[发明专利]一种适用于岩石试件的预应力附加装置与方法

说明书

本发明公开一种适用于岩石试件的预应力附加装置及其方法，预应力附加装置包括上夹板、底板、螺杆、套筒、压力传感器、中空测力传感器、数据采集器、万向软轴、螺母、电动扳手、控制器。该装置及方法可以实现对试件精确并持久的施加恒定预应力。通过中空测力传感器监测加载过程中试件是否存在偏心应力，并通过控制器控制电动扳手以实现对偏心应力的修正。通过压力传感器监测试件预应力加载或损失状态，应用万向软轴的传力机理实现在不中止试验的情况下补张预应力。

技术领域

本发明涉及岩石试件预应力加载技术领域，具体涉及一种适用于岩石试件的预应力附加装置及方法。

背景技术

目前，关于寒区工程岩体冻融、水致劣化、化学侵蚀等方面的研究已经取得了丰富的成果。然而，学者在研究温度、水、离子等因素对岩石的损伤效应时，如若未考虑岩体中应力场的共同作用，则会与现实情况相悖。这是因为由于岩体自身重力、地壳运动以及人类工程活动的影响，岩体中存在复杂但分布规律的应力场，而应力场的存在势必会影响温度、水、离子等因素的作用。因此，通过室内试验对工程岩体进行温度、流体、化学等方面的耐久性研究时，如何对岩石试件施加精确并持久的预应力具有重要的意义。

现有的预应力附加装置多采用液压加载、重物加载、杠杆加载和弹簧加载。液压加载稳定性差，持续时间短；重物加载和杠杆加载荷载小且操作繁琐；弹簧加载不适用于长时间加载，时间过长导致弹簧老化，不能提供足够的应力。此外，上述加载方法也难以精确的施加预应力，设备使用寿命短，当预应力损失时，也需要停止试验才可以进行二次补张。而且，现有加载方法也无法控制试件处于中心受压状态，加载时存在偏心应力，导致试验误差大。

发明内容

为了解决现有技术中存在无法在精确并持久压应力状态下研究岩石试件冻融、侵蚀特性的缺点，本发明提供一种适用于岩石试件的预应力附加装置与方法，可以在长期稳定压应力作用下研究温度、水、离子等作用对岩石试件的影响。

一种适用于岩石试件的预应力附加装置，包括上夹板、底板、螺杆、套筒、压力传感器、中空测力传感器、数据采集器、万向软轴、螺母、电动扳手和控制器；

底板中间预留凹槽，岩石试件通过底板凹槽固定于底板之上，岩石试件顶部放置压力传感器；上夹板位于压力传感器之上，上夹板中心及四角边缘具有开孔，压力传感器传输线通过上夹板中心开孔与数据采集器相连；底板四角边缘具有开孔，底板开孔位置与上夹板对应；套筒穿过底板开孔，套筒内部具有螺纹，螺杆通过套筒内部螺纹与套筒相连，并穿过上夹板四角开孔；螺杆顶部设有螺母，螺母与上夹板之间放置中空测力传感器，中空测力传感器通过数据线与数据采集器连接；万向软轴一端设有磁吸式卡接头，磁吸式卡接头与螺母相连，万向软轴另一端设有动力转轴，动力转轴与电动扳手相连，电动扳手通过控制线与控制器连接。

进一步，所述底板、上夹板、螺杆、套筒、螺母均为不锈钢材质，避免因腐蚀干扰试验结果。

进一步，所述的底板凹槽与岩石试件底面尺寸、形状相同。

进一步，所述压力传感器用于监测岩石试件预应力大小。

进一步，所述中空测力传感器用于监测螺母与上夹板之间的压力。

一种适用于岩石试件的预应力附加方法：