一种基于岩石单轴压缩的试验方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于岩石单轴压缩的试验方法及装置，包括控制密封试验箱内的匀速升温速率，保持岩石试样内各处温度与岩石表面温度一致；以位移加载速率将载荷均匀施加在上垫块上均匀加载，直到岩石试样完全破坏；根据感应器获取的应变数据计算得到岩石试样的应力应变值，得到相应载荷下的岩石试样纵向、横向应变，绘制关于岩石试样应力

【技术实现步骤摘要】
一种基于岩石单轴压缩的试验方法及装置


[0001]本专利技术涉及岩石试样温控试验装置，具体涉及一种基于岩石单轴压缩的试验方法及装置。

技术介绍

[0002]随着深埋隧道的不断开发，“三高一扰动”的恶劣工程环境和演示本身复杂的物理力学性能，使得不同程度的岩爆和围岩变形发生的越来越多，在围岩掘进的监测过程中发现部分高地温隧道的围岩最高温度可达130℃，所发生的岩爆等级相较于常见隧道内岩爆更高，对工程施工造成了严峻的考验。结合现场实测和室内试验得出得大量数据也可表明温度对岩石的力学性能影响确实很大，因此研究在温度控制下的岩石的强度变化对于降低岩爆的程度和可能性有很重要的意义。但是由于现有的单轴试验仪器无法实现对岩石试样的温度控制，只能表现为先单独加热，再放入单轴仪器中进行加载试验，往往会因为温度流失而对试验结果造成误差。
[0003]因此，提供一种岩石单轴压缩的试验方法和装置，着力于研究岩石试样温控加载一体化，实现在温度控制下岩石抗压强度变化的单轴温控试验成为亟待解决的技术问题。

技术实现思路

[0004]为了解决现有单轴试验中对于岩石温度控制和加载的技术问题，从而研制出一种岩石单轴轴的试验方法及装置，本专利技术能够实现在温度控制下岩石抗压强度变化的单轴温控试验，从而得到降低岩爆的程度和可能性的试验结果。
[0005]本专利技术是通过下述技术方案来实现的。
[0006]本专利技术给出了一种基于岩石单轴压缩的试验方法，包括：
[0007]试验用密封试验箱，密封试验箱置于放置台上，密封试验箱外设有保温层和加热箱，密封试验箱腔体中放置有被测试的岩石试样，岩石试样上设有连接到应力应变数据采集仪和温控系统的感应片；岩石试样顶部设有上垫块；
[0008]试验方法包括：
[0009]将岩石试样置于密封试验箱内，控制密封试验箱内的匀速升温速率，保持岩石试样内各处温度与岩石表面温度一致；
[0010]以0.02～0.05mm/s的位移加载速率将载荷均匀施加在上垫块上均匀加载，直到岩石试样完全破坏；得到相应载荷下的岩石试样纵向、横向应变，绘制关于岩石试样应力
‑
应变关系曲线；得到在温度条件下的岩石试样热应变增量和热应力增量。
[0011]对于上述技术方案，本专利技术还有进一步优选的方案：
[0012]优选的，密封试验箱内的温度范围为0～200℃；试验以每分钟5℃/min的升温速率进行均匀加热；保持所需温度30min即岩石试样内各处温度与岩石表面温度一致。
[0013]优选的，绘制岩石试样应力
‑
应变关系曲线包括：
[0014]1)利用所测不同应变值对应的荷载P
i
计算出热应力；
[0015]2)利用相应载荷下的岩石试样纵向应变ε1、横向应变ε2计算体积应变值ε
v
；
[0016]3)以热应力为纵坐标，以应变为横坐标绘制岩石试样应力
‑
应变关系曲线。
[0017]本专利技术给出了所述方法采用的岩石单轴压缩的试验装置，包括在密封试验箱腔体中设有底座、上垫块、下垫块和岩石试样，岩石试样放置在下垫块上，上垫块放置在岩石试样的上部，载荷施加在上垫块上。
[0018]优选的，所述岩石试样上的感应片包括应力应变感应片和温度感应片，应力应变感应片连接到应力应变数据采集仪，温度感应片连接到温控系统。
[0019]优选的，所述密封试验箱外周围侧壁设有加热箱，密封试验箱外与加热箱之间设有保温层；加热箱的内部含有多根加热棒。
[0020]优选的，所述加热箱内的加热棒连接电源加热或连接冷源降温。
[0021]优选的，所述密封试验箱顶部设有密封盖，密封盖的上部设有保温层；密封盖上设有能够套入上垫块的预留孔，密封盖上还布有排气孔和接线预留孔。
[0022]优选的，所述密封试验箱底部设有能够套入底座的下部预留孔。
[0023]本专利技术由于采取以上技术方案，其具有以下有益效果：
[0024]1)本专利技术方法基于岩石单轴压缩过程中，在温度变化和不同载荷下岩石试样受的纵向、横向应变，得到在温度条件下的岩石试样热应变增量和热应力增量，通过研究岩石试样温控加载一体化试验，从而得到降低岩爆的程度和可能性的试验结果，通过岩石试样的温度综合评定岩石的应力应变变化情况。
[0025]2)密封试验箱与密封盖形成一个密封空间，在密封空间内对岩石试样进行温度加热和保温。采用这种密闭空间下利用温控装置对岩石试样加热的方法可以避免传统马弗炉加热取出再加载所造成的热量流失问题。
[0026]3)排气孔的设置可以起到减小气压的作用，保持压强的稳定，从而达到密闭空间内气体状态的稳定；避免了仪器损坏，从而影响应力应变测量值的准确性的现象。
[0027]4)岩石试样四个周安装应力应变感应片和温度感应片，根据内部能量转换的热传导微分方程式计算在温度作用下密闭空间对岩石试样产生一个附加应力，通过温控系统与温度感应片的连接控制岩石的温度，再利用力学原理结合应力应变数据采集仪的数据，有助于对温度变化下的岩石力学性能的全面分析。
附图说明
[0028]此处所说明的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本专利技术的不当限定，在附图中：
[0029]图1为专利技术装置结构示意图；
[0030]图2(a)、2(b)分别为专利技术装置密封盖和密封试验箱结构示意图；
[0031]图3为岩石单轴压缩实验的应力
‑
应变曲线。
[0032]图中：1、放置台，2、底座，20、下部安装预留孔，3、密封试验箱，4、密封盖，5、上垫块，50、上部预留孔，6、下垫块，60、下部预留孔，7、岩石试样，8、密封螺栓，9、温度感应片，10、温控系统，11、应力应变感应片，12、应力应变数据采集仪，13、保温层，14、加热箱(内含加热棒)，15、排气孔，16、接线预留孔。
具体实施方式
[0033]下面将结合附图以及具体实施例来详细说明本专利技术，在此本专利技术的示意性实施例以及说明用来解释本专利技术，但并不作为对本专利技术的限定。
[0034]如图1所示，本专利技术一种基于岩石单轴压缩的试验装置，包括放置台1上放置的密封试验箱3，密封试验箱3腔体中设有底座2、上垫块5、下垫块6和岩石试样7，岩石试样7放置在下垫块6上，上垫块5放置在岩石试样7的上部，载荷施加在上垫块5上使岩石试样7变形。岩石试样7上设有应力应变感应片11和温度感应片9，应力应变感应片11连接到应力应变数据采集仪12，温度感应片9连接到温控系统10。
[0035]温度感应片9粘贴在岩石试样7的周围侧面上；温控系统10通过与温度感应片9和加热箱14的连接来实现控制岩石试样7的温度。如要降低密封试验箱3内部的温度，可以对加热箱14内的加热棒灌入制冷液。
[0036]岩石试样7放置在密封试验箱3内部，密封盖4通过密封螺栓8盖在密封试验箱3的上部。密封试验箱3外设本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于岩石单轴压缩的试验方法，其特征在于，包括：试验用密封试验箱，密封试验箱置于放置台上，密封试验箱外设有保温层和加热箱，密封试验箱腔体中放置有被测试的岩石试样，岩石试样上设有连接到应力应变数据采集仪和温控系统的感应片；岩石试样顶部设有上垫块；试验方法包括：将岩石试样置于密封试验箱内，控制密封试验箱内的匀速升温速率，保持岩石试样内各处温度与岩石表面温度一致；以0.02～0.05mm/s的位移加载速率将载荷均匀施加在上垫块上均匀加载，直到岩石试样完全破坏；得到相应载荷下的岩石试样纵向、横向应变，绘制关于岩石试样应力
‑
应变关系曲线；得到在温度条件下的岩石试样热应变增量和热应力增量。2.根据权利要求1所述的基于岩石单轴压缩的试验方法，其特征在于，密封试验箱内的温度范围为0～200℃；试验以每分钟5℃/min的升温速率进行均匀加热；保持所需温度30min即岩石试样内各处温度与岩石表面温度一致。3.根据权利要求1所述的基于岩石单轴压缩的试验方法，其特征在于，绘制岩石试样应力
‑
应变关系曲线包括：1)利用所测不同应变值对应的荷载P
i
计算出热应力：σ＝P
i
/S式中：σ为热应力；P
i
为所测不同应变值对应的荷载；S为试件荷载面积；2)利用相应载荷下的岩石试样纵向应变ε1、横向应变ε2计算体积应变值ε
v
：ε
V
＝ε1+2ε23)以热应力为纵坐标，以应变为横坐标绘制岩石试样应力
‑
应变关系曲线。4.根据权利要求1所述的基于岩石单轴压缩的试验方法，其特征在于，计算在...

【专利技术属性】
技术研发人员：邵珠山，黄新彩，薛涛，朱意明，
申请(专利权)人：西安建筑科技大学，
类型：发明
国别省市：