，其特征在于：所述热电偶（3）为四个，分别设置在恒温箱（2）内侧的四个角。


3.如权利要求1所述的高温条件下岩石剪切裂纹扩展的实验装置，其特征在于：所述支座台（19）与滚珠（21）之间设有垫块（20）。


4.如权利要求1所述的高...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵瑜，李佳申，毕靖，王超林，滕明阳，全大国，杨进强，丁丁，
申请(专利权)人：贵州大学，
类型：新型
国别省市：贵州;52