声波监测探头5相连接，非金属超声波检测仪的信号输出端口与上位机相连，非金属超声波检测仪通过超声波监测探头5对试样4进行超声波监测，得到超声波波形数据，并上传至上位机。
[0031]摄像装置包括摄像机，摄像机安装在试样4的前侧或后侧，记录试验全程试样4的变化图像并图像上传至上位机。
[0032]如图4所示: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，包括如下步骤:
步骤I，放置试样4在承载框架I上增压装置的正下方；
取长方体的岩石试样4，并将试样4放置在承载框架I上液压千斤顶2的正下方，试样4的上方设有加载板3，加载板3与试样4的长度和宽度分别相等。加载板3能够使试样4的受载面受力均匀。加载板3的长度和宽度还可以分别大于试样4的长度和宽度。
[0033]步骤2，上位机和压力变送器通信，对试样4受到的压力实时监测；
将压力变送器的接收器与上位机连接好，实现上位机与无线压力变送器的实时通讯，将手动液压泵的压力上传至上位机中，实现岩石应力随时间变化的长期监测。
[0034]步骤3，增压装置加压至与试样4的上表面紧密接触；
通过手动液压泵的手动杆给液压千斤顶2施加液压油，液压千斤顶2行程启动，当液压千斤顶2的活塞紧密接触加载板3上表面时，通过手动杆停止给液压千斤顶2停止施加液压油，既停止施加位移载荷。
[0035]步骤4，超声波监测装置对试样4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4变化的图像数据并上传至上位机；
在试样4的左右方向的中部涂抹耦合剂并安装超声波监测探头5，超声波监测探头5与非金属超声波检测仪相连接，开启仪器，开始对试样4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；在试样4的正前方安置摄像机，开机记录试样4变化情况的图像数据，并将图像数据上传至上位机。
[0036]摄像机还可以安装在试样4的正后方。超声波监测探头5还可以安装在试样4的前后方向两个侧面的中部；此时摄像机安装在试样4的左侧或右侧。
[0037]步骤5，增压装置对试样4施加位移载荷至预定载荷；
通过手动液压泵手动杆给液压千斤顶2施加液压油，通过液压千斤顶2对试样4施加竖直方向的位移载荷，当达到预定载荷后，通过手动杆停止给液压千斤顶2停止施加液压油，既停止施加位移载荷。
[0038]步骤6，预定时间内试样4的位移载荷不变，监测记录全程的压力、超声波波形及图像数据；
根据研宄需要设定一个预定的时间，在预定的时间内保持手动液压泵的压力不变，既试样4的位移载荷不变，并通过上位机、非金属超声波检测仪和摄像机分别监测记录全程的压力、超声波波形及图像数据，并上传至上位机。
[0039]步骤7，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。
[0040]通过上位机分析压力随时间的变化关系，绘制应力-时间曲线，即试样松弛特性曲线。应力即为压力与压力作用面的面积的比值。
[0041]根据研宄目的的不同，步骤6还可以是在预定时间内保持位移载荷不变后继续施加预定位移载荷，达到预定位移载荷后继续在预定时间内保持位移载荷不变，并循环进行，监测记录全程的压力、超声波波形及图形数据。
[0042]如图5所示:该应力松弛曲线中试样4的应力随着时间的延长逐渐减小，且减小的速度越来越慢。
[0043]通过分析本应力松弛曲线，可深入了解长期载荷作用下岩石力学性质的衰减规律，为岩石工程的长期稳定与安全运营提供科学依据，同时也有助于丰富和完善岩石力学理论的研宄，尤其对于岩石流变力学理论。此外，也是用以解释和分析地质构造运动现象和进行岩体工程长期稳定性预测的重要依据。
[0044]岩石松弛特性与蠕变特性决定了软岩巷道支护与围岩相互作用的演变机制和过程，弄清岩石松弛特性无疑对进一步正确认识和捷达不同类型巷道支护(加固)的对象、围岩稳定条件、支护(加固)与围岩相互作用的机制、各种支护(加固)技术优化选择设计方法等根本性问题提供重要的理论基础，具有重要的理论研宄意义。
[0045]在巷道开挖过程中普遍存在岩石的卸荷松弛过程，目前并没有建立起综合反映应力和时间关系的理论模型，通过岩石应力松弛试验，研宄岩石应力随时间的变化规律，有助于理论模型的建立。试验中得到不同应力水平下典型岩石类材料试件松弛特性曲线，建立岩石松弛曲线模型，对深井巷道支护研宄提供理论依据。
[0046]以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。
【主权项】
1.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，其特征在于:所述的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。2.根据权利要求1所述的岩石应力松弛试验装置，其特征在于:所述的承载框架(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)，所述增压装置设置在顶部承载板(101)中部，所述试样(4)安装在底部承载板(102)中部。3.根据权利要求1所述的岩石应力松弛试验装置，其特征在于:所述的增压装置包括液压千斤顶(2)和手动液压泵，手动液压泵通过管路与液压千斤顶(2)相连通。4.一种利用权利要求1~3任一项所述的岩石应力松弛试验装置的试验方法，其特征在于:包括如下步骤: 步骤a，放置试样(4)在承载框架(I)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(4)受到的压力实时监测； 步骤C，增压装置加压至与试样(4)的上表面紧密接触； 步骤d，超声波监测装置对试样(4)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(4)变化的图像数据并上传至上位机； 步骤e，增压装置对试样(4)施加位移载荷至预定载荷； 步骤f，预定时间内试样(4)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。5.根据权利要求4所述的试验方法，其特征在于:步骤a中所述的试样(4)和所述的增压装置之间设有加载板(3)。6.根据权利要求4所述的试验方法，其特征在于: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。7.根据权利要求4所述的试验方法，其特征在于:步骤d中所述的超声波监测装置和试样(4 )之间设有耦合剂。
【专利摘要】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。其特征在于：所述的增压装置设置在承载框架（1）上部，试样（4）安装在承载框架（1）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。本发明的岩石应力松弛试验装置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；试验方法操作简单，为巷道、隧道围岩稳定及控制研究提供理论依据。
【IPC分类】G01N3/12
【公开号】CN104897473
【申请号】CN201510376658
【发明人】张晓君, 林芊君
【申请人】山东理工大学
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年7月1日