专利名称：简易岩石蠕变试验装置及其试验方法
技术领域：
本发明涉及岩石力学实验装置，特别是一种简易岩石蠕变试验装置(平台) 及其试验方法。
二背景技术：
在工程实践中，会遇到如挡土墙完工后发生位移、隧道施工时的沉降、边 坡随时间发生失稳破坏、煤柱失稳等蠕变现象，由于蠕变作用，岩土体的变形 随时间增大，强度逐渐降低，甚至导致破坏。蠕变现在引起了广泛的关注，从 现场的蠕变位移监测、室内蠕变实验到进行考虑蠕变的稳定性数值模拟，人们 从各个方面揭示蠕变机理。现场监测具有费用大、数据处理不方便、受外界干 扰大等缺点，数值模拟虽然简单，但需要建立蠕变模型，必须进行室内蠕变试 验来获得相应的蠕变模型及相应的参数，目前使用的岩石蠕变仪有单轴抗压流 变仪、岩石扭转流变仪、剪切流变仪、三轴流变仪、真三轴流变仪，在上述设 备中，由于结构上的问题，特别是在进行岩石的单轴和三轴蠕变试验，获得应 力-应变曲线时，其试验装置系统复杂，造价昂贵，试验过程繁琐，试验费用高， 因此，其改进和创新是必须解决的技术问题。
三
发明内容
针对上述情况，为克服现有技术的缺陷，本发明之目的就是提供一种简易 岩石蠕变试验装置及其试验方法，可有效克服试验装置系统复杂，造价昂贵， 试验过程繁琐，试验费用髙，从而有效的解决岩石的单轴和三轴试验，获得应 力-应变曲线的问题，其解决的技术方案是，包括试验平台反力架、试件轴压施 动系统和试件围压施动系统，试验平台反力架是由底座及底座上的反压力支柱 构成，反压力支柱上部装有顶梁，顶梁的下部有试件轴压施动系统，试件轴压 施动系统经输油管同外部的液压控制系统相连，试件轴压施动系统下部置有压 力传感器，压力传感器同外部的数据自动采集系统相连，在反压力支柱内侧为 试件围压施动系统三轴压力室，本发明结构简单，新颖独特，易操作，费用低， 试验过程简单，可有效用于进行岩石的单轴和三轴蠕变试验，获得应力-应变曲 线，为工程的施工提供科学的依据，经济和社会效益巨大。四
图1为本发明的结构主视图。
图2为本发明的液压控制系统控制系统示意图。 图3为本发明的试验平台反力架结构主视图。 图4为本发明的试验平台反力架结构侧视图。
图5为本发明的试件围压施动系统三轴压力室(三轴压力盒)结构主视图。 图6为本发明的数据自动采集系统工作原理结构图。
五具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式
作详细说明。
由图1-5所示，本发明包括试验平台反力架、试件轴压施动系统和试件围 压施动系统，试验平台反力架是由底座8及底座上的反压力支柱3构成，反压 力支柱3上部装有顶梁9，顶梁9与反压力支柱3固定在一起(为维修方便，可 采用铆钉7固定连接)，顶梁的下部有试件轴压施动系统2，试件轴压施动系统 2经输油管5同外部的液压控制系统1相连，试件轴压施动系统2下部置有压力 传感器6，压力传感器6同外部的数据自动采集系统4相连，在反压力支柱3内 侧有与压力传感器6相连的试件围压施动系统10，所说的液压控制系统1是齿 轮泵18的进口管道上装有粗滤油器19，齿轮泵18的出口管道上分别接有三位 四通O型机能电磁换向阀13a、 13b、压力表开关14和溢流阀16，齿轮泵18由 电机17带动，三位四通O型机能电磁换向阀13a由第一单向阀12a相连，第一 单向阀12a同第一蓄能器lla、第一压力传感器6a相连，压力传感器6同试件 围压施动系统10相连，压力表开关14同压力表15相连，溢流阀16同粗滤油 器19和油位计20相连通，油位计20上装有空气过滤器21，所说的三位四通O 型机能电磁换向阀13b同第二单向阀12b相连，第二单向阀12b同第二蓄能器 lib及第二压力传感器6b相连，第二压力传感器6b同试件轴压施动系统2相连。
所说的试件围压施动系统10为三轴压力室，其结构是，底座30周边有竖向 的压力室壁26，底座30中心部放有下垫块22，下垫块22侧面及压力室壁间装 有传感器夹持架23，传感器夹持架23上部装有位移传感器24，下垫块22上的 岩样(又称试件)上有上垫块25，上垫块25的上部有加力装置29，加力装置29经大锁紧螺帽28装在压力室壁26上部，构成密封的压力室，压力室内装有 液压油27。
所说的数据自动采集系统4是直流电桥经开关K1、 K2同主机CPU相连，开 关K1接放大器输入端，开关K1输出端经A/D转换器接主机CPU的输入端，主 机CPU的输出端上分别接有存贮器、LCD显示器、RS232C接口 (图6所示)。
本发明的试验方法是，根据试验要求，将试件(岩样)置于试件轴压施动 系统下部(活塞杆)，并置于下垫块22上，数据自动采集器4通过压力传感器6 与试件相连接，液压控制系统对试件利用液体油先加围压，再加轴压，即先充 液对围压施动系统，后充液再启动轴压施动系统，试件放好后，将压力传感器 (包括应力传感器和应变传感器)安装在加压试件上，进行加压，在加压过程 中监测应力和应变的变化，加压直至试件发生破坏结束，根据试验数据就可以 绘制应力-应变曲线，得知岩石蠕变曲线，具体操作步骤是
开齿轮泵18运行3分钟，打开压力表开关14，调节溢流阀16将压力调至 试件围压施动系统10所需值，三位四通O型机能电磁换向阀13b的1DT阀门 带电充液，观察压力至调整值后稳压1分钟，断三位四通O型机能电磁换向阀 13b的lDT阀门电，调节溢流阀降压力至试件轴压施动系统2所需值，三位四 通O型机能电磁换向阔13a的3DT阀门带电充液，观察压力至所需值后稳压1 分钟，三位四通0型机能电磁换向阔13a的3DT阀门断电，关闭溢流阀16，停 电机17。
开齿轮泵，打开压力表开关14，观察压力，调节溢流阀16使压力处于较小 值，三位四通O型机能电磁换向阀13a的4DT阀门带电使试件轴压施动系统2 的下部(活塞杆)收縮，三位四通O型机能电磁换向阀13a的4DT阀门断电， 三位四通O型机能电磁换向阀13b的2DT阀门带电释放试件室中压力，三位四 通0型机能电磁换向阀13b的2DT阀门断电，停电机，卸下试件，试验结束。
在试验的同时，数据采集系统利用位移传感器和压力传感器对试验数据进 行实时采集，并通过数据线传输到计算机中，利用系统软件对数据进行处理， 根据试验数据就可以绘制应力-应变曲线，得出岩石蠕变曲线，从而实现整个岩 石蠕变试验及岩石蠕变曲线的绘制。本发明的简易岩石蠕变试验装置(平台)，可有效地进行岩石单轴和三轴蠕 变试验，并且与其他试验台相比，统结构简单，体积小，造价低廉，原理简单， 易于控制，试件尺寸还可以多样化，自动化程度高等多个特点。
该装置(平台)能够实施监测岩石的应力、应变的变化情况，得知岩石蠕 变曲线，可以建立岩石蠕变模型，指导实际工程应用。
要指出的是，以上所述仅为本发明较佳的具体实施方式
，但本发明的保护 范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围 内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
权利要求
1、一种简易岩石蠕变试验装置，包括试验平台反力架、试件轴压施动系统和试件围压施动系统，其特征在于，试验平台反力架是由底座(8)及底座上的反压力支柱(3)构成，反压力支柱(3)上部装有顶梁(9)，顶梁(9)与反压力支柱(3)固定在一起，顶梁的下部有试件轴压施动系统(2)，试件轴压施动系统(2)经输油管(5)同外部的液压控制系统(1)相连，试件轴压施动系统(2)下部置有压力传感器(6)，压力传感器(6)同外部的数据自动采集系统(4)相连，在反压力支柱(3)内侧有与压力传感器(6)相连的试件围压施动系统(10)，所说的液压控制系统(1)是齿轮泵(18)的进口管道上装有粗滤油器(19)，齿轮泵(18)的出口管道上分别接有三位四通O型机能电磁换向阀(13a、13b)、压力表开关(14)和溢流阀(16)，齿轮泵(18)由电机(17)带动，三位四通O型机能电磁换向阀(13a)由第一单向阀(12a)相连，第一单向阀(12a)同第一蓄能器(11a)、第一压力传感器(6a)相连，压力传感器(6)同试件围压施动系统(10)相连，压力表开关(14)同压力表(15)相连，溢流阀(16)同粗滤油器(19)和油位计(20)相连通，油位计(20)上装有空气过滤器(21)，所说的三位四通O型机能电磁换向阀(13b)同第二单向阀(12b)相连，第二单向阀(12b)同第二蓄能器(11b)及第二压力传感器(6b)相连，第二压力传感器(6b)同试件轴压施动系统(2)相连。
2、 根据权利要求1所述的简易岩石蠕变试验装置，其特征在于，所说的试 件围压施动系统(10)为三轴压力室，其结构是，底座(30)周边有竖向的压力 室壁(26)，底座(30)中心部放有下垫块(22)，下垫块(22)侧面及压力室 壁间装有传感器夹持架(23)，传感器夹持架(23)上部装有位移传感器(24)， 下垫块(22)上的岩样上有上垫块(25)，上垫块(25)的上部有加力装置(29)， 加力装置(29)经大锁紧螺帽(28)装在压力室壁(26)上部，构成密封的压 力室，压力室内装有液压油(27)。
3、 根据权利要求1所述的简易岩石蠕变试验装置，其特征在于，所说的数 据自动采集系统(4)是直流电桥经开关(Kl、 K2)同主机(CPU)相连，幵关(Kl)接放大器输入端，开关(Kl)输出端经A/D转换器接主机(CPU)的输入 端，主机(CPU)的输出端上分别接有存贮器、LCD显示器、RS232C接口。
4、权利要求1所述的简易岩石蠕变试验装置的试验方法，其特征在于，将试件置于试件轴压施动系统下部，并置于下垫块(22)上，数据自动采集器(4) 通过压力传感器(6)与试件相连接，液压控制系统对试件利用液体油先加围压，再加轴压，即先充液对围压施动系统，后充液再启动轴压施动系统，试件放好 后，将压力传感器安装在加压试件上，进行加压，在加压过程中监测应力和应 变的变化，加压直至试件发生破坏结束，根据试验数据就可以绘制应力-应变曲线，得知岩石蠕变曲线，具体操作步骤是开齿轮泵(18)运行3分钟，打开压力表开关(14)，调节溢流阔(16)将 压力调至试件围压施动系统(IO)所需值，三位四通O型机能电磁换向阀(13b) 的1DT阀门带电充液，观察压力至调整值后稳压1分钟，断三位四通O型机能 电磁换向阀(13b)的1DT阀门电，调节溢流阀降压力至试件轴压施动系统(2) 所需值，三位四通O型机能电磁换向阀(13a)的3DT阀门带电充液，观察压 力至所需值后稳压l分钟，三位四通O型机能电磁换向阔(13a)的3DT阀门 断电，关闭溢流阀(16)，停电机(17);开齿轮泵，打开压力表开关(14)，观察压力，调节溢流阀(16)使压力处 于较小值，三位四通O型机能电磁换向阀(13a)的4DT阀门带电使试件轴压 施动系统(2)的下部收縮，三位四通O型机能电磁换向阀(13a)的4DT阀门 断电，三位四通O型机能电磁换向阀(13b)的2DT阀门带电释放试件室中压 力，三位四通O型机能电磁换向阀(13b)的2DT阀门断电，停电机，卸下试 件，试验结束；在试验的同时，数据采集系统利用位移传感器和压力传感器对试验数据进 行实时采集，并通过数据线传输到计算机中，利用系统软件对数据进行处理， 根据试验数据就可以绘制应力-应变曲线，得出岩石蠕变曲线，从而实现整个岩 石蠕变试验及岩石蠕变曲线的绘制。
全文摘要
本发明涉及简易岩石蠕变试验装置及其试验方法，有效克服试验装置系统复杂，造价昂贵，试验过程繁琐，试验费用高，有效的解决岩石的单轴和三轴试验，获得应力-应变曲线的问题，其结构是，试验平台反力架是由底座及底座上的反压力支柱构成，反压力支柱上部装有顶梁，顶梁的下部有试件轴压施动系统，试件轴压施动系统经输油管同外部的液压控制系统相连，试件轴压施动系统下部置有压力传感器，压力传感器同外部的数据自动采集系统相连，在反压力支柱内侧为试件围压施动系统三轴压力室，本发明结构简单，新颖独特，易操作，费用低，试验过程简单，可有效用于进行岩石的单轴和三轴蠕变试验，获得应力-应变曲线，为工程的施工提供科学的依据，经济和社会效益巨大。
文档编号G01N3/28GK101620055SQ20091006557
公开日2010年1月6日 申请日期2009年7月29日 优先权日2009年7月29日
发明者李化敏, 李振华, 苏承东, 韩学锋 申请人:河南理工大学