用于巖體裂紋擴展下溫度-應力場耦合的強度測試裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種工程檢驗設備，具體涉及一種用于巖體裂紋擴展下溫度-應力場耦合的強度測試裝置。
【背景技術】
[0002]目前，無側(cè)限強度數(shù)據(jù)主要依靠室內(nèi)土工試驗來完成。中國專利文獻CN203785950 U于2014年8月20日公開了一種無側(cè)限抗壓強度試驗儀，它包括檢測軸向壓力和軸向位移的檢測單元，位于檢測單元下方并承載試樣的試樣承載單元，以及支撐架;其中，檢測單元包括；對試樣施加軸向力的貫入桿，該貫入桿的下端連接有尺寸為70.7mm*70.7mm*13mm的承壓板，位于貫入桿上方在貫入桿的作用下發(fā)生形變的量力環(huán)，位于量力環(huán)中間用于檢測量力環(huán)形變的第一數(shù)字百分表，連接在貫入桿的兩側(cè)檢測軸向位移的第二數(shù)字百分表，數(shù)字百分表與適配器連接，適配器連接數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。
[0003]但是，該無側(cè)限抗壓強度試驗儀存在的問題有:1、對試件在受壓破壞過程中試件內(nèi)部的微裂紋的起裂、僑聯(lián)、擴展及貫通的過程無法識別和檢測；由于巖體內(nèi)部存在眾多微觀裂紋，這些裂紋肉眼基本觀察不到，但這些裂紋的發(fā)育、擴展形成裂縫對巖體強度性質(zhì)有著至關重要的影響。2、只能進行單軸強度值測試，不能滿足溫度耦合的強度測試；由于地下空間綜合體建設日益蓬勃發(fā)展，尤其是探究地質(zhì)體深部(高溫高壓環(huán)境)的興起，人們開始探求如何更加方便快捷地獲取巖體在高溫條件下的裂紋起裂、僑聯(lián)、擴展及貫通過程中的無側(cè)限強度測試?，F(xiàn)有無側(cè)限抗壓強度試驗儀不能滿足土木工程學科發(fā)展的需求。
[0004]中國專利文獻CN102589672 A于2012年7月18日公開了一種測量巖石壓縮裂紋擴展過程聲波波速的連續(xù)測量方法，它通過固定聲波發(fā)射探頭和聲波接收探頭于加載試樣側(cè)面，采用數(shù)據(jù)連續(xù)自動記錄系統(tǒng)連續(xù)記錄聲波在巖石試樣中沿與加載垂直的方向的傳播時間，從而實現(xiàn)整個單軸壓縮加載裂紋擴展過程中巖石試樣徑向的聲波波速的連續(xù)測量。實現(xiàn)了裂紋擴展過程垂直裂紋發(fā)育主方向聲波波速的連續(xù)測量，最終得到聲波波速-加載時間曲線。
[0005]該專利的不足之處在于，該專利只能獲得聲波波速-加載時間曲線，不能觀測到裂紋的變化形式，另外，該專利受環(huán)境溫度限制，不能實現(xiàn)高溫條件下巖體的裂紋發(fā)育、擴展觀測和強度測試。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]針對現(xiàn)有無側(cè)限抗壓強度試驗儀存在的問題，本發(fā)明所要解決的技術問題就是提供一種用于巖體裂紋擴展下溫度-應力場耦合的強度測試裝置，它能測試巖體在不同溫度耦合條件下的裂紋起裂、僑聯(lián)、擴展及貫通過程中的無側(cè)限強度，并能觀測裂紋的變化。
[0007]本發(fā)明所要解決的技術問題是通過這樣的技術方案實現(xiàn)的，它包括有調(diào)升臺、調(diào)升臺上固定有墊塊，調(diào)升臺臺面兩邊豎立有立柱，兩立柱之間通過螺紋固定有反壓橫梁，反壓橫梁中段固定有對試樣施加軸向反力的應力桿，應力桿底部裝有應力傳感器，試樣置于應力桿與墊塊之間，試樣表面粘貼有第一聲波發(fā)射器和第一聲波接收器；
所述墊塊內(nèi)嵌有第二聲波發(fā)射器和加熱絲，應力桿底端孔內(nèi)裝有第二聲波接收器，應力桿外圍固定有可調(diào)高度的第一環(huán)形固定裝置，第一環(huán)形固定裝置連接有多通道聲發(fā)射傳感器;兩根立柱上分別附有可調(diào)高度的第二環(huán)形固定裝置，每根立柱的上下兩個第二環(huán)形固定裝置之間分別裝有半圓桶形的絕熱保護罩，絕熱保護罩內(nèi)嵌有加熱器，絕熱保護罩以立柱為樞軸旋轉(zhuǎn)閉合獲得中部密閉體，對墊塊、試樣及部分應力桿進行密封加熱，溫度傳感器和紅外熱像儀設置在絕熱保護罩合圍的密閉體內(nèi)；溫度傳感器、紅外熱像儀、應力傳感器、第一聲波發(fā)射器、第一聲波接收器、第二聲波發(fā)射器、第二聲波接收器、多通道聲發(fā)射傳感器的信號線與信號轉(zhuǎn)換器連接，對應信號經(jīng)過信號轉(zhuǎn)換器之后輸入計算機。
[0008]由于采用了加熱器和絕熱保護罩，本發(fā)明能在各種溫度條件下進行無側(cè)限抗壓強度測試;利用紅外熱像儀，本發(fā)明能準確獲得巖質(zhì)試樣在溫度場條件下的紅外熱像圖；利用第一聲波發(fā)射器和第一聲波接收器檢測水平方向的波速，利用第二聲波發(fā)射器和第二聲波接收器檢測垂直方向的波速，通過垂直與水平兩個方向不同波源的波速檢測數(shù)據(jù)，避免了單向測試的弊端，本發(fā)明能準確測量裂紋僑聯(lián)、貫通的時間、位置及裂紋發(fā)育的全過程信息；利用多通道聲發(fā)射傳感器數(shù)據(jù)，本發(fā)明能準確測量巖質(zhì)試樣體內(nèi)裂紋的起裂時間、位置、數(shù)量。
[0009]由于采用了上述技術方案，本發(fā)明具有如下的優(yōu)點:能測試巖質(zhì)試樣裂紋起裂、僑聯(lián)、擴展的溫度-應力耦合場條件下的無側(cè)限強度，還具有結(jié)構簡單、操作容易、價格低廉和動態(tài)檢測的優(yōu)點。
【附圖說明】
[0010]本發(fā)明的【附圖說明】如下:
圖1為本發(fā)明的結(jié)構示意圖。
[0011]圖中:1.調(diào)升臺；2.立柱;21.第二環(huán)形固定裝置;3.反壓橫梁;4.應力桿;41.應力傳感器;42.第二聲波接收器;43.第一環(huán)形固定裝置;44.多通道聲發(fā)射傳感器;5.墊塊；51.第二聲波發(fā)射器;6.試樣;61.第一聲波發(fā)射器;62.第一聲波接收器;7.絕熱保護罩;8.溫度傳感器;9.紅外熱像儀;10.信號轉(zhuǎn)換器;11.計算機。
【具體實施方式】
[0012]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明:
如圖1所示，本發(fā)明包括有調(diào)升臺1、調(diào)升臺I上固定有墊塊5，調(diào)升臺臺面兩邊豎立有立柱2，兩立柱2之間通過螺紋固定有反壓橫梁3，反壓橫梁3中段固定有對試樣施加軸向反力的應力桿4，應力桿4底部裝有應力傳感器41，試樣6置于應力桿4與墊塊5之間，試樣6表面粘貼有第一聲波發(fā)射器61和第一聲波接收器62，其特征是:
所述墊塊5內(nèi)嵌有第二聲波發(fā)射器51和加熱絲，應力桿4底端孔內(nèi)裝有第二聲波接收器42，應力桿4外圍固定有可調(diào)高度的第一環(huán)形固定裝置43，第一環(huán)形固定裝置43連接有多通道聲發(fā)射傳感器44;兩根立柱2上分別附有可調(diào)高度的第二環(huán)形固定裝置21，每根立柱2的上下兩個第二環(huán)形固定裝置21之間分別裝有半圓桶形的絕熱保護罩7，絕熱保護罩7內(nèi)嵌有加熱器，絕熱保護罩7以立柱2為樞軸旋轉(zhuǎn)閉合獲得中部密閉體，對墊塊、試樣及部分應力桿進行密封加熱，溫度傳感器8和紅外熱像儀9設置在絕熱保護罩7合圍的密閉體內(nèi)；溫度傳感器8、紅外熱像儀9、應力傳感器41、第一聲波發(fā)射器61、第一聲波接收器62、第二聲波發(fā)射器51、第二聲波接收器42、多通道聲發(fā)射傳感器44的信號線與信號轉(zhuǎn)換器10連接，對應信號經(jīng)過信號轉(zhuǎn)換器10之后輸入計算機11。
[0013]所述墊塊5的直徑大于試樣6的直徑。
[0014]本發(fā)明利用多通道聲發(fā)射傳感器測試，實現(xiàn)準確測試巖質(zhì)試樣在較小壓力時內(nèi)部起裂(即裂紋出現(xiàn))、僑聯(lián)發(fā)生的時間、數(shù)量、分布位置及此過程中的應力-應變數(shù)據(jù)。隨著試驗壓力的增大，通過水平和垂直兩個不同聲源的聲波波速測試結(jié)果，實現(xiàn)對巖質(zhì)試樣內(nèi)部裂紋的擴展、貫通的時間、方位、數(shù)量的準確測量，進一步獲得試樣內(nèi)部裂紋起裂圖像、裂紋擴展分布圖像、聲波波速圖、裂紋貫通的分布圖像等，同時也獲得了在裂紋發(fā)育過程中的應力-應變數(shù)據(jù)，實現(xiàn)裂紋擴展與強度動態(tài)結(jié)合的試驗成果。當試驗壓力進一步增大時，巖質(zhì)試樣內(nèi)部裂紋完全貫通，形成破裂面，試樣破損強度喪失，在這個過程中借助水平和垂直方向的波速試驗數(shù)據(jù)可以實現(xiàn)對裂紋貫通的時間、數(shù)量、位置及試驗過程的應力狀態(tài)進行測量，進而能夠從細微處直觀認識巖石應力-應變過程曲線中各個階段。
[0015]本發(fā)明能進行溫度-應力場耦合條件下的強度測試，利用多通道聲發(fā)射傳感器、紅外熱像儀，能獲得試樣在溫度-應力場耦合條件下巖質(zhì)試樣裂紋起裂、僑聯(lián)時的紅外熱像圖，裂紋擴展、貫通時的紅外熱像圖；通過水平和垂直方向的波速測試裝置可以獲得