[发明专利]一种冷缩型夹板式岩石围压模拟装置及其标定调整方法

说明书

一种冷缩型夹板式岩石围压模拟装置，包括加载板、锁紧螺杆、集热导热块、加热元件、压力测试纸和垫片式压力传感器，与之配套使用的一种标定调整方法，包含如下步骤：步骤一：单侧围压加载方向上的预安装；步骤一中测量误差超出10％时，需要在步骤一之前对所述传感器进行步骤0；步骤0：标定测试；步骤二：单侧围压加载方向上的围压预加载；步骤三：围压预加载精度判断；步骤四：调整环节；步骤五：单侧围压加载方向上的正式安装与加载。上述的冷缩型夹板式岩石围压模拟装置及其标定调整方法具有结构简单、成本低廉和便于维护操作，确保了加载板向岩石试样块施加均匀且满足预设围压σ₀大小要求的围压。

技术领域

本发明属于岩土工程和隧道工程的交叉领域，涉及一种岩石围压模拟装置及其标定调整方法，尤其涉及一种可配合TBM(硬岩掘进机)滚刀(盘形滚刀)标准线切割试验台(以下简称TBM线切割试验台)石仓使用的冷缩型夹板式岩石围压模拟装置及其标定调整方法。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本发明公开相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

赋存于地层中的岩体，尤其是深部岩层中的天然岩体，在自身重力、板块挤压及地壳收缩等因素的影响下，受到地应力作用(俗称围压)，也即处于地应力场中。所述围压会影响岩石自身物理力学性质、岩石破碎/破坏机制等，以及影响开挖装置的破岩载荷特性、破岩效率和使用寿命等。显然，在涉及天然岩体，尤其涉及深部地层下岩体的岩石力学、岩土工程和隧道工程问题时，准确模拟再现岩体所处围压水平，对于客观准确地研究天然岩体的本构行为、破碎机制以及提高破岩效率有着重大意义。

一般来说，利用液压缸对顶的方式确实能够模拟获得岩石围压，但由于该方案需额外购置液压泵站等辅助设备和高精度伺服油缸，因此具有结构复杂、成本高昂和难以维护操作等局限性。目前，尚未有结构简易、成本低廉且精度可靠的围压模拟装置，也无配合这类简易的围压模拟装置使用的标定调整方法。以TBM隧道工程研究领域中采用试验法研究TBM滚刀滚压破岩性能为例，现有TBM线切割试验台所用石仓不具备岩石围压模拟功能，故难以满足工程应用研究中模拟深部岩层下TBM滚刀切削工况的要求。现有TBM线切割试验台的相关信息可参见《Disc cutting tests in Colorado Red Granite:Implicationsfor TBM performance prediction》、《Optimum spacing of TBM disc cutters:Anumerical simulation using the three-dimensional dynamic fracturing method》和《Correlation of rock cutting tests with field performance of a TBM in ahighly fractured rock formation:A case study in Kozyatagi-Kadikoy metrotunnel,Turkey》等文献。

发明内容

鉴于以上内容，有必要提供一种结构简易、成本低廉且精度可靠的冷缩型夹板式岩石围压模拟装置；同时，根据本发明装置的特点，提出一种与本发明装置配套使用的可有效保证围压模拟精度的标定调整方法。

本发明一种冷缩型夹板式岩石围压模拟装置，包括加载板、锁紧螺杆、集热导热块、加热元件、压力测试纸和垫片式压力传感器，其特征在于：

所述加载板对称设置于岩石试样块的待加载侧面；所述加载板的左右两端利用所述锁紧螺杆进行紧固；所述集热导热块与所述锁紧螺杆接触；所述加热元件插入所述集热导热块内，用于将所述锁紧螺杆加热至给定理论加热温度T；所述集热导热块的热量传导至所述锁紧螺杆使得所述锁紧螺杆伸长而旋进螺母，所述锁紧螺杆冷却后收缩以拉紧所述加载板，使得所述加载板向所述岩石试样块的待加载侧面施加围压；

所述岩石试样块的待加载侧面与所述加载板之间设置有所述压力测试纸，所述加载板与所述螺母之间设置有所述垫片式压力传感器。