[发明专利]用于岩石冲击实验的试样加热装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种试样加热装置，特别是涉及一种用于岩石冲击实验的试样加热装置。

技术背景

在资源开采过程中，大量使用凿岩、爆破等方式对岩石进行破碎，这就需要掌握岩石的动态力学行为。这些力学行为通常是通过实验室开展各类冲击实验来获得，目前应用比较广泛而且结果比较可靠的冲击实验系统是SHB(Split Hopkinson Bar)装置，以及由此改进而出现的各种变形装置(如岩石动静组合加载实验装置，国家发明专利ZL200510032031.6)。

在传统SHB测试中，岩石试样往往在常温下进行，然而，随着资源开采深度的不断增加，地热梯度以每100米3摄氏度增加，当凿岩、爆破等破岩活动在地下数千米深度进行时，那里的岩石自身温度远远高于常温，其力学特性也与室温实验结果有较大差别。以采矿活动为例，原来矿山开采都在几百米深度以内，室温岩石力学实验结果应用于工程设计和施工比较合理，没有出现大的工程灾害；近年来，大量矿山转入地下1000米以下的深度进行矿石开采，南非一些矿山甚至进入了4000米的开采深度，在这些高深度环境下，观测到许多传统岩石力学无法解释的现象：岩体大范围分区破裂、岩爆异常、岩性脆延转化等。引起这些异常的主要因素之一就是深部岩石处于一种相对高温状态，其冲击力学行为与常温截然不同。因此，研制相应的加热装置进行高温岩石的冲击力学特性实验成了当前岩石力学领域亟待开展的工作。

在发展相对成熟的SHB装置上开展高温岩石力学实验，首要解决的就是试样的加热问题。在利用SHB装置进行金属材料测试中，一些学者开展了高温下材料动态冲击实验。在这些实验中，以试样在测试中所处的受热状态可分为两种：①试样离开热源实验方式。这种方法在冲击实验开始前，对试样进行高温加热，然后取出试样放入SHB装置进行冲击实验。这种方法有两个缺点：一是试样从高温炉中取出后温度迅速下降，等到冲击实验测试时，试样温度已不是加热炉中测到的温度，需要进行试样温度校正才能使用结果；二是在入射杆、透射杆与试样接触的过程中，由于入射杆、透射杆和试样都具有强导热性，致使试样两端和中间温度差异较大。Lennon、李玉龙等研究表明，如果接触时间超过1ms，试样长度方向的温度差异将超过10％，这就要求设备自动组装十分迅速。②试样不离开热源实验方式。为了克服方法①中存在的不足，有学者研究了多种试样不离开热源的材料冲击实验设备。有的是将试样与入射杆、透射杆对好后进行一同快速加温，在结果处理时对入射杆、透射杆端部温度梯度引起的应力波畸变进行修正；有的在入射杆、透射杆和试样接触近区使用绝热材料；有的使用单向或双向的快速自动组装机构(发明专利：用于高温霍普金森压杆实验的双向气路自动组装装置，谢若泽等)。这些金属材料的高温冲击实验研究对岩石高温冲击实验研究有很多的借鉴之处，但岩石作为一种脆性材料，与金属材料有着完全不同的力学特性和破坏行为，实验装置自然不同。在高温冲击实验中，岩石与金属最大的不同有两点：一是低热导性，其与入射杆、透射杆接触后，温度传播极慢，三者温度梯度变化都不大；二是试样在冲击下的破裂是伴随有大量高速弹射碎块的崩射型破坏，这些碎块可击穿常规加热炉的石棉、陶瓷内罩。因此，用SHB进行金属材料高温冲击实验的重点在于试样与入射杆、透射杆的快速组装和入射杆、透射杆、试样温度梯度变化的有效控制；而用SHB进行岩石高温冲击实验的重点则是试样与入射杆、透射杆的精确组装和试样加热设备的抗冲击选材。

本发明以SHB装置为基础，发明试样不离开热源的加热装置，提供相应关键技术和产品。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种能实现岩石试样不离开热源、保证试样与入射杆、透射杆精确对齐，有效防止破碎岩块击坏加热炉内罩的用于岩石冲击实验的试样加热装置。

为了解决上述技术问题，本发明提供的用于岩石冲击实验的试样加热装置，支架上水平设有圆筒状的保温仓，在所述的保温仓内轴向水平设有碳纤维增强合金筒，所述的碳纤维增强合金筒内形成有加热腔，所述的碳纤维增强合金筒上设有电阻丝，所述的电阻丝通过电源开关与加热腔温度监测与控制仪电连接，所述的加热腔温度监测与控制仪电连接有热电耦，在所述的保温仓上设有与所述的加热腔两端口分别对应的可调保温仓门，所述的可调保温仓门上设有调节滑道，在所述的保温仓上设有与所述的调节滑道对应的定位螺柱，所述的可调保温仓门可沿所述的调节滑道的延伸方向上下移动，所述的可调保温仓门上设有与所述的加热腔和所述的热电耦对应的热电耦出入孔，所述的支架上设有调平装置。

所述的调平装置为设在所述的支架上四角的四个找平螺栓。