岩石流变试验系统技术方案

本发明专利技术属于流变试验装置技术领域，具体提供了一系列能长历时荷载的流变试验系统，所述流变试验系统包括相互连接的试样安装组件、加载机构、加热装置和渗流装置。本发明专利技术提供的流变试验系统，将负载自重形成的载荷传递至岩石试样，在稳压过程中不再需要电力保证施加载荷的恒定，适用于长历时稳载需求；而且相对于通过液压进行加载稳载的流变实验机，结构简单、成本低廉。

【技术实现步骤摘要】
岩石流变试验系统
本专利技术涉及流变试验装置
，具体的说，是一系列能长历时荷载的流变试验系统。
技术介绍
任何材料在载荷作用下，随时间发展，均会不断发生变形；随温度增加，会导致材料在恒定载荷下的变形速率增加，从而导致材料力学性质劣化。而且，在水渗流作用下，会进一步加速材料变形和力学性质劣化进程。材料的流变特性直接决定了材料的长期力学性能，特别是对于深埋地下的岩体工程，围岩在深埋高温、高应力与高渗流压力等“三高”复杂耦合的强湿热环境下，岩石呈现更加显著的强流变时效特征，直接决定了工程围岩的长期稳定性，需要通过试验获得岩石可靠的流变力学特性，而其关键在于如何确保在测试过中测试条件的恒定。岩石作为天然地质材料，深埋岩石工程的围岩通常是新鲜岩体，其承载能力通常较大。受时间效应影响，在测试过程中，轴向载荷微小的波动，均会导致岩石长期流变变形发生显著突变性变化，该影响有可能会导致对被测试岩石的长期力学行为的误判。因此，如何保证实验开始后的长时间段测试过程中的前述测试条件恒定和不发生改变，是确保岩石流变试验成果有效性的关键。目前，流变试验的轴向载荷多是通过电路控制或手动控制液压的方式施加大吨位载荷，并分别依靠电源电力保证施加载荷的恒定。然而，电源控制方式下，断电会导致加载中断；由于岩石是在持续发生变形，而液压加载由于不能及时向承载的压力腔体内补充液体介质，导致液体压力下降，从而引起施加的载荷降低，不能保证在长期加载条件下的载荷或应力恒定。此外，现有重力加载方式，主要依靠杠杆臂的力矩臂输出大吨位荷载，这又导致荷载是从特定某一值开始施加，无法实现同一个试件在试验过程中的低吨位小荷载到大吨位大荷载的连续施加。综上可知，现有的实验方法不能确保流变试验过程轴向载荷的恒定与可靠，以及荷载的连续施加。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一系列能长历时荷载的流变试验系统，将负载自重形成的载荷传递至试样，加载过程中可以实现低荷载到高荷载的连续施加，并且在稳压过程中不再需要电力保证施加载荷的恒定，适用于长历时稳载需求；而且相对于通过液压进行加载稳载的流变实验机，结构简单、成本低廉。基于由负载自重形成稳压载荷对试样进行加载稳载这一相同技术构思，本专利技术提供了多种能长历时荷载的流变试验系统的技术方案，且均能用于单轴压缩流变试验、单轴拉伸流变试验。实现本专利技术的具体技术方案一、岩石流变试验系统，所述流变试验系统包括安装机架以及设置在安装机架上的试样安装组件、加载机构、用于营造高温温度场的加热装置、用于开展渗流介质透出测控的渗流装置；所述试样安装组件的固定端与安装机架的底部连接，所述试样安装组件的活动端与设置在安装机架顶部的加载机构连接；所述试样安装组件的固定端、活动端之间为用于安装岩石试样的试样安装区；所述加热装置与试样安装组件或岩石试样连接；所述渗流装置与试样安装组件连接；所述试样安装组件包括上承压板、下承压板、传力板、支撑杆和连接杆；所述上承压板与下承压板均水平设置，上承压板经一组所述支撑杆支撑于安装机架上；沿竖向，所述下承压板位于上承压板下方；一组所述连接杆沿竖向穿过上承压板上的通孔其一端与下承压板相连接，另一端与所述传力板可拆卸连接，且连接杆与上承压板活动配合；并在上承压板与下承压板之间形成试样安装区；所述加载机构包括定滑轮组、动滑轮组、换向滑轮一、换向滑轮二和钢丝绳；所述定滑轮组包括定滑轮一、定滑轮二和定滑轮架一，所述定滑轮一和定滑轮二沿定滑轮架一延伸方向分布并安装于定滑轮架一上；所述动滑轮组包括动滑轮一、动滑轮二和动滑轮架一；所述动滑轮一和动滑轮二沿动滑轮架一延伸方向分布并安装于动滑轮架一上；沿竖向，所述动滑轮组位于定滑轮组下方，在动滑轮架一相邻于定滑轮组的一端设置有挂钩；所述定滑轮架一一端设置在安装机架上，所述钢丝绳一端连接于所述挂钩，另一端依次绕过定滑轮二、动滑轮二、定滑轮一、动滑轮二、换向滑轮一、换向滑轮二后竖向向下延伸并与配重相连接；所述动滑轮架一未设置有挂钩的另一端与传力板相连接；所述换向滑轮一、换向滑轮二分别通过滑轮架水平间隔安装在安装机架的顶部；且所述换向滑轮一、换向滑轮二二者中一个位置固定不变另一个滑动限位安装在加载机架上。进一步地，所述支撑杆为带有外螺纹的螺杆，支撑杆的底端连接于底座上的螺纹孔内，支撑杆的顶端穿过上承压板上的通孔并与位于上承压板上下两侧的螺母螺纹连接；一组所述支撑杆中的支撑杆有两根，两根支撑杆环绕上承压板中心均匀分布。进一步地，所述连接杆为带有外螺纹的螺杆，连接杆的底端与下承压板相连接，连接杆的顶端穿过传力板上的通孔并与位于传力板上下两侧的螺母螺纹连接；一组所述连接杆中的连接杆有两根，两根连接杆环绕上承压板中心均匀分布。进一步地，所述加热装置安装在岩石试样的外围壁面；所述渗流装置包括穿过上承压板将水引进试样安装腔的渗流一管、穿过下承压板将水引出试样安装腔的渗流二管；所述渗流一管、渗流二管同时与渗流测量和控制模块连接。更进一步地，所述安装机架为两端贯通的中空结构，包括底座、顶部横梁、左立柱和右立柱；所述左立柱一端与底座相连接，另一端与顶部横梁相连接；所述右立柱一端与底座相连接，另一端与顶部横梁相连接；由底座、顶部横梁、左立柱和右立柱包围形成中空区域；所述加载机构和试样安装组件位于中空区域内；在与配重相邻的右立柱上安装有刻度尺。实现本专利技术的具体技术方案二、岩石流变试验系统，所述流变试验系统包括安装机架以及设置在安装机架上的试样安装组件、加载机构、用于营造高温温度场的加热装置、用于开展渗流介质透出测控的渗流装置；所述试样安装组件的固定端与安装机架的底部连接，所述试样安装组件的活动端与设置在安装机架顶部的加载机构连接；所述试样安装组件的固定端、活动端之间为用于安装岩石试样的试样安装区；所述加热装置与试样安装组件或岩石试样连接；所述渗流装置与试样安装组件连接；所述试样安装组件包括共同形成一个试样安装腔的上部传力柱、下部传力柱、压力腔外壳、压力腔底座；所述上部传力柱的底端伸入压力腔外壳与压力腔外壳滑动连接；所述下部传力柱安装在压力腔底座的顶面，且所述压力腔底座的底面与安装机架连接；所述压力腔外壳、压力腔底座可拆卸连接；所述加载机构包括定滑轮组、动滑轮组、换向滑轮一、换向滑轮二和钢丝绳；所述定滑轮组包括定滑轮一、定滑轮二和定滑轮架一，所述定滑轮一和定滑轮二沿定滑轮架一延伸方向分布并安装于定滑轮架一上；所述动滑轮组包括动滑轮一、动滑轮二和动滑轮架一；所述动滑轮一和动滑轮二沿动滑轮架一延伸方向分布并安装于动滑轮架一上；沿竖向，所述动滑轮组位于定滑轮组下方，在动滑轮架一相邻于定滑轮组的一端设置有挂钩；所述定滑轮架一一端设置在安装机架上，所述钢丝绳一端连接于所述挂钩，另一端依次绕过定滑轮二、动滑轮二、定滑轮一、动滑轮二、换向滑轮一、换向滑轮二后竖向向下延伸并与配重相连接；所述动滑轮架一未设置有挂钩的另一端通过传力板、载荷传感器与试样安装组件的上部传力柱连接，或者所述动滑轮架一未设置有挂钩的另一端直接通过载本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.岩石流变试验系统，其特征在于：所述流变试验系统包括安装机架（100）以及设置在安装机架（100）上的试样安装组件、加载机构、用于营造高温温度场的加热装置（25）、用于开展渗流介质透出测控的渗流装置；所述试样安装组件的固定端与安装机架（100）的底部连接，所述试样安装组件的活动端与设置在安装机架（100）顶部的加载机构连接；所述试样安装组件的固定端、活动端之间为用于安装岩石试样（4）的试样安装区；所述加热装置（25）与试样安装组件或岩石试样（4）连接；所述渗流装置与试样安装组件连接；/n所述试样安装组件包括上承压板（5）、下承压板（2）、传力板（6）、支撑杆（1）和连接杆（3）；所述上承压板（5）与下承压板（2）均水平设置，上承压板（5）经一组所述支撑杆（1）支撑于安装机架（100）上；沿竖向，所述下承压板（2）位于上承压板（5）下方；一组所述连接杆（3）沿竖向穿过上承压板（5）上的通孔其一端与下承压板（2）相连接，另一端与所述传力板（6）可拆卸连接，且连接杆（3）与上承压板（5）活动配合；并在上承压板（5）与下承压板（2）之间形成试样安装区；/n所述加载机构包括定滑轮组（8）、动滑轮组（7）、换向滑轮一（9）、换向滑轮二（10）和钢丝绳（11）；所述定滑轮组（8）包括定滑轮一（8A）、定滑轮二（8B）和定滑轮架一（8C），所述定滑轮一（8A）和定滑轮二（8B）沿定滑轮架一（8C）延伸方向分布并安装于定滑轮架一（8C）上；所述动滑轮组（7）包括动滑轮一（7A）、动滑轮二（7B）和动滑轮架一（7C）；所述动滑轮一（7A）和动滑轮二（7B）沿动滑轮架一（7C）延伸方向分布并安装于动滑轮架一（7C）上；沿竖向，所述动滑轮组（7）位于定滑轮组下方，在动滑轮架一（7C）相邻于定滑轮组（8）的一端设置有挂钩（7D）；/n所述定滑轮架一（8C）一端设置在安装机架（100）上，所述钢丝绳（11）一端连接于所述挂钩（7D），另一端依次绕过定滑轮二（8B）、动滑轮二（7B）、定滑轮一（8A）、动滑轮二（7B）、换向滑轮一（9）、换向滑轮二（10）后竖向向下延伸并与配重（12）相连接；所述动滑轮架一（7C）未设置有挂钩（7D）的另一端与传力板（6）相连接；/n所述换向滑轮一（9）、换向滑轮二（10）分别通过滑轮架水平间隔安装在安装机架（100）的顶部；且所述换向滑轮一（9）、换向滑轮二（10）二者中一个位置固定不变另一个滑动限位安装在加载机架（10）上。/n...

【技术特征摘要】
1.岩石流变试验系统，其特征在于：所述流变试验系统包括安装机架（100）以及设置在安装机架（100）上的试样安装组件、加载机构、用于营造高温温度场的加热装置（25）、用于开展渗流介质透出测控的渗流装置；所述试样安装组件的固定端与安装机架（100）的底部连接，所述试样安装组件的活动端与设置在安装机架（100）顶部的加载机构连接；所述试样安装组件的固定端、活动端之间为用于安装岩石试样（4）的试样安装区；所述加热装置（25）与试样安装组件或岩石试样（4）连接；所述渗流装置与试样安装组件连接；
所述试样安装组件包括上承压板（5）、下承压板（2）、传力板（6）、支撑杆（1）和连接杆（3）；所述上承压板（5）与下承压板（2）均水平设置，上承压板（5）经一组所述支撑杆（1）支撑于安装机架（100）上；沿竖向，所述下承压板（2）位于上承压板（5）下方；一组所述连接杆（3）沿竖向穿过上承压板（5）上的通孔其一端与下承压板（2）相连接，另一端与所述传力板（6）可拆卸连接，且连接杆（3）与上承压板（5）活动配合；并在上承压板（5）与下承压板（2）之间形成试样安装区；
所述加载机构包括定滑轮组（8）、动滑轮组（7）、换向滑轮一（9）、换向滑轮二（10）和钢丝绳（11）；所述定滑轮组（8）包括定滑轮一（8A）、定滑轮二（8B）和定滑轮架一（8C），所述定滑轮一（8A）和定滑轮二（8B）沿定滑轮架一（8C）延伸方向分布并安装于定滑轮架一（8C）上；所述动滑轮组（7）包括动滑轮一（7A）、动滑轮二（7B）和动滑轮架一（7C）；所述动滑轮一（7A）和动滑轮二（7B）沿动滑轮架一（7C）延伸方向分布并安装于动滑轮架一（7C）上；沿竖向，所述动滑轮组（7）位于定滑轮组下方，在动滑轮架一（7C）相邻于定滑轮组（8）的一端设置有挂钩（7D）；
所述定滑轮架一（8C）一端设置在安装机架（100）上，所述钢丝绳（11）一端连接于所述挂钩（7D），另一端依次绕过定滑轮二（8B）、动滑轮二（7B）、定滑轮一（8A）、动滑轮二（7B）、换向滑轮一（9）、换向滑轮二（10）后竖向向下延伸并与配重（12）相连接；所述动滑轮架一（7C）未设置有挂钩（7D）的另一端与传力板（6）相连接；
所述换向滑轮一（9）、换向滑轮二（10）分别通过滑轮架水平间隔安装在安装机架（100）的顶部；且所述换向滑轮一（9）、换向滑轮二（10）二者中一个位置固定不变另一个滑动限位安装在加载机架（10）上。


2.根据权利要求1所述的岩石流变试验系统，其特征在于：所述支撑杆（1）为带有外螺纹的螺杆，支撑杆（1）的底端连接于底座（13）上的螺纹孔内，支撑杆（1）的顶端穿过上承压板（5）上的通孔并与位于上承压板（5）上下两侧的螺母螺纹连接；一组所述支撑杆（1）中的支撑杆（1）有两根，两根支撑杆（1）环绕上承压板（5）中心均匀分布。


3.根据权利要求2所述的岩石流变试验系统，其特征在于：所述连接杆（3）为带有外螺纹的螺杆，连接杆（3）的底端与下承压板（2）相连接，连接杆（3）的顶端穿过传力板（6）上的通孔并与位于传力板（6）上下两侧的螺母螺纹连接；一组所述连接杆（3）中的连接杆（3）有两根，两根连接杆（3）环绕上承压板（5）中心均匀分布。


4.根据权利要求1-3任一项所述的岩石流变试验系统，其特征在于：所述加热装置（25）安装在岩石试样（4）的外围壁面；所述渗流装置包括穿过上承压板（5）将水引进试样安装腔的渗流一管（27-1）、穿过下承压板（2）将水引出试样安装腔的渗流二管（27-2）；所述渗流一管（27-1）、渗流二管（27-2）同时与渗流测量和控制模块连接。


5.根据权利要求1-3任一项所述的岩石流变试验系统，其特征在于：所述安装机架（100）为两端贯通的中空结构，包括底座（13）、顶部横梁（16）、左立柱（14）和右立柱（15）；所述左立柱（14）一端与底座（13）相连接，另一端与顶部横梁（16）相连接；所述右立柱（15）一端与底座（13）相连接，另一端与顶部横梁（16）相连接；由底座（13）、顶部横梁（16）、左立柱（14）和右立柱（15）包围形成中空区域；所述加载机构和试样安装组件位于中空区域内；在与配重（12）相邻的右立柱（15）上安装有刻度尺（17）。


6.岩石流变试验系统，其特征在于：所述流变试验系统包括安装机架（100）以及设置在安装机架（100）上的试样安装组件、加载机构、用于营造高温温度场的加热装置（25）、用于开展渗流介质透出测控的渗流装置；所述试样安装组件的固定端与安装机架（100）的底部连接，所述试样安装组件的活动端与设置在安装机架（100）顶部的加载机构连接；所述试样安装组件的固定端、活动端之间为用于安装岩石试样（4）的试样安装区；所述加热装置（25）与试样安装组件或岩石试样（4）连接；所述渗流装置与试样安装组件连接；
所述试样安装组件包括共同形成一个试样安装腔的上部传力柱（3-1）、下部传力柱（3-2）、压力腔外壳（5-1）、压力腔底座（5-2）；所述上部传力柱（3-1）的底端伸入压力腔外壳（5-1）与压力腔外壳（5-1）滑动连接；所述下部传力柱（3-2）安装在压力腔底座（5-2）的顶面...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘建锋，谢和平，李存宝，石祥超，李化，郑俊，邓建辉，魏进兵，雷孝章，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：四川;51