[发明专利]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

权利要求书

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。

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，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。

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。

4.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。

5.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。

6.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，所述透射杆和三轴压力室相接处设有垫片。

7.根据权利要求1或2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。

8.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，所述三轴压力室内装有试件。

9.一种如权利要求1-8任一项所述的摆锤加载中应变率扰动下岩石松弛的试验方法，其特征是，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、轴向压力传感器、入射杆及冲击杆的中心，使它们在同一水平直线上；

(2) 根据试件的长度，转动手动摇柄调整透射杆的位置，将试件放置在三轴压力室内，然后夹在透射杆与轴向压力传感器之间，垫片夹在透射杆与带有试件的三轴压力室之间，并保证三轴压力室的中心、垫片、轴向压力传感器和透射杆的中心对正，转动手动摇柄，夹紧试样；

(3) 用夹具将两个位移传感器分别固定靠近垫片和右固定台的底座上，并使位移传感器的探头分别与垫片和右固定台的端部垂直，将位移传感器和前置放大器输出端与示波记录仪连接，将位移传感器、压力传感器、示波记录仪、交换机及计算机均与电源连接，打开示波记录仪、交换机及计算机；

(4) 启动液压加载装置，对试件预加围压,具体操作步骤如下：

首先连接好油管，将液压油注入油箱内，关闭油缸表开关和围压回油开关；打开围压进油开关和围压表开关，用右手握住手动油泵上下反复对三轴压力室进行打压，观察高压表变化，当达到所要压力时停止打压；

(5) 当围压达到预加值，转动手动摇柄，对岩石试件进行准静态加载，达到预定位移时停止转动手动摇柄，保持试件状态不变，通过示波记录仪和计算机进行长时间松弛试验数据的记录和储存；

(6) 试件松弛到预定时期后，根据施加扰动荷载的应力水平，调整摆锤的摆角；

(7) 放开摆锤进行冲击扰动试验，并通过示波记录仪和计算机进行动态扰动试验数据的记录和储存。