測試巖石Ⅰ型蠕變斷裂韌度和斷裂韌度的裝置及方法
2023-07-24 14:35:01 1
專利名稱：測試巖石Ⅰ型蠕變斷裂韌度和斷裂韌度的裝置及方法
技術領域：
本發明涉及一種巖石性能試驗研究技術領域，特別涉及一種測試巖石I型蠕變斷
裂韌度和斷裂韌度的裝置及方法。
背景技術：
測試巖石I型斷裂韌度的傳統方法有扭轉試驗、三點彎曲試驗和圓環試驗，由這些傳統巖石力學試驗方法測得的巖石斷裂韌度常常存在很大的誤差，且具有相當大的離散性，很難得到理想的的巖石I型斷裂韌度值。此外，巖石蠕變斷裂韌度雖然是反映巖石工程特性的重要指標，但目前還沒有人進行過巖石蠕變斷裂韌度測試。
發明內容
本發明是針對現有測試巖石技術中存在很大的離散性的問題，提出了一種測試巖
石I型蠕變斷裂韌度和斷裂韌度的裝置及方法，可以在單軸拉伸試驗條件下測試巖石I型
蠕變斷裂韌度和巖石I型斷裂韌度，為巖石力學研究和巖石工程設計施工服務。
本發明的技術方案為一種測試巖石I型蠕變斷裂韌度和斷裂韌度的裝置，其特
徵在於，包括上頂蓋、下頂蓋、外套筒、內套筒、拉墊塊、聯結螺栓、聯結環、吊塊、下底蓋、壓
軸，上頂蓋與下底蓋為一圓形頂蓋，與外套筒一起形成一全封閉的筒形結構；外套筒與內套
筒均為一內空的圓柱體形狀，上下截面分別留有聯結孔，拉墊塊與聯結環均為一圓形平板，
四周均布置聯結螺栓孔，用螺栓與聯結環聯結，並與吊塊形成一整體結構，壓軸為一圓柱體
結構，橫穿過吊塊，上頂蓋受壓，通過外套筒牽動壓軸運動，帶動吊塊、聯結環和拉墊塊運動。 —種測試巖石I型蠕變斷裂韌度和斷裂韌度的方法，包括測試巖石I型蠕變斷裂韌度和斷裂韌度的裝置，其特徵在於，方法包括如下步驟 1)在試件中部由人工預製一個環形邊裂紋，用砂輪磨成60。 V形切口，然後用嵌有金剛石粒的鋼絲修成裂紋尖端； 2)將製作好的圓柱體試件置於測試巖石I型蠕變斷裂韌度和斷裂韌度的裝置內，然後再將測試巖石I型蠕變斷裂韌度和斷裂韌度的裝置放在單軸壓縮蠕變試驗架上進行分級加載試驗，直至試樣斷裂； 3)加載破壞前的最後一級荷載記為蠕變峰值荷載PK，巖石的蠕變斷裂韌度可通過下述公式獲得 formula see original document page 3
formula see original document page 3
(1)formula see original document page 3(2) 其中D是試件直徑，d是裂紋面上淨斷面直徑，用蠕變峰值荷載PK代入(1)就可得到巖石的I型蠕變斷裂韌度Kra ;
4)如將步驟2)中放置好試塊的測試巖石I型蠕變斷裂韌度和斷裂韌度的裝置放在巖石壓力試驗機上進行破壞試驗，可獲得試件破壞時的荷載Pe，利用下述公式可獲得巖石的I型斷裂韌度KIC，
formula see original document page 4 本發明的有益效果在於本發明測試巖石I型蠕變斷裂韌度和斷裂韌度的裝置及方法，使室內測試巖石斷裂韌度的試驗操作更加簡單化，保證了試驗所測數據的準確性，具有相當高的精度，因此具有良好的使用和推廣價值。
圖1為本發明測試巖石I型蠕變斷裂韌度和斷裂韌度的裝置中拉伸試驗儀結構示意圖； 圖2為本發明測試巖石I型蠕變斷裂韌度和斷裂韌度的裝置中上頂蓋示意圖； 圖3為本發明測試巖石I型蠕變斷裂韌度和斷裂韌度的裝置中下頂蓋示意圖； 圖4為本發明測試巖石I型蠕變斷裂韌度和斷裂韌度的裝置中圓柱體巖石試樣圖。
具體實施例方式
如圖1所示測試巖石I型蠕變斷裂韌度和斷裂韌度的裝置由上頂蓋1、下頂蓋2、外套筒3、內套筒4、拉墊塊5、聯結螺栓6、聯結環7、吊塊8、下底蓋9、壓軸10構成，上頂蓋1與下底蓋9截面為一圓形頂蓋，上頂蓋1如圖2所示形狀為凹槽形狀，與外套筒3 —起形成一全封閉的筒形結構。下頂蓋9如圖3所示為圓形凸帽，內布置有螺栓孔，圍繞一周均勻分布。外套筒3與內套筒4截面均為圓形截面，是一內空的圓柱體形狀，上下截面分別留有聯結孔，拉墊塊5與聯結環7均為一圓形平板，四周均布置聯結螺栓孔，用螺栓6與聯結環聯結，並與吊塊8形成一整體結構，壓軸10為一圓柱體結構，壓軸10作為整個裝置的重要的傳動構件，需要一定的強度。試驗機對上頂蓋1施壓，通過外套筒3牽動壓軸10向下運動，帶動吊塊8、聯結環7和拉墊塊5向下運動，進而對巖石試件進行拉伸。上述構件均可用合金鋼加工而成。 本發明是利用新的測試方法在測試巖石I型蠕變斷裂韌度和斷裂韌度的裝置上進行巖石單軸拉伸蠕變斷裂試驗和常規斷裂試驗，測定巖石I型蠕變斷裂韌度和斷裂韌度。該測試方法將外部傳來的壓力轉化為巖石試件內部的拉力，以實現對巖石試件的單軸拉伸。該測試方法採用圓柱體巖石試件，如圖4所示圓柱體巖石試樣圖，在試件中部由人工預製一個環形邊裂紋，用砂輪磨成60。 V形切口，然後用嵌有金剛石粒的鋼絲修成裂紋尖端。之後將製作好的圓柱體試件置於測試巖石I型蠕變斷裂韌度和斷裂韌度的裝置內，然後再將測試巖石I型蠕變斷裂韌度和斷裂韌度的裝置放在單軸壓縮蠕變試驗架上進行分
級加載試驗，直至試樣斷裂，加載破壞前的最後-
formula see original document page 4斷裂韌度可通過下述公式獲得
formula see original document page 4
-級荷載記為蠕變峰值荷載Pp巖石的蠕變
formula see original document page 5(2) 其中D是試件直徑，d是裂紋面上淨斷面直徑。用蠕變峰值荷載PK代入(1)就可得到巖石的I型蠕變斷裂韌度Kra。 如在上述過程中將放置好試塊的測試巖石I型蠕變斷裂韌度和斷裂韌度的裝置放在巖石壓力試驗機上進行破壞試驗，可獲得試件破壞時的荷載Pe，利用下述公式可獲得巖石的I型斷裂韌度KIC。 iiTformula see original document page 5 式(3)中formula see original document page 5
權利要求
一種測試巖石I型蠕變斷裂韌度和斷裂韌度的裝置，其特徵在於，包括上頂蓋(1)、下頂蓋(2)、外套筒(3)、內套筒(4)、拉墊塊(5)、聯結螺栓(6)、聯結環(7)、吊塊(8)、下底蓋(9)、壓軸(10)，上頂蓋(1)與下底蓋(9)為一圓形頂蓋，與外套筒(3)一起形成一全封閉的筒形結構；外套筒(3)與內套筒(4)均為一內空的圓柱體形狀，上下截面分別留有聯結孔，拉墊塊(5)與聯結環(7)均為一圓形平板，四周均布置聯結螺栓孔，用螺栓(6)與聯結環(7)聯結，並與吊塊(8)形成一整體結構，壓軸(10)為一圓柱體結構，橫穿過吊塊(8)，上頂蓋(1)受壓，通過外套筒(3)牽動壓軸(10)運動，帶動吊塊(8)、聯結環(7)和拉墊塊(5)運動。
2. —種測試巖石I型蠕變斷裂韌度和斷裂韌度的方法，包括測試巖石I型蠕變斷裂韌度和斷裂韌度的裝置，其特徵在於，方法包括如下步驟1) 在試件中部由人工預製一個環形邊裂紋，用砂輪磨成60。 V形切口，然後用嵌有金 剛石粒的鋼絲修成裂紋尖端；2) 將製作好的圓柱體試件置於測試巖石I型蠕變斷裂韌度和斷裂韌度的裝置內，然後 再將測試巖石I型蠕變斷裂韌度和斷裂韌度的裝置放在單軸壓縮蠕變試驗架上進行分級 加載試驗，直至試樣斷裂；3) 加載破壞前的最後一級荷載記為蠕變峰值荷載&，巖石的蠕變斷裂韌度可通過下述公式獲得formula see original document page 2其中D是試件直徑，d是裂紋面上淨斷面直徑，用蠕變峰值荷載P^代入(1)就可得到巖石的I型蠕變斷裂韌度KICK ;4)如將步驟2)中放置好試塊的測試巖石I型蠕變斷裂韌度和斷裂韌度的裝置放在巖 石壓力試驗機上進行破壞試驗，可獲得試件破壞時的荷載Pe，利用下述公式可獲得巖石的I 型斷裂韌度KIC，formula see original document page 2式(3)中，/X^)見(2)
全文摘要
本發明涉及一種測試巖石I型蠕變斷裂韌度和斷裂韌度的裝置及方法，在測試巖石I型蠕變斷裂韌度和斷裂韌度的裝置上進行巖石單軸拉伸蠕變斷裂試驗和常規斷裂試驗，測定巖石I型蠕變斷裂韌度和斷裂韌度。該測試方法將外部傳來的壓力轉化為巖石試件內部的拉力，以實現對巖石試件的單軸拉伸。使室內測試巖石斷裂韌度的試驗操作更加簡單化，保證了試驗所測數據的準確性，具有相當高的精度，因此具有良好的使用和推廣價值。
文檔編號G01N3/28GK101710042SQ20091020122
公開日2010年5月19日 申請日期2009年12月16日 優先權日2009年12月16日
發明者劉明亮, 周有成, 尹珍珍, 王鵬, 蔣立浩, 邵偉, 陳有亮 申請人:上海理工大學