一种岩石高温压缩试验装置及试验方法与流程

[0001]
本发明属于岩石试验装置技术领域，具体涉及一种岩石高温压缩试验装置及试验方法。


背景技术：

[0002]
岩石物理力学参数是地下工程设计必须的基础数据，岩石单轴抗压强度、弹性模、泊松比等参数一般通过岩石单轴压缩试验获取，岩石单轴压缩试验是采用岩石试验机对圆柱试验的两端面进行加载，直至试样破坏，以此记录载荷位移曲线，获取岩石单轴抗压强度等参数。岩石试样一般采用圆柱体状，按试验时岩样所处的温度条件，又可分为常温单轴压缩、高温单轴压缩等。
[0003]
现有技术中采用岩石压缩试验机用于对岩石试样进行高温压缩试验，首先需要对试样进行温度加载，温度加载前需要对试样内部温度进行标定，以便采取有效的加热和保温方式，通常情况下，将试样放置在加热系统内部，试样周围同时被加热，在试样中心处钻取中心钻孔，在中心钻孔内放置热电偶来测量加热过程中试样中心点的温度并实时记录，经加热后再进行保温，直至试样整体温度稳定，即温度加载完成。当温度加载完成后，通过试验机上的压头以一定的加载速率对试样轴力加载，直至试样发生破坏，对试样进行压缩试验之后，需等待加温系统冷却之后才能取出压缩后的试样；即试验机对试样进行高温压缩试验时，单次只能对一个试样进行测试，耗费时间较长。
[0004]
因此，需要提供一种针对上述现有技术不足的改进技术方案。


技术实现要素：

[0005]
本发明的目的是提供一种岩石高温压缩试验装置及试验方法，用于克服现有技术中单次只能对一个试样进行高温压缩试验，耗费时间较长的问题。
[0006]
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
[0007]
一种岩石高温压缩试验装置，所述试验装置包括：
[0008]
试验机主体，所述试验机主体包括框架和底座，所述框架设置在所述底座上，所述框架内设置有移动横梁，所述移动横梁的下方设置有压头，所述移动横梁带动所述压头沿纵向移动；
[0009]
载物箱，所述载物箱设置于所述框架内的所述底座上，所述载物箱包括箱体，所述箱体内设置有多个加温装置，所述加温装置用于放置试样以及对试样进行温度加载；
[0010]
上压块，所述上压块设置于所述试样上方，所述上压块的至少一部分凸出于所述箱体的上表面，通过旋转所述载物箱使所述上压块与所述压头对中设置。
[0011]
如上所述的岩石高温压缩试验装置，作为优选方案，所述加温装置包括耐火墙和温控器；
[0012]
所述耐火墙围成装样空腔，所述装样空腔用于容纳所述试样；所述耐火墙的外壁围设有加热器件，所述加热器件用于产生对试样进行温度加载所需的热量；
[0013]
所述温控器通过第一导线与所述加热器件连接，所述温控器用于控制加热器件的加热温度；
[0014]
优选地，所述装样空腔呈圆柱体状，所述装样空腔贯穿所述箱体的上表面和下表面；
[0015]
更优选地，所述耐火墙是由耐火砖砌筑而成的；
[0016]
更优选地，所述加热器件为加热电阻丝，所述加热电阻丝均匀缠绕在耐火墙的周围。
[0017]
如上所述的岩石高温压缩试验装置，作为优选方案，所述加热器件与所述箱体内壁之间的间隙填充有保温棉；
[0018]
优选地，相邻两个所述加温装置之间设置有隔板。
[0019]
如上所述的岩石高温压缩试验装置，作为优选方案，所述试验装置还包括温度传感器，所述温度传感器设置在所述试样的表面，所述温度传感器通过第二导线与温度监测仪连接，所述温度监测仪用于监测试样表面的温度变化。
[0020]
如上所述的岩石高温压缩试验装置，作为优选方案，所述载物箱的底部设置有下压板，所述下压板用于承受所述压头压缩试样时所产生的力；
[0021]
优选地，所述箱体呈圆柱体状，所述加温装置沿周向均匀设置于所述箱体内；
[0022]
更优选地，所述下压板呈圆盘状，所述下压板上设置有多个凸台，所述凸台分别嵌入所述装样空腔的底部。
[0023]
如上所述的岩石高温压缩试验装置，作为优选方案，所述下压板的侧面沿周向设置有锁扣，通过所述锁扣将箱体与下压板固定连接。
[0024]
如上所述的岩石高温压缩试验装置，作为优选方案，所述凸台的中心轴线与所述试样的中心轴线重合；所述上压块的中心轴线与所述试样的中心轴线重合；
[0025]
优选地，所述凸台的外径≥所述试样的外径；所述上压块的外径≥所述试样的外径。
[0026]
如上所述的岩石高温压缩试验装置，作为优选方案，所述箱体的中部开设有第一通孔，所述第一通孔贯穿所述箱体的上表面和下表面；
[0027]
所述下压板的中部开设有与所述第一通孔相对应的第二通孔；
[0028]
所述下压板与所述底座之间设置有支撑座，所述支撑座的中部设置有立杆，所述立杆依次穿过所述第二通孔和第一通孔；
[0029]
所述载物箱以所述立杆为旋转轴，通过转动所述载物箱依次对所述加温装置内的试样进行压缩试验。
[0030]
如上所述的岩石高温压缩试验装置，作为优选方案，所述第一通孔的内径等于所述第二通孔的内径；
[0031]
优选地，所述箱体的外侧设置有把手。
[0032]
一种岩石高温压缩试验装置的试验方法，所述试验方法采用如上任一所述的岩石高温压缩试样装置，作为优选方案，包括以下步骤：
[0033]
步骤s1、将支撑座放置于底座上，下压板、载物箱依次套设于支撑座的立杆上，并保证装样空腔配合套设于相对应的凸台上，通过锁扣将箱体与下压板扣紧；
[0034]
步骤s2、将试样装入装样空腔中，上压块放置在试样上方并保证上压块、试样和凸
台对中，然后微调支撑座的位置，将压头与试样上方的上压块对中，确保不出现偏心压缩；
[0035]
步骤s3、启动温控器，以一定的升温速率同时对各试样加热至目标温度后，保温一段时间，使得各试样表面的温度不变；
[0036]
步骤s4、启动移动横梁带动压头对其中一个试样进行压缩加载，并记录加载数据，试样压缩破坏后，停止加载，并使移动横梁带动压头复位；
[0037]
步骤s5、旋转载物箱使另一个试样上方的上压块与压头对中，重复步骤s4，并依次对所有试样进行压缩加载，直至所有试样试验完毕；
[0038]
步骤s6、将锁扣打开，通过把手将箱体与下压板分离开，自然冷却后，清洁装样容腔及残渣。
[0039]
与最接近的现有技术相比，本发明提供的技术方案具有如下优异效果：
[0040]
本发明中载物箱内周向设置多个加温装置，实现同时对多个试样加热并保温，保证多个试样所处的环境温度一致，然后通过旋转箱体依次对各试样进行压缩试验，不仅大大缩短了试验时间，提高了试验数据的准确性，而且试验周期较短，很大程度上也增加了高温试验的安全性，对试验人员提供了防护；而现有技术中的装置单次只能对一个试样进行高温压缩试验，加温加载需要很长时间，且对一个试样进行压缩试验后，需等待装置冷却后才能进行下一个试验，可能需要几天才能完成对多个试样的压缩试验，一方面浪费时间，且由于各试样所处的环境温度不同，导致试验数据的误差较大，另一方面由于试验时间太长，高温试验的危险系数增加。
[0041]
本发明中将载物箱的箱体通过锁紧锁扣与下压板定位，当压缩试验结束后，可以直接将锁扣打开，通过把手将箱体与下压板分开，便于清洁压缩后装样容腔中的残渣，且多个试样全部压缩完毕之后，集中清理压缩后的残渣，省时省力。
附图说明
[0042]
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。其中：
[0043]
图1为本发明具体实施例中高温压缩试验装置的结构示意图；
[0044]
图2为本发明具体实施例中载物箱的俯视结构示意图；
[0045]
图3为本发明具体实施例中载物箱与支撑座的装配结构示意图；
[0046]
图4为本发明具体实施例中下压板的正面结构示意图；
[0047]
图5为本发明具体实施例中下压板的俯视结构示意图。
[0048]
图中：1、装样空腔；2、保温棉；3、加热器件；4、耐火墙；5、第一通孔；6、把手；7、第一导线；8、第二导线；9、温度传感器；10、上压块；11、试样；12、下压板；121、凸台；122、第二通孔；13、支撑座；131、立杆；14、框架；15、移动横梁；16、压头；17、箱体；18、底座。
具体实施方式
[0049]
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0050]
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情
况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0051]
本发明中的载物箱同时周向设置多个加温装置，实现同时对多个试样11加热并保温，保证多个试样11所处的环境温度一致，然后通过旋转箱体17依次对各试样11进行压缩试验，不仅大大缩短了试验时间，提高了试验数据的准确性，而且试验周期较短，很大程度上也增加了高温试验的安全性，对试验人员提供了安全防护；另外，本发明中将载物箱的箱体17通过锁紧锁扣与下压板12定位，当压缩试验结束后，可以直接将锁扣打开，通过把手6将箱体17与下压板12分开，便于清洁压缩后装样容腔1中的残渣，且多个试样11全部压缩完毕之后，集中清理压缩后的残渣，省时省力。
[0052]
如图1所示，为本发明具体实施例中岩石高温压缩试验装置的结构示意图，该装置包括：
[0053]
试验机主体，试验机主体包括框架14和底座18，框架14设置于底座18的上方，框架14内设置有移动横梁15，移动横梁15的下方设置有压头16，移动横梁15带动压头16沿纵向往复运动。另外，当对岩石试样11进行高温压缩试验测试时，试验机可按照恒位移梯度及恒试验力梯度加载，本具体实施例中采用恒位移加载控制，加载速率为0.5mm/min；当然，本发明具体实施例中的试验装置还包括控制系统，控制系统用于控制试验过程中的加载速率和加载试验力，在试验机主体上也设置有铭牌、急停按钮等。
[0054]
载物箱，如图2所示，为载物箱的俯视结构示意图，载物箱设置于框架14内的底座18上，载物箱包括箱体17，箱体17内设置有多个加温装置，加温装置用于放置试样11以及对试样11进行加温加载。
[0055]
在本发明具体实施例中，箱体17呈圆柱体状，箱体17内沿周向均匀设置有多个加温装置。
[0056]
在本发明具体实施例中，加温装置包括耐火墙4和温控器；耐火墙4围成装样空腔1，装样空腔1用于容纳试样11；优选地，装样空腔1呈圆柱体状，装样空腔1贯穿箱体17的上表面和下表面。
[0057]
耐火墙4的外壁围设有加热器件3，加热器件3用于产生对试样11进行温度加载所需的热量；更优选地，耐火墙4是由耐火砖砌筑而成的。
[0058]
温控器通过第一导线7与加热器件3连接，温控器用于控制加热器件3的加热温度；优选地，加热器件3为加热电阻丝，加热电阻丝均匀缠绕在耐火墙4的周围。其中，温控器控制各个加热器件3同时对各个试样11进行加热，实现多个试样整体加热，实际应用中，通过加热电阻丝对各个试样11同时进行加温，通常采用两阶段加热方式，第一阶段为加热阶段，即按照预先设定的加热梯度加热到目标温度，然后为第二阶段，即保温阶段，具体保温时间的长短根据实际情况而定，保温的目的是为了使各个试样11整体温度达到稳定。
[0059]
在本发明具体实施例中，加热器件3与箱体17内壁之间的间隙填充有保温棉2，本实施例中的保温棉2为石棉，既具有保温效果又能耐高温，不易燃烧。优选地，相邻两个加温装置之间设置有隔板。其中，隔板为保温板或耐高温陶瓷板。
[0060]
在本发明具体实施例中，试样装置还包括温度传感器9，温度传感器9在使用时设置在试样11的表面，温度传感器9通过第二导线8与温度监测仪连接，温度监测仪用于监测试样11表面的温度变化。其中，温度传感器9的探头放置于试样11表面，另一端穿过耐火墙4通过第二导线8与温度监测仪连接。
[0061]
在本发明具体实施例中，箱体17的底部设置有下压板12，下压板12用于承受压头16压缩试样11时所产生的力。
[0062]
优选地，箱体17呈圆柱体状，加温装置沿周向均匀设置于箱体17内；
[0063]
更优选地，如图4所示，为下压板的正面结构示意图，在本发明具体实施例中，下压板12呈圆盘状，下压板12沿周向设置有与装样空腔1相配合的凸台121，凸台121嵌入装样空腔1的底部。
[0064]
在本发明具体实施例中，下压板12的侧面沿周向设置有锁扣，通过锁扣将箱体17与下压板12固定连接。
[0065]
本实施例中，对于锁扣的数量不做任何限定，锁扣可以设置3个、4个、5个、6个等，根据实际使用过程中，只要能够达到开合的目的，且处于锁紧状态时，能够很好定位箱体17和下压板12的位置关系，保证凸台121在装样空腔中的位置固定。另外，当压缩试验结束后，可以直接将锁扣打开，通过把手6将箱体17与下压板12分开，待自然冷却后，便于清洁压缩后装样容腔1中的残渣，且多个试样11全部压缩完毕之后，集中清理压缩后的残渣，省时省力。
[0066]
上压块10，上压块10设置于试样11上方，上压块10的至少一部分凸出于箱体17的上表面，通过旋转载物箱使上压块10与压头16对中设置。其中，对中设置也就是两个构件的中心轴线重合。
[0067]
在本发明具体实施例中，凸台121的中心轴线与试样11的中心轴线重合；上压块10的中心轴线与试样11的中心轴线重合。上压块10、试样11和凸台121之间保证中心轴线重合，主要是为了确保试验过程中不出现偏心压缩的现象，即保证了试验的准确性。
[0068]
优选地，凸台121的外径≥试样11的外径；上压块10的外径≥试样11的外径。
[0069]
在本发明具体实施例中，箱体17的中部开设有第一通孔5，第一通孔5贯穿箱体17的上表面和下表面；
[0070]
如图5所示，为下压板的俯视结构示意图，下压板12的中部开设有与第一通孔5相对应的第二通孔122；
[0071]
优选地，第一通孔5的内径等于第二通孔122的内径。
[0072]
在本发明具体实施例中，下压板12与底座18之间设置有支撑座13，如图3所示，为载物箱与支撑座的装配结构示意图，支撑座13的中部设置有立杆131，立杆131依次穿过第二通孔122和第一通孔5；载物箱以立杆131为旋转轴，通过转动载物箱依次对加温装置内的试样11进行压缩试验。在本实施例中，旋转载物箱为人工旋转，旋转载物箱使得待测试样11上方的上压块10与试验机上的压头16对中，然后进行加载试验，压缩加载一个试样11之后，通过旋转依次压缩加载其他的试样11，实现了同时对多个试样11加温，依次对多个试样11进行压缩试验，大大缩短了试验时间，提高了试验数据的准确性。
[0073]
优选地，箱体17的外侧设置有把手6。
[0074]
为了更好的理解本发明具体实施例中的岩石高温压缩试验装置的使用方法，本发明具体实施例中还提供一种岩石高温压缩试验装置的试样11方法，该试验方法采用前面所述的岩石高温压缩试样11装置，具体的，包括以下步骤：
[0075]
步骤s1、将支撑座13放置于底座18上，下压板12、载物箱依次套设于支撑座13的立杆131上，并保证装样空腔1配合套设于相对应的凸台121上，通过锁扣将箱体17与下压板12
扣紧；
[0076]
步骤s2、将试样11装入装样空腔1中，上压块10放置在试样11上方并保证上压块10、试样11和凸台121对中，然后微调支撑座13的位置，将压头16与试样11上方的上压块10对中，确保不出现偏心压缩；
[0077]
步骤s3、启动温控器，以一定的升温速率同时对各试样加热至目标温度后，保温一段时间，使得各试样11表面的温度不变；
[0078]
步骤s4、启动移动横梁15带动压头16对其中一个试样11进行压缩加载，并记录加载数据，试样11压缩破坏后，停止加载，并使移动横梁15带动压头16复位；
[0079]
步骤s5、旋转载物箱使另一个试样11上方的上压块10与压头16对中，重复步骤s4，并依次对所有试样11进行压缩加载，直至所有试样11试验完毕；
[0080]
步骤s6、将锁扣打开，通过把手6将箱体17与下压板12分离开，自然冷却后，清洁装样容腔1及残渣。
[0081]
综上：本发明中的高温压缩试验装置可以实现集中压缩加载，大大节省了试验时间；同时对多个试样11加温并控制温度变量，突破了传统的加温时间过长导致环境温度影响的因素，大大提高了试验数据的准确性；传统试验时间过长，危险系数增加，而本发明中的装置可以大大缩短时间，增加了此类高温试验的安全性，对试验人员提供了安全防护。
[0082]
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均在本发明待批权利要求保护范围之内。