[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

说明书

本发明公开了一种岩石试样单轴抗压降温试验装置及试验方法，包括放置台、上垫块、下垫块、应力应变感应片和应力应变数据采集仪；将标准岩石试样加热至设定温度放置在密封水槽中，控制恒温水流速；岩石试样逐级降温、施加载荷，得到不同的试验温度值，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。该方法能够避免采用洒水降温方法进行岩石物理力学性质研究存在的弊端，通过以较小的温度变化引起岩石内部应变能的释放，能够为硬脆性隧道围岩的岩爆研究提供一种可行的方法。

技术领域

本发明涉及一种基于单轴抗压试验的保温水槽装置，具体为在温度可控下的岩石试样单轴抗压降温装置及试验方法。

背景技术

在硬脆性岩石的岩爆研究中，温度对于岩爆的损害程度影响较大。为了减少温度对于围岩隧道的影响，许多学者研究了各种降温措施来对岩爆现象进行抑制或减弱。但是由于现有实验器材的局限性，许多研究都只针对了高温下岩石的岩爆力学研究，对于降温措施下的岩石力学研究大多停留在数值模拟阶段，这给现实应用造成了局限性，大多数还是凭着经验实施降温手段。考虑到实验器材遇水不灵敏，洒水不均匀性等问题，有关学者研究的洒水降温实验中也只是在数值模拟中验证降温的有效性，并没有从实验数据出发，或者是采用浸水试验，这也会导致实验数据的误差性。根据能量守恒原理，利用洒水降温的方式，就是要利用水的热传递来减少高温围岩内部聚集的能量，从而减小应变能的释放。因此本发明着力于高温岩石试样在水的热传递下进行降温的一种岩石单轴压缩试验系统。

发明内容

为解决高温岩石试样在水的热传递下进行降温的技术问题，从而研制出一种基于岩石试样单轴抗压降温试验装置及试验方法。

本发明是通过下述技术方案来实现的。

本发明提供了一种岩石试样单轴抗压降温试验方法，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。

优先选的，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℃。

优选的，以位移速率为0.02-0.1mm/s的方式施加荷载。

本发明还提供了所述方法采用的岩石试样单轴抗压降温试验装置，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。

优选的，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。