持续水环境与可变温度共同作用下的岩石时效变形试验系统

摘要

持续水环境与可变温度共同作用下的岩石时效变形试验系统，在底座上固定有立柱，立柱上端有横梁，在横梁上设有液压缸，与液压缸相配的活塞杆的外端头依次连接有压力传感器和压头，压头的下方位于底座上设有多个叠摞的调整块，位于上端的调整块上固定有承台柱，在承台柱上端设有试验箱体；试验箱体包括陶瓷材料的壳体，在壳体的底面设有与所述承台柱相配的孔，承台柱上有支撑壳体的台阶，壳体内配有内胆，内胆底面中部与承台柱的上端面相接触，在内胆的底面内侧有放入下垫板的凹槽，壳体的侧壁内部有与加热件，壳体配有上盖，上盖上有排气孔和向内胆补水的水管，上盖的上面和下面中间位置均有凸台。结构简单、操作容易。

说明书

技术领域

本发明属于岩石力学试验技术领域，涉及一种岩石在持续、可变温的水环境下的时效变形试验系统，适用于不同溶液、不同温度等环境条件下岩石时效变形、损伤破坏全过程分析。

背景技术

岩石的长期强度是衡量岩体工程稳定性的重要指标。岩石和岩体在工程状态下的长期力学性质和行为，总是会明显地表现出与时间有关的特征，其中环境因素如水、温度等对岩石长期力学特性影响很大。目前有关岩石高温蠕变或含水率对岩石力学特性影响的试验很多，但存在如下缺点：（1）没有考虑到水溶液在岩石（体）中的迁移是随时间变化的过程，因而难以研究水溶液在岩石中的动态迁移过程对岩石时效变形特征的影响作用，也难以研究水溶液中的酸碱含量以及矿物成分改变造成岩石内部水溶液状态变化，进而对时效变形特征产生影响；（2）没有考虑到岩石（体）是不良导体，温度在岩石中的传导时间缓慢，因而难以研究温度动态变化条件下岩石的长期稳定性；（3）没有考虑到既有水溶液又有温度影响的多重环境联合影响下，水溶液以及温度在岩石内的动态迁移对岩石时效变形特征的影响作用。实际工程中的岩体，大多受到持续水溶液以及变温的影响作用，如何真实反映岩体所处的复杂环境，以及研究其受环境影响的长期力学特性对于客观合理评价岩体工程的可靠度、安全性以及使用期是十分必要。

发明内容

本发明的目的是提供一种结构简单、操作方便、岩样可分别在各种水质环境、无水环境、变温环境下实时进行时效变形破坏试验系统，克服现有技术的不足。

本发明的持续水环境与可变温度共同作用下的岩石时效变形试验系统，包括底座，在底座上固定有立柱，在立柱的上端设有横梁，在横梁上设有与液压控制装置相接的液压缸，与液压缸相配的活塞杆的外端头依次连接有压力传感器和压头，压头的下方位于底座上设有多个叠摞的调整块，位于上端的调整块上固定有承台柱，在承台柱上端设有试验箱体；

所述的试验箱体包括陶瓷材料的壳体，在壳体的底面设有与所述承台柱相配的孔，承台柱上有支撑壳体的台阶，在壳体内配有内胆，内胆的底面中部与承台柱的上端面相接触，在内胆的底面内侧有放入下垫板的凹槽，在壳体的侧壁内部设有与控制装置相接的加热件，壳体的上口处配有上盖，上盖上设有排气孔和向内胆内补水的补水管，在上盖的上面和下面中间位置均有凸台。

本发明的持续水环境与可变温度共同作用下的岩石时效变形试验系统，使用时，将被测岩体即柱状岩样竖向置于试验箱体内侧的内胆中间位置，岩样下端面坐落于下垫板上，在岩样上端放置上垫板，上盖下面的凸台位于上垫板上，压头在液压缸的带动下向下移动，向上盖、上垫板和岩样施压并保持设定的压力，根据需要向试验箱体内加入试验用水，在岩样上设置声发射传感器和应力应变采集传感器，声发射传感器与声发射仪和控制装置相接，应力应变采集传感器与动态应力应变采集仪和控制装置相接，控制装置包括数字控制器、伺服控制器；加热件在控制装置控制下，对内胆里的水进行加热，使水温保持在设定温度范围内或按要求控制温度变化，胆内所产生的汽体可通过排气孔排出，胆内的水量减少时，可通过补水管和供水装置进行补水，并通过胆内的液位传感器和控制装置进行液位控制。在整个试验过程中可实时记录岩样在不同水环境、不同水温下的变形和破坏过程。岩样受载后的响应转换成信号传输到试验箱外接的声发射仪和动态应力应变采集仪中，最后在计算机上实时显示岩石的应力应变状态以及内部的裂纹扩展过程。如果不需要在水环境下进行试验，可取出内胆（如图2所示），实现只有温度作用下的岩石蠕变实验。本发明的系统整体结构简单，易操作。

附图说明

图1是本发明具体实施方式的结构示意图；

图2是本发明中取出内胆、使岩样在一定温度场内进行试验时的结构示意图。

具体实施方式

如图1所示：本发明的持续水环境与可变温度共同作用下的岩石时效变形试验系统，包括底座1，在底座1上固定有对称设置的立柱2，在立柱2的上端设有横梁10，在横梁10上设有与液压控制装置相接的液压缸9，与液压缸9相配的活塞杆的外端头依次连接有与控制装置相接的压力传感器8和压头21，压头21的下方位于底座1上设有多个叠摞的调整块3，位于上端的调整块3上固定有承台柱4，在承台柱4上端设有试验箱体。

其中试验箱体包括陶瓷材料的壳体19，在壳体19的底面设有与承台柱4相配的孔，承台柱4上有支撑壳体19的台阶，使壳体19坐落在承台柱4上，在壳体19内配有内胆18，内胆18的底面中部与承台柱4的上端面相接触。在内胆18的底面内侧有放入下垫板20的凹槽，下垫板20位于该凹槽内。在壳体19的侧壁内部设有与控制装置相接的电加热件16并通过侧盖17固定安装。壳体19的上口处配有上盖12，壳体19上口处与上盖12之间为止口插入结构。上盖12上设有排气孔11和向内胆18内补水的补水管7，补水管7的出水口6朝向内胆18的内侧，以方便向内胆18内腔里补水。在上盖12的上面和下面中间位置均有凸台。

使用过程如下：将被测岩体即柱状岩样14竖向置于试验箱体内侧的内胆18中间位置，岩样14下端面坐落于下垫板20上，在岩样14上端放置上垫板13，上盖12下面的凸台位于上垫板13上，压头21在液压缸9的带动下向下移动，向上盖12、上垫板13和岩样14施压并保持设定的压力，根据需要向试验箱体内（内胆18的内腔）加入试验用水，在岩样14上设置声发射传感器5和应力应变采集传感器15，声发射传感器5与声发射仪和控制装置相接，应力应变采集传感器15与动态应力应变采集仪和控制装置相接，控制装置包括数字控制器、伺服控制器；加热件16在控制装置控制下，对内胆18里的水进行加热，使水温保持在设定温度范围内或按要求控制温度变化，胆内所产生的汽体可通过排气孔11排出，胆内的水量减少时，可通过补水管7和供水装置进行补水，并通过胆内的液位传感器和控制装置进行液位控制。在整个试验过程中可实时记录岩样在不同水环境、不同水温下的变形和破坏过程。岩样14受载后的响应转换成信号传输到试验箱外接的声发射仪和动态应力应变采集仪中，最后在计算机上实时显示岩石的应力应变状态以及内部的裂纹扩展过程。如果不需要在水环境下进行试验，可取出内胆18（如图2所示），只在一定温度下进行试验。