基于DIC及声发射监测的充填体-岩石界面装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种基于DIC及声发射监测的充填体

【技术实现步骤摘要】
基于DIC及声发射监测的充填体
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岩石界面装置及方法


[0001]本专利技术涉及充填体与围岩相互作用
，具体而言是一种基于DIC及声发射监测的充填体
‑
岩石界面装置及方法。

技术介绍

[0002]充填法采矿在维持地下空区稳定性及废弃尾砂的绿色应用起到至关重要的作用。随着流入到采空区的充填料浆的硬化，进而与围岩体产生相互作用，以抵抗围岩的变形。充填体
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岩石界面通常被认为是充填体结构中最为薄弱的区域之一，界面的存在显著的削弱充填体结构的力学性质及其稳定性。然而，充填体
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岩石界面处因裂纹的萌发及拓展而造成界面处损伤及劣化的问题，尚未探究清楚，制约充填法采矿在矿山工程中的合理设计。
[0003]目前，国内外学者针对充填体与围岩相互作用开展众多的力学特性研究。直剪仪作为一种操作简易、试验过程简单的试验仪器，可为剪切强度的获取提供有效的测试方法。由于传统直剪仪存在剪切盒尺寸较小，无法实现较大尺寸试样的试验，使得试验测试得出的数据具有尺寸效应。且由于传统上、下剪切盒全封闭的限制，试验结果仅能测得抗剪强度及强度参数，对于剪切试验过程中试样的损伤、破坏的过程无法观测及定量化分析，然而对于组合材料的剪切破坏过程对其认识其破坏机理具有重要的作用，因此，有必要提供能实现剪切过程可视化及剪切破坏定量化目标的相应试验装置及测试方法。

技术实现思路

[0004]根据上述技术问题，而提供一种基于DIC及声发射监测的充填体
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岩石界面装置及方法。
[0005]本专利技术采用的技术手段如下：
[0006]一种基于DIC及声发射监测的充填体
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岩石界面装置，装置位于DIC及声发射监测环境下，其包括试验平台，试验平台上表面固定有底座，且试验平台的两端分别固定有竖直设置的固定板；两个固定板之间固定有水平反力架，水平反力架包括两根水平设置的水平反力杆，两个水平反力杆的端部通过第一横梁连接为一体，且两个第一横梁分别与两个固定板固定连接；
[0007]试验平台上设有竖直反力架，竖直反力架包括两个竖直设置的竖直反力杆，竖直反力杆的底部穿过底座，且两个竖直反力杆的端部通过第二横梁连接为一体；竖直反力杆位于底座上方的部分套有弹簧；试验平台在底座的下方设置有驱动位于下方的第二横梁向下运动的竖直加载装置；
[0008]底座上设置有与底座滑动连接的剪切盒，剪切盒内装有立方体试样，且剪切盒位于竖直反力架的下方，剪切盒的顶部设有竖向压力荷重传感器；剪切盒包括顶板、底板和约束外罩；顶板和底板均为L形板，且顶板和底板中心对称；
[0009]其中一个固定板上设有驱动底板在底座上水平滑动的水平加载装置，且另外一个固定板所靠近的第一横梁上安装有剪切力荷重传感器，且剪切力荷重传感器的测量端与顶
板的竖直部连接；
[0010]底座上设有用于测量底板水平位移的水平位移传感器；
[0011]竖直反力架上方设有用于测量第二横梁竖直位移的竖向位移传感器。
[0012]优选地，底座上设有水平设置的滑动轨道，且底板的底部具有与滑道轨道相配合的滑槽。
[0013]优选地，水平加载装置包括固定在固定板上的伺服电机，伺服电机的输出端与蜗轮蜗杆丝杠加载装置的蜗杆连接，蜗杆驱动蜗轮转动，蜗轮带动蜗轮中心的丝杆螺母旋转，驱动丝杆水平运动，丝杆与位于导向轮组上的传力杆的一端连接，传力杆的另一端与底板的竖直部的中心连接。
[0014]优选地，导向轮组包括固定在试验平台上的两排导向轮，且两排导向轮呈八字形分布，传力杆位于两排导向轮之间。
[0015]优选地，竖直加载装置包括加载气缸，加载气缸的输出端与位于下方的第二横梁连接。
[0016]优选地，约束外罩采用有机玻璃制成，约束外罩包括竖直设置的左侧面约束外罩、右侧面约束外罩、正面约束外罩和背面约束外罩；
[0017]左侧面约束外罩填补底板的竖直部与顶板的水平部之间的间隙，且左侧面约束外罩的顶部与顶板的水平部外沿固定连接；
[0018]右侧面约束外罩填补底板的水平部与顶板的竖直部之间的间隙，且右侧面约束外罩的底部与底板的水平部外沿固定连接；
[0019]左侧面约束罩和右侧面约束罩分别设有两个方形通孔；
[0020]正面约束外罩和背面约束外罩的顶部与顶板的水平部外沿固定连接，背面约束外罩具有两条矩形通孔，且正面约束外罩与立方体试样之间具有1
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2mm的间隙。
[0021]优选地，两个水平反力杆所在平面与底座所在平面相交，且交角为30
°
；两个竖直反力杆所在平面与固定板所在平面相交，且交角为30
°
。
[0022]优选地，水平位移传感器和竖向位移传感器均采用激光位移计，其均固定在具有磁性底座的机械臂中，固定有所述水平位移传感器的所述机械臂的磁性底座与所述底座吸附连接，固定有所述竖向位移传感器的所述机械臂的磁性底座与所述第一横梁吸附连接。
[0023]优选地，还包含数据采集装置以及试验操作控制系统；剪切力荷重传感器、竖向压力荷重传感器、水平位移传感器及竖向位移传感器均通过数据线连接数据采集装置，数据采集装置与试验操作控制系统相连接；试验操作控制系统用于控制水平加载装置和竖直加载装置工作。
[0024]本专利技术还公开了一种基于DIC及声发射监测的充填体
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岩石界面的剪切试验方法，包括如下步骤：
[0025](1)制备立方体试样；
[0026](2)将立方体试样放置在剪切盒内；
[0027](3)将水平加载装置与底板的竖直部中心接触，将剪切力荷重传感器的测量端与顶板的竖直部中心接触。
[0028](4)根据试验要求设置DIC及声发射监测参数；
[0029](5)将水平位移传感器和竖向位移传感器放置到测量位置，而后将竖向压力荷重
传感器放置在顶板的水平部，调节竖直加载装置施加预设的法向作用力；
[0030](6)设定水平加载装置的加载速率，并记录剪切力荷重传感器、竖向压力荷重传感器、水平位移传感器、竖向位移传感器的数值，并同时记录DIC及声发射监测的监测数值；
[0031](7)剪切试验完成后，卸载竖直加载装置的法向作用力及水平加载装置的水平荷载，取出剪切盒，拆除约束外罩，将剪切破坏后的立方体试样从剪切盒中取出并清理试样的残余碎屑，试验完毕。
[0032]较现有技术相比，本专利技术具有以下优点：
[0033]本专利技术可研究充填体
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岩石界面的力学参数、应变场分布及剪切破坏过程的声发射特征，达到充填体
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岩石界面剪切劣化过程的可视化及定量化的目标，解决现有的直剪仪不可视，盲目剪切及测试结果单一的问题。本专利技术操作简单，造价低廉，可为传统直剪试验提供多种监测手段，获取视觉及声学的测试结果，为充填体与围岩相互作用提供监测手段及试验基础。
[003本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于DIC及声发射监测的充填体
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岩石界面装置，其特征在于，所述装置位于DIC及声发射监测环境下，其包括试验平台，所述试验平台上表面固定有底座，且所述试验平台的两端分别固定有竖直设置的固定板；两个所述固定板之间固定有水平反力架，所述水平反力架包括两根水平设置的水平反力杆，两个所述水平反力杆的端部通过第一横梁连接为一体，且两个所述第一横梁分别与两个所述固定板固定连接；所述试验平台上设有竖直反力架，所述竖直反力架包括两个竖直设置的竖直反力杆，所述竖直反力杆的底部穿过所述底座，且两个所述竖直反力杆的端部通过第二横梁连接为一体；所述竖直反力杆位于所述底座上方的部分套有弹簧；所述试验平台在所述底座的下方设置有驱动位于下方的所述第二横梁向下运动的竖直加载装置；所述底座上设置有与所述底座滑动连接的剪切盒，所述剪切盒内装有立方体试样，且所述剪切盒位于所述竖直反力架的下方，所述剪切盒的顶部设有竖向压力荷重传感器；所述剪切盒包括顶板、底板和约束外罩；所述顶板和所述底板均为L形板，且所述顶板和所述底板中心对称；其中一个所述固定板上设有驱动所述底板在所述底座上水平滑动的水平加载装置，且另外一个所述固定板所靠近的所述第一横梁上安装有剪切力荷重传感器，且所述剪切力荷重传感器的测量端与所述顶板的竖直部连接；所述底座上设有用于测量所述底板水平位移的水平位移传感器；所述竖直反力架上方设有用于测量所述第二横梁竖直位移的竖向位移传感器。2.根据权利要求1所述的一种基于DIC及声发射监测的充填体
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岩石界面装置，其特征在于，所述底座上设有水平设置的滑动轨道，且所述底板的底部具有与所述滑道轨道相配合的滑槽。3.根据权利要求1所述的一种基于DIC及声发射监测的充填体
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岩石界面装置，其特征在于，所述水平加载装置包括固定在所述固定板上的伺服电机，所述伺服电机的输出端与蜗轮蜗杆丝杠加载装置的蜗杆连接，蜗杆驱动蜗轮转动，蜗轮带动蜗轮中心的丝杆螺母旋转，驱动丝杆水平运动，丝杆与位于导向轮组上的传力杆的一端连接，所述传力杆的另一端与所述底板的竖直部的中心连接。4.根据权利要求3所述的一种基于DIC及声发射监测的充填体
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岩石界面装置，其特征在于，所述导向轮组包括固定在所述试验平台上的两排导向轮，且两排导向轮呈八字形分布，所述传力杆位于两排所述导向轮之间。5.根据权利要求1所述的一种基于DIC及声发射监测的充填体
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岩石界面装置，其特征在于，所述竖直加载装置包括加载气缸，所述加载气缸的输出端与位于下方的所述第二横梁连接。6.根据权利要求1所述的一种基于DIC及声发射监测的充填体
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岩石界面装置，其特征在于，所述约束外罩采用有机玻璃制成，所述约束外罩包括竖直设置的左侧面约束外罩、右侧面约束...

【专利技术属性】
技术研发人员：侯晨，杨柳君，朱万成，刘溪鸽，关凯，李磊，杜加法，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：