[发明专利]一种气动式加卸载的岩石蠕变试验装置及方法

说明书

本发明公开了一种气动式加卸载的岩石蠕变试验装置及方法，涉及岩石力学实验领域；装置主要包括支撑缸体、轴向加载杆、气体增压缸体、增压活动缸体和手动换向阀；本发明装置采用手动换向阀切换气体流动方向，配合轴向加载杆、气体加压腔和气体增压腔实现气体加卸载，利用轴向加载杆两端截面积的比值，实现压力放大并恒载；本发明装置采用气体增压加卸载，加载速度缓慢可控、稳定，装置不受极端情况限制；整套装置简单，易于拆卸，操作方便，对岩石试样的尺寸要求和限制较少，尤其适宜于各种小于标准尺寸的岩石试样，可在岩石蠕变实验中长期使用。

技术领域

本发明属于岩石力学与岩石实验技术领域，尤其涉及一种气动式加卸载的岩石蠕变试验装置及方法。

背景技术

蠕变是岩石的一种流变特性，在边坡、煤柱、隧道等工程中表现显著。实验室内大多进行岩石试样的单轴或三轴压缩蠕变试验来研究其蠕变变形特性。目前已有的蠕变试验机大多数是电动作控制液压加载或者重力杠杆式加载。重力杠杆式加载的试验机，大多是采用杠杆原理和一定的放大比，实现对试样的恒定加载，且大多是采用手动加载，加载速率不易控制，过大的加载速率容易导致试样过早地蠕变断裂失稳，而过小的加载速率则容易导致岩石试样所测长期强度偏大，影响岩石试样的蠕变力学参数的准确性。且一般地，该类试验机对环境敏感，人员走动等其他活动对其恒载的影响较为明显。电动伺服控制的岩石蠕变试验机大多是电动作控制，液压加载，但是液压压力极易受到周围环境的影响而出现应力波动，不易维持长期应力恒定。在极端环境下，例如断电等情况下，不可继续加载进行实验。该类设备一般较大，不可拆卸，操作复杂。

发明内容

本发明克服了现有技术的不足，提出一种气动式加卸载的岩石蠕变试验装置及方法。该装置采用气动式气体加卸载，利用气体增压系统实现压力放大并恒载，适用于岩石长期蠕变实验。

为了达到上述目的，本发明是通过如下技术方案实现的。

一种气动式加卸载的岩石蠕变试验装置，包括用于承载岩石试样的试样加载部、缸体支撑部、气体增压部，所述缸体支撑部内设置有气体加压腔和第一活塞，所述第一活塞连接有轴向加载杆，所述轴向加载杆的端部伸至试样加载部内用于对岩石试样加压，所述气体增压部内设置有增压腔体，所述增压腔体内设置有第二活塞，所述增压腔体通过第三管路连接有供气装置，增压腔体与气体加压腔相连通，在第二活塞的推动下对气体加压腔提供压缩动力；所述第一活塞的一侧通过第一管路与第一活塞的另一侧相连通，所述第一管路上设置有换向阀，所述增压腔体通过第二管路与第一管路相连接，所述第二管路与换向阀相并联；所述第二管路与第三管路分别位于第二活塞的两侧。

优选的方案，所述的气体加压腔连接有气压检测装置。

优选的方案，所述缸体支撑部设置在试样加载部的下方，所述气体增压部设置在缸体支撑部的下方。

更优的，所述试样加载部包括上板、立柱、下板和球形座，所述上板、立柱和下板围成用于放置岩石试样的空间，所述球形座固定在上板的下部，所述岩石试样置于球形座上并与上板直接接触。

进一步优化的，所述岩石试样和球形座外包裹有保温装置。

优选的，所述第一管路上设置有与换向阀串联的阀门。

优选的，所述供气装置包括高压气瓶和气体减压阀，所述第三管路的一端通过截止阀与高压气瓶相连接，另一端通过气体减压阀与高压气瓶相连。

优选的，所述增压腔体外部包裹有保温层。

一种利用蠕变试验装置的岩石蠕变试验方法，包括以下步骤：

a）岩石试样预紧：将增压腔体内、设置轴向加载杆的第一活塞一侧与气体加压腔之间的气体排入远离轴向加载杆的第一活塞一侧与气体加压腔之间的空间内；计算出岩石试样所受的预紧力；