岩石应力松弛试验装置及试验方法
【技术领域】
[0001]岩石应力松弛试验装置及试验方法，属于矿业和岩土工程的试验检测监测技术领域。
【背景技术】
[0002]矿山井下存在围岩片帮、顶板冒落、突水及岩爆动力灾害等危险，其对工作人员和设备构成了直接威胁，而且影响工程进度，还能造成支护失效，甚至地震。随着开采深度的不断增加，围岩破坏频度和强度越来越高，工程灾害日益严重，安全问题亟待解决。
[0003]岩石流变特性是岩石力学的一个重要分支，其中，蠕变和应力松弛为其研宄的2个重要方面，同时也是岩石流变试验中最常用的两种观测参数。工程中，岩石的蠕变和应力松弛特性直接与岩石的长期强度和岩体工程的长期稳定相关联。蠕变和应力松弛往往不是单独存在，两种流变机制共同影响着岩石的力学特性，两者之间互成联系，蠕变的发展促进了应力的松弛，应力松弛过程中应力的下降降低了蠕变发展的应力条件，从蠕变的角度对岩石流变的研宄已取得了比较丰硕的成果，相比而言，应力松弛试验要求仪器具有长时间保持应变恒定的性能，试验技术难度较大，目前这方面开展的研宄还不多，发表的研宄成果相对较少，也没有专门用于岩石应力松弛试验的试验系统。随着采矿工程向深部的推进，使岩石应力已接近或处于岩石(岩体)的破坏强度，围岩的松弛特性对外界的扰动变得很敏感，围岩的松弛特性问题异常突出。
【发明内容】
[0004]本发明要解决的技术问题是:克服现有技术的不足，提供一种结构简单、能够长时间保持应变恒定、可实现岩石松弛状态下再加载试验、并对试样实时监测的岩石应力松弛试验装置及试验方法。
[0005]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:该岩石应力松弛试验装置，包括承载框架和承载框架上的增压装置，其特征在于:所述的增压装置设置在承载框架上部，试样安装在承载框架上增压装置的下方，增压装置通过无线压力变送器与上位机相连接，并将压力信号实时上传至上位机；还设置有与上位机相连接的超声波监测装置和摄像装置，对试样进行实时监测；超声波监测装置包括安装在所述的试样上的超声波监测探头和非金属超声波检测仪。
[0006]优选的，所述的承载框架包括顶部承载板、底部承载板以及顶部承载板和底部承载板之间的立柱，所述增压装置设置在顶部承载板中部，所述试样安装在底部承载板中部。
[0007]优选的，所述的增压装置包括液压千斤顶和手动液压泵，手动液压泵通过管路与液压千斤顶相连通。
[0008]一种利用上述岩石应力松弛试验装置的岩石应力松弛试验方法，其特征在于:包括如下步骤:
步骤a，放置试样在承载框架上增压装置的正下方； 步骤b，上位机和压力变送器通信，对试样受到的压力实时监测；
步骤C，增压装置加压至与试样的上表面紧密接触；
步骤d，超声波监测装置对试样进行实时超声波监测，得到超声波波形数据并上传至上位机；摄像装置记录试样变化的图像数据并上传至上位机；
步骤e，增压装置对试样施加位移载荷至预定载荷；
步骤f，预定时间内试样的位移载荷不变，监测记录全程的压力数据；
步骤g，上位机分析监测到的压力随时间的变化关系，绘制应力-时间曲线。
[0009]优选的，步骤a中所述的试样和所述的增压装置之间设有加载板。
[0010]优选的，步骤d中所述的摄像装置和超声波监测装置的检测方向相互垂直。
[0011]优选的，步骤d中所述的超声波监测装置和试样之间设有耦合剂。
[0012]与现有技术相比，本发明的岩石应力松弛试验装置及试验方法所具有的有益效果是:
1、本岩石应力松弛试验装置通过安装在承载框架上的增压装置对试样进行加载，结构简单、轻便，便于搬运、移动，并且能够长时间保持应变恒定，方便对试样进行应力松弛的研宄，还可实现岩石松弛状态下再加载试验；增压装置通过无线压力变送器与上位机通信，使上位机和增压装置摆脱了距离的限制；此外，本岩石应力松弛试验装置还设置有超声波监测装置和摄像装置，可实现岩石应力的近程、远程和全程的实时监测，并将监测数据上传至上位机进行分析。
[0013]2、增压装置通过液压千斤顶对试样进行加载，能够加载很大吨位，且液压千斤顶油缸的行程大，可以施加很大的位移载荷；液压千斤顶通过手动液压泵控制，控制简单。
[0014]3、本岩石应力松弛试验方法操作简单，通过上位机实时采集和显示监测数据并绘制图形与分析，实现了近程、远程和全程的实时监测、并且试验结果真实可靠；试验中得到不同压力水平下典型岩石类材料试件松弛特性曲线，然后采用先进的分析方法建立岩石松弛模型，为巷道、隧道围岩稳定及控制研宄提供理论依据。
【附图说明】
[0015]图1为岩石应力松弛试验装置的结构示意图。
[0016]图2为岩石应力松弛试验装置的主视示意图。
[0017]图3为岩石应力松弛试验装置的连接图。
[0018]图4为岩石应力松弛试验方法的流程图。
[0019]图5为应力松弛曲线。
[0020]图中:1、承载框架101、顶部承载板102、底部承载板103、立柱2、液压千斤顶3、加载板4、试样5、超声波监测探头。
【具体实施方式】
[0021]图1~5是本发明的最佳实施例，下面结合附图1~5对本发明做进一步说明。
[0022]一种岩石应力松弛试验装置，包括承载框架I和承载框架I上的增压装置，增压装置设置在承载框架I上部，试样4安装在承载框架I上增压装置的下方，增压装置通过无线压力变送器与上位机相连接，并将压力信号实时上传至上位机；还设置有与上位机相连接的超声波监测装置和摄像装置，对试样4进行实时监测；超声波监测装置包括安装在所述的试样4上的超声波监测探头5和非金属超声波检测仪。通过安装在承载框架I上的增压装置对试样4进行加载，结构简单、轻便，便于搬运、移动，并且能够长时间保持应变恒定，方便对试样4进行应力松弛的研宄，还可实现岩石松弛状态下再加载试验；此外，本岩石应力松弛试验装置还设置有超声波监测装置和摄像装置，可实现岩石应力的近程、远程测试和监测，还能对试验全程实时监测，并将监测数据上传至上位机进行分析。
[0023]具体的:如图1~3所示:该岩石应力松弛试验装置包括承载框架I和承载框架I上的增压装置，增压装置设置在承载框架I上部，对试样4施加位移载荷。
[0024]承载框架I包括顶部承载板101、底部承载板102以及顶部承载板101和底部承载板102之间的立柱103。顶部承载板101和底部承载板102为大小相同的正方形板。立柱103有四根，分别靠近顶部承载板101和底部承载板102的四个角设置，立柱103的两端分别与顶部承载板101和底部承载板102固定连接。增压装置设置在顶部承载板101中部。
[0025]增压装置通过无线压力变送器与上位机相连接，将压力信号上传至上位机，对试样4的载荷进行实时监测。上位机为计算机。
[0026]该岩石应力松弛试验装置还设置有与上位机相连接的超声波监测装置和摄像装置，可实现对试样4近程、远程、全程实时监测，还能对试验全程实时监测，得到恒定变形条件下应力松弛全程的超声波波形变化和全程试样4的变化图像。
[0027]增压装置包括液压千斤顶2和手动液压泵。液压千斤顶2通过外接管路与手动液压泵相连通，通过手动液压泵提供液压油给液压千斤顶2，使液压千斤顶2能够给试样4施加逐级位移载荷。
[0028]液压千斤顶2的底座固定在顶部承载板101中部，液压千斤顶2倒置设置。
[0029]手动液压泵上安装无线压力变送器，上位机上安装有接收器，将手动液压泵的压力实时上传至上位机，并通过上位机中的软件进行压力数据的显示、记录和统计分析，实现岩石应力随时间变化的长期监测。
[0030]超声波监测装置包括非金属超声波检测仪和超声波监测探头5。超声波监测探头5通过夹子安装在试样4的左右两侧上。非金属超声波检测仪的信号输入端口与超