[发明专利]一种岩石试样单轴抗压降温试验装置及试验方法

权利要求书

1.一种岩石试样单轴抗压降温试验方法，其特征在于，包括：

1)制备标准岩石试样，将岩石试样加热至设定温度t₀；

2)将岩石试样放在密封水槽中，控制密封水槽中的恒温水流速；同时在岩石试样上施压荷载；

3)当岩石试样温度降至试验温度t_i，记录岩石试样随温度、载荷应力变化的应变值；

4)重复步骤2)-3)，将加热至设定温度t₀岩石试样逐级降温、施加载荷，得到不同的试验温度值t₁、t₂、……t_i，绘制关于岩石试样随温度、载荷应力变化的应变关系曲线，计算得到岩体单元可释放应变能。

2.根据权利要求1所述的岩石试样单轴抗压降温试验方法，其特征在于，岩石试样加热的设定温度t₀不高于110℃；试验逐级降温温度t_i为80℃、60℃、40℃。

3.根据权利要求1所述的岩石试样单轴抗压降温试验方法，其特征在于，以位移速率为0.02-0.1mm/s的方式施加荷载。

4.根据权利要求1所述的岩石试样单轴抗压降温试验方法，其特征在于，岩体单元可释放应变能，通过以下步骤计算：

外力功所产生的总输入能量为U，岩体与外界进行热交换的能量为Q，Q0，则：

U-Q＝U_d+U_e (1)

式中，U_d为岩体单元耗散能，U_e为岩体单元可释放应变能。

5.根据权利要求4所述的岩石试样单轴抗压降温试验方法，其特征在于，外力功所产生的总输入能量为表示为：

式中，σ_i为各个方向上的主应力；ε_i，为各个主应力方向的主应变，i＝1、2、3；

岩体与外界进行热交换的能量可表示为：

Q＝cm(t₀-t) (3)

式中：c为比热容，m为物体的质量，t₀为设定温度，t_i为试验温度；

岩体单元可释放应变能为：

式中：E₀初始弹性模量，ν为泊松比。

6.一种权利要求1-5任一项所述方法采用的岩石试样单轴抗压降温试验装置，其特征在于，包括：

密封水槽，与保温水箱连通，用于为内置的岩石试样提供所需的温度；

保温水箱，用于为密封水槽提供实验恒温水；

岩石试样，放置于密封水槽中，外壁贴有应力应变感应片，在密封水槽中进行单轴抗压降温试验；

应力应变数据采集仪，获取应力应变感应片感应岩石试样受温度变化的数据，输出至控制系统；

密封水槽连通保温水箱形成循环回路，岩石试样置于密封水槽中上下垫有垫块，岩石试样外周设有应力应变感应片，应力应变感应片连接应力应变数据采集仪。

7.根据权利要求6所述的岩石试样单轴抗压降温试验装置，其特征在于，所述密封水槽中设有柱形筒，岩石试样置于密封水槽柱形筒中，岩石试样底部垫有下垫块，顶部放置有上垫块，载荷施加在上垫块上。

8.根据权利要求7所述的岩石试样单轴抗压降温试验装置，其特征在于，所述密封水槽放置在放置台上，下垫块设在密封水槽中的岩石试样下方。

9.根据权利要求6所述的岩石试样单轴抗压降温试验装置，其特征在于，所述上垫块设在密封水槽上方，上垫块的大小与柱形筒面积相配合。

10.根据权利要求6所述的岩石试样单轴抗压降温试验装置，其特征在于，所述应力应变感应片与岩石试样采用碳纤维布包裹。