一种摆锤加载中应变率扰动下岩石松弛的试验装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种摆锤加载中应变率扰动下岩石松弛的试验装置及方法，该装置适用于测定岩石试件在轴向静载（和围压）压缩作用下的松弛性能，可通过调整手动摇柄，利用蜗轮蜗杆带动轴压加载板上的透射杆前后移动，实现传动杆对试件分级位移加载、位移保持恒定条件下的松弛试验；该装置能够对岩样施加稳定的轴向静载（和围压），再可通过调整摆锤施加轴向的动力冲击载荷，以使岩样破裂，测试处于长期松弛状态下岩石受到冲击载荷后的力学性能。本发明专利技术可以研究岩石在长期的松弛效应和瞬时的动态扰动作用下的力学响应特征和破坏机理，对于评价地下开挖空间的稳定性和设计地下岩石工程的永久支护有着重要的理论意义。

【技术实现步骤摘要】
一种摆锤加载中应变率扰动下岩石松弛的试验装置及方法
本专利技术属于岩石流变学和动力学
，具体涉及到一种摆锤加载中应变率扰动下岩石松弛的试验装置及方法。
技术介绍
在岩体工程中应力流变现象随处可见，例如一些地下硐室、巷道、隧道等开挖支护之后经过一段时间岩石会发生流变现象，而这些流变现象往往包含岩石的蠕变和松弛。对于处于流变的岩体，在采场的爆破载荷的扰动下，流变效应会愈加明显，有可能发生加速流变，从而引起矿山动力灾害的发生。特别是深部矿山地下开采往往面临着如岩爆、突水、顶板大面积来压及采空区失稳等灾害，这些现象都涉及到岩石或岩体长期的松弛效应和瞬时的动态扰动相结合作用问题。岩石的松弛效应是一个长期的过程，而爆破、机械振动等动态扰动对于岩石影响是一个瞬时影响，两者在时间尺度上相差较大，所以很少有人在试验中考虑这两种效应的共同作用对岩石力学性能的影响。因此，研究动态扰动影响下岩石的松弛效应对于评价地下开挖空间的稳定性和设计地下岩石工程的永久支护有着重要的理论意义。尽管人们已经认识到了岩石松弛效应研究的重要性，但是由于在进行应力松弛试验时需要控制岩石试样的应变不变，要求实验设备具有长时间保持恒定位移加载的性能，试验技术难度较大，相关的研究较少。在动态扰动对于岩石松弛效应的影响方面，目前还鲜有这方面的文献报道，更没有相关的试验装置和试验方法。而岩石试样的实验室流变试验受到研究者的高度重视，20世纪初，国外学者D.T.Griggs(1965年)、J.Handing(1957年)、H.C.Heard(1982年)和M.S.Paterson(1970年)等人研发了不同类型的流变实验装置；国内学者于怀昌、熊良宵等利用具有伺服电机的岩石流变试验装置，对岩石进行三轴及双轴松弛试验；邬爱清、周楚良等专利技术了液压伺服控制岩石三轴流变试验装置，为人们研究复杂应力状态下的岩石流变现象提供条件。高延法等关注了动态扰动对于流变效用的影响，利用冲击砝码及爆炸物对长期处于蠕变状态下的岩石进行动态扰动，以研究蠕变过程的动态扰动效应，但目前的工作仅限于动态扰动对于蠕变过程的影响，尚没有研究涉及动态扰动对岩石松弛效应的影响，更缺少这方面的的试验装置和试验方法。在动态扰动加载方式方面，目前动态扰动流变试验装置采用的是引爆雷管爆炸冲击加载、落锤重力冲击加载等，精确控制冲头冲击入射杆的速度比较困难。对于岩石的动态扰动试验而言，在低应变率区，材料对应变率不敏感，在高应变率区，材料对应变率很敏感，中应变率区则是材料性能由应变率不敏感到应变率敏感的转变区，因此，研发适宜于中应变率（）扰动条件下岩石流变试验装置，对于研究处于流变状态的岩石在中应变率的动态扰动下的力学响应特征是十分必要的。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种可以实现对岩石在长期的松弛效应和瞬时的动态扰动作用下进行研究的摆锤加载中应变率扰动下岩石松弛的试验装置，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案来实现：一种摆锤加载中应变率扰动下岩石松弛的试验装置，包括实验平台、固定在实验平台前端的岩石松弛实验装置、固定在实验平台后端的产生中应变率动态扰动的摆锤加载装置和固定在岩石松弛实验装置和产生中应变率动态扰动的摆锤加载装置之间的液压加载装置；所述岩石松弛实验装置包括轴压加载框架、入射杆、手动摇柄和透射杆；所述轴压加载框架固定在实验平台上，轴压加载框架包括两个相对设置的左固定台和右固定台，左固定台的一侧设有轴压加载板，右固定台上设有圆孔；所述手动摇柄固定在左固定台上，手动摇柄通过蜗轮蜗杆传动组件与轴压加载板连接，用于控制轴压加载板的前后移动；所述液压加载装置包括三轴压力室和用于对三轴压力室内的试样进行围压加载的液压系统；所述三轴压力室固定在入射杆和透射杆之间；所述透射杆的一端与轴压加载板拆卸相连，另一端与三轴压力室的一端连接，透射杆上粘有应变片，透射杆的下方设有校准支座，校准支座固定在实验平台上；所述应变片与用于对实验数据进行采集的数据采集系统连接；所述三轴压力室通过进油管道与液压系统连接，通过液压系统实现对三轴压力室的围压加载；所述入射杆的一端与插入右固定台上的圆孔中，另一端通过套筒连接有轴向压力传感器；所述轴向压力传感器与数据采集系统连接；所述产生中应变率动态扰动的摆锤加载装置包括固定在实验平台后端的摆锤支架、装置在摆锤支架上的摆锤、固定在实验平台上的导向板和装置在导向板上的冲击杆；所述导向板上设有导向孔，导向板位于摆锤支架与液压加载装置之间；所述冲击杆的顶端穿过导向孔与岩石松弛实验装置上的入射杆同轴线对应，冲击杆的下方设有用于支撑固定的校准支座，校准支座固定在实验平台上；所述摆锤位于冲击杆的后侧与冲击杆的后端同轴线对应。作为本专利技术的进一步方案，所述数据采集系统包括位移传感器、前置信号放大器、示波记录仪、交换机和计算机；所述位移传感器的数量为两个，其中一个位移传感器的探头与右固定台的外侧边垂直固定，另一个位移传感器的探头与垫片垂直固定，两个位移传感器均与示波记录仪连接；所述前置信号放大器的输入端分别与应变片和轴向压力传感器连接，前置信号放大器的输出端与示波记录仪的输入端连接，示波记录仪的输出端与交换机的输入端连接，交换机的输出端与计算机连接，轴向压力传感器和应变片输出信号通过前置信号放大器放大，输入到示波记录仪内，位移传感器输出的信号直接输入到示波记录仪内，示波记录仪通过交换机与计算机相连接实现实时数据采集。作为本专利技术的进一步方案，液压加载装置包括轴压加载油缸、储能器、液控单向阀、手动控压阀、手动油泵、三轴压力室和油箱，其中，储能器与轴压加载油缸和液控单相阀连接，液控单相阀安装储能器与油箱之间的进油管路上，液控单相阀用于控制进入轴压加载油缸的压力油；围压进油开关（高压）安装三轴压力室与油箱之间的进油管路上，用于控制进入三轴压力室的压力油，油箱通过手动油泵把油箱里的油通过输油管进入三轴压力室内，对三轴压力室内的试样进行围压加载。轴压加载油缸与三轴压力室之间的进油管道上安装有油缸表开关（高压）和围压表开关（高压），油缸表开关（高压）和围压表开关（高压）之间安装有高压表，储能器经围压回油开关连接回油管路；所述手动油泵与进油管道连接，用于向三轴压力室进行打压。作为本专利技术的进一步方案，所述入射杆为两端变截面杆，入射杆小直径的一端插入右固定台上的圆孔中，入射杆大直径的一端通过套筒与轴向压力传感器相连，轴向压力传感器紧贴三轴压力室的另一端。作为本专利技术的进一步方案，所述摆锤包括固定在摆锤支架上的锤杆和连接在锤杆上的锤头，摆锤和摆锤支架连接处装有刻度盘和指针。作为本专利技术的进一步方案，所述透射杆和三轴压力室相接处设有垫片。作为本专利技术的进一步方案，所述冲击杆上粘有应变片，所述应变片的输出端与数据采集系统中的前置放大器连接。作为本专利技术的进一步方案，所述三轴压力室内装有试件，试件为岩石试件。作为本专利技术的进一步方案，所述位移传感器为LVDT直线式位移传感器。作为本专利技术的进一步方案，所述示波记录仪为DL750示波记录仪。一种摆锤加载中应变率扰动下岩石松弛的试验方法，包括以下步骤：(1)通过套筒将轴向压力传感器与入射杆套紧，调整支撑冲击杆、入射杆和透射杆的校准支座的高度和位置，对正透射杆、本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种摆锤加载中应变率扰动下岩石松弛的试验装置，其特征是，包括实验平台、固定在实验平台前端的岩石松弛实验装置、固定在实验平台后端的产生中应变率动态扰动的摆锤加载装置和固定在岩石松弛实验装置和产生中应变率动态扰动的摆锤加载装置之间的液压加载装置；所述岩石松弛实验装置包括轴压加载框架、入射杆、手动摇柄和透射杆；所述轴压加载框架固定在实验平台上，轴压加载框架包括两个相对设置的左固定台和右固定台，左固定台的一侧设有轴压加载板，右固定台上设有圆孔；所述手动摇柄固定在左固定台上，手动摇柄通过蜗轮蜗杆传动组件与轴压加载板连接，用于控制轴压加载板的前后移动；所述液压加载装置包括三轴压力室和用于对三轴压力室内的试样进行围压加载的液压系统；所述三轴压力室固定在入射杆和透射杆之间；所述透射杆的一端与轴压加载板拆卸相连，另一端与三轴压力室的一端连接，透射杆上粘有应变片，透射杆的下方设有校准支座，校准支座固定在实验平台上；所述应变片与数据采集装置连接；所述三轴压力室通过进油管道与液压系统连接，通过液压系统实现对三轴压力室的围压加载；所述入射杆的一端与插入右固定台上的圆孔中，另一端通过套筒连接有轴向压力传感器；所述轴向压力传感器与数据采集装置连接；所述产生中应变率动态扰动的摆锤加载装置包括固定在实验平台后端的摆锤支架、装置在摆锤支架上的摆锤、固定在实验平台上的导向板和装置在导向板上的冲击杆；所述导向板上设有导向孔，导向板位于摆锤支架与液压加载装置之间；所述冲击杆的顶端穿过导向孔与岩石松弛实验装置上的入射杆同轴线对应，冲击杆的下方设有用于支撑固定的校准支座，校准支座固定在实验平台上；所述摆锤位于冲击杆的后侧与冲击杆的后端同轴线对应。...

【技术特征摘要】
1.一种摆锤加载中应变率扰动下岩石松弛的试验装置，其特征是，包括实验平台、固定在实验平台前端的岩石松弛实验装置、固定在实验平台后端的产生中应变率动态扰动的摆锤加载装置和固定在岩石松弛实验装置和产生中应变率动态扰动的摆锤加载装置之间的液压加载装置；所述岩石松弛实验装置包括轴压加载框架、入射杆、手动摇柄和透射杆；所述轴压加载框架固定在实验平台上，轴压加载框架包括两个相对设置的左固定台和右固定台，左固定台的一侧设有轴压加载板，右固定台上设有圆孔；所述手动摇柄固定在左固定台上，手动摇柄通过蜗轮蜗杆传动组件与轴压加载板连接，用于控制轴压加载板的前后移动；所述液压加载装置包括三轴压力室和用于对三轴压力室内的试样进行围压加载的液压系统；所述三轴压力室固定在入射杆和透射杆之间，所述透射杆和三轴压力室相接处设有垫片；所述透射杆的一端与轴压加载板拆卸相连，另一端与三轴压力室的一端连接，透射杆上粘有应变片，透射杆的下方设有校准支座，校准支座固定在实验平台上；所述应变片与数据采集系统连接；所述三轴压力室通过进油管道与液压系统连接，通过液压系统实现对三轴压力室的围压加载；所述入射杆的一端插入右固定台上的圆孔中，另一端通过套筒连接有轴向压力传感器；所述轴向压力传感器与数据采集系统连接；所述产生中应变率动态扰动的摆锤加载装置包括固定在实验平台后端的摆锤支架、在摆锤支架上的摆锤、固定在实验平台上的导向板和在导向板上的冲击杆，所述的冲击杆上粘有应变片，且应变片的输出端与数据采集系统连接；所述导向板上设有导向孔，导向板位于摆锤支架与液压加载装置之间；所述冲击杆的顶端穿过导向孔与岩石松弛实验装置上的入射杆同轴线对应，冲击杆的下方设有用于支撑固定的校准支座，校准支座固定在实验平台上；所述摆锤位于冲击杆的后侧与冲击杆的后端同轴线对应。2.根据权利要求1所述的一种摆锤加载中应变率扰动下岩石松弛的试验装置，其特征是，数据采集系统包括位移传感器、前置信号放大器、示波记录仪、交换机和计算机；所述位移传感器的数量为两个，其中一个位移传感器的探头与右固定台的外侧边垂直固定，另一个位移传感器的探头与垫片垂直固定，两个位移传感器均与示波记录仪连接；所述前置信号放大器的输入端分别与应变片和轴向压力传感器连接，前置信号放大器的输出端与示波记录仪的输入端连接，示波记录仪的输出端与交换机的输入端连接，交换机的输出端与计算机连接，轴向压力传感器和应变片输出信号通过前置信号放大器放大，输入到示波记录仪内，位移传感器输出的信号直接输入到示波记录仪内，示波记录仪通过交换机与计算机相连接实现实时数据采集。3.根据权利要求1所述的一种摆锤加载中应变率扰动下岩石松弛的试验装置，其特征是，所述液压加载装置包括轴压加载油缸、储能器、液控单向阀、手动控压阀、手动油泵、三轴压力室和油箱，其中，储能器与轴压加载油缸和液控单相阀连接，液控单相阀安装在储能器与油箱之间的进油管路上，液控单相阀用于...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱万成，李帅，徐曾和，牛雷雷，魏晨慧，王述红，于淼，李少华，刘凯，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21