岩石应力松弛试验装置及试验方法
岩石应力松弛试验装置及试验方法
【技术领域】
[0001]岩石应力松弛试验装置及试验方法，属于矿业和岩土工程的试验检测监测技术领域。
【背景技术】
[0002]矿山井下存在围岩片帮、顶板冒落、突水及岩爆动力灾害等危险，其对工作人员和设备构成了直接威胁，而且影响工程进度，还能造成支护失效，甚至地震。随着开采深度的不断增加，围岩破坏频度和强度越来越高，工程灾害日益严重，安全问题亟待解决。
[0003]岩石流变特性是岩石力学的一个重要分支，其中，蠕变和应力松弛为其研宄的2个重要方面，同时也是岩石流变试验中最常用的两种观测参数。工程中，岩石的蠕变和应力松弛特性直接与岩石的长期强度和岩体工程的长期稳定相关联。蠕变和应力松弛往往不是单独存在，两种流变机制共同影响着岩石的力学特性，两者之间互成联系，蠕变的发展促进了应力的松弛，应力松弛过程中应力的下降降低了蠕变发展的应力条件，从蠕变的角度对岩石流变的研宄已取得了比较丰硕的成果，相比而言，应力松弛试验要求仪器具有长时间保持应变恒定的性能，试验技术难度较大，目前这方面开展的研宄还不多，发表的研宄成果相对较少，也没有专门用于岩石应力松弛试验的试验系统。随着采矿工程向深部的推进，使岩石应力已接近或处于岩石(岩体)的破坏强度，围岩的松弛特性对外界的扰动变得很敏感，围岩的松弛特性问题异常突出。
【发明内容】
[0004]本发明要解决的技术问题是:克服现有技术的不足，提供一种结构简单、能够长时间保持应变恒定、可实现岩石松弛状态下再加载试验、并对试样实时监测的岩石应力松弛试验装置及试验方法。
[0005]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:该岩石应力松弛试验装置，包括承载框架和承载框架上的增压装置，其特征在于:所述的增压装置设置在承载框架上部，试样安装在承载框架上增压装置的下方，增压装置通过无线压力变送器与上位机相连接，并将压力信号实时上传至上位机；还设置有与上位机相连接的超声波监测装置和摄像装置，对试样进行实时监测；超声波监测装置包括安装在所述的试样上的超声波监测探头和非金属超声波检测仪。
[0006]优选的，所述的承载框架包括顶部承载板、底部承载板以及顶部承载板和底部承载板之间的立柱，所述增压装置设置在顶部承载板中部，所述试样安装在底部承载板中部。
[0007]优选的，所述的增压装置包括液压千斤顶和手动液压泵，手动液压泵通过管路与液压千斤顶相连通。
[0008]一种利用上述岩石应力松弛试验装置的岩石应力松弛试验方法，其特征在于:包括如下步骤:
步骤a，放置试样在承载框架上增压装置的正下方； 步骤b，上位机和压力变送器通信，对试样受到的压力实时监测；
步骤C，增压装置加压至与试样的上表面紧密接触；
步骤d，超声波监测装置对试样进行实时超声波监测，得到超声波波形数据并上传至上位机；摄像装置记录试样变化的图像数据并上传至上位机；
步骤e，增压装置对试样施加位移载荷至预定载荷；
步骤f，预定时间内试样的位移载荷不变，监测记录全程的压力数据；
步骤g，上位机分析监测到的压力随时间的变化关系，绘制应力-时间曲线。
[0009]优选的，步骤a中所述的试样和所述的增压装置之间设有加载板。
[0010]优选的，步骤d中所述的摄像装置和超声波监测装置的检测方向相互垂直。
[0011]优选的，步骤d中所述的超声波监测装置和试样之间设有耦合剂。
[0012]与现有技术相比，本发明的岩石应力松弛试验装置及试验方法所具有的有益效果是:
1、本岩石应力松弛试验装置通过安装在承载框架上的增压装置对试样进行加载，结构简单、轻便，便于搬运、移动，并且能够长时间保持应变恒定，方便对试样进行应力松弛的研宄，还可实现岩石松弛状态下再加载试验；增压装置通过无线压力变送器与上位机通信，使上位机和增压装置摆脱了距离的限制；此外，本岩石应力松弛试验装置还设置有超声波监测装置和摄像装置，可实现岩石应力的近程、远程和全程的实时监测，并将监测数据上传至上位机进行分析。
[0013]2、增压装置通过液压千斤顶对试样进行加载，能够加载很大吨位，且液压千斤顶油缸的行程大，可以施加很大的位移载荷；液压千斤顶通过手动液压泵控制，控制简单。
[0014]3、本岩石应力松弛试验方法操作简单，通过上位机实时采集和显示监测数据并绘制图形与分析，实现了近程、远程和全程的实时监测、并且试验结果真实可靠；试验中得到不同压力水平下典型岩石类材料试件松弛特性曲线，然后采用先进的分析方法建立岩石松弛模型，为巷道、隧道围岩稳定及控制研宄提供理论依据。
【附图说明】
[0015]图1为岩石应力松弛试验装置的结构示意图。
[0016]图2为岩石应力松弛试验装置的主视示意图。
[0017]图3为岩石应力松弛试验装置的连接图。
[0018]图4为岩石应力松弛试验方法的流程图。
[0019]图5为应力松弛曲线。
[0020]图中:1、承载框架101、顶部承载板102、底部承载板103、立柱2、液压千斤顶3、加载板4、试样5、超声波监测探头。
【具体实施方式】
[0021]图1~5是本发明的最佳实施例，下面结合附图1~5对本发明做进一步说明。
[0022]一种岩石应力松弛试验装置，包括承载框架I和承载框架I上的增压装置，增压装置设置在承载框架I上部，试样4安装在承载框架I上增压装置的下方，增压装置通过无线压力变送器与上位机相连接，并将压力信号实时上传至上位机；还设置有与上位机相连接的超声波监测装置和摄像装置，对试样4进行实时监测；超声波监测装置包括安装在所述的试样4上的超声波监测探头5和非金属超声波检测仪。通过安装在承载框架I上的增压装置对试样4进行加载，结构简单、轻便，便于搬运、移动，并且能够长时间保持应变恒定，方便对试样4进行应力松弛的研宄，还可实现岩石松弛状态下再加载试验；此外，本岩石应力松弛试验装置还设置有超声波监测装置和摄像装置，可实现岩石应力的近程、远程测试和监测，还能对试验全程实时监测，并将监测数据上传至上位机进行分析。
[0023]具体的:如图1~3所示:该岩石应力松弛试验装置包括承载框架I和承载框架I上的增压装置，增压装置设置在承载框架I上部，对试样4施加位移载荷。
[0024]承载框架I包括顶部承载板101、底部承载板102以及顶部承载板101和底部承载板102之间的立柱103。顶部承载板101和底部承载板102为大小相同的正方形板。立柱103有四根，分别靠近顶部承载板101和底部承载板102的四个角设置，立柱103的两端分别与顶部承载板101和底部承载板102固定连接。增压装置设置在顶部承载板101中部。
[0025]增压装置通过无线压力变送器与上位机相连接，将压力信号上传至上位机，对试样4的载荷进行实时监测。上位机为计算机。
[0026]该岩石应力松弛试验装置还设置有与上位机相连接的超声波监测装置和摄像装置，可实现对试样4近程、远程、全程实时监测，还能对试验全程实时监测，得到恒定变形条件下应力松弛全程的超声波波形变化和全程试样4的变化图像。
[0027]增压装置包括液压千斤顶2和手动液压泵。液压千斤顶2通过外接管路与手动液压泵相连通，通过手动液压泵提供液压油给液压千斤顶2，使液压千斤顶2能够给试样4施加逐级位移载荷。
[0028]液压千斤顶2的底座固定在顶部承载板101中部，液压千斤顶2倒置设置。
[0029]手动液压泵上安装无线压力变送器，上位机上安装有接收器，将手动液压泵的压力实时上传至上位机，并通过上位机中的软件进行压力数据的显示、记录和统计分析，实现岩石应力随时间变化的长期监测。
[0030]超声波监测装置包括非金属超声波检测仪和超声波监测探头5。超声波监测探头5通过夹子安装在试样4的左右两侧上。非金属超声波检测仪的信号输入端口与超 声波监测探头5相连接，非金属超声波检测仪的信号输出端口与上位机相连，非金属超声波检测仪通过超声波监测探头5对试样4进行超声波监测，得到超声波波形数据，并上传至上位机。
[0031]摄像装置包括摄像机，摄像机安装在试样4的前侧或后侧，记录试验全程试样4的变化图像并图像上传至上位机。
[0032]如图4所示:一种利用上述岩石应力松弛试验装置的岩石应力松弛试验方法，包括如下步骤:
步骤I，放置试样4在承载框架I上增压装置的正下方；
取长方体的岩石试样4，并将试样4放置在承载框架I上液压千斤顶2的正下方，试样4的上方设有加载板3，加载板3与试样4的长度和宽度分别相等。加载板3能够使试样4的受载面受力均匀。加载板3的长度和宽度还可以分别大于试样4的长度和宽度。
[0033]步骤2，上位机和压力变送器通信，对试样4受到的压力实时监测；
将压力变送器的接收器与上位机连接好，实现上位机与无线压力变送器的实时通讯，将手动液压泵的压力上传至上位机中，实现岩石应力随时间变化的长期监测。
[0034]步骤3，增压装置加压至与试样4的上表面紧密接触；
通过手动液压泵的手动杆给液压千斤顶2施加液压油，液压千斤顶2行程启动，当液压千斤顶2的活塞紧密接触加载板3上表面时，通过手动杆停止给液压千斤顶2停止施加液压油，既停止施加位移载荷。
[0035]步骤4，超声波监测装置对试样4进行实时超声波监测，得到超声波波形数据并上传至上位机；摄像装置记录试样4变化的图像数据并上传至上位机；
在试样4的左右方向的中部涂抹耦合剂并安装超声波监测探头5，超声波监测探头5与非金属超声波检测仪相连接，开启仪器，开始对试样4进行实时超声波监测，得到超声波波形数据，并上传至上位机；在试样4的正前方安置摄像机，开机记录试样4变化情况的图像数据，并将图像数据上传至上位机。
[0036]摄像机还可以安装在试样4的正后方。超声波监测探头5还可以安装在试样4的前后方向两个侧面的中部；此时摄像机安装在试样4的左侧或右侧。
[0037]步骤5，增压装置对试样4施加位移载荷至预定载荷；
通过手动液压泵手动杆给液压千斤顶2施加液压油，通过液压千斤顶2对试样4施加竖直方向的位移载荷，当达到预定载荷后，通过手动杆停止给液压千斤顶2停止施加液压油，既停止施加位移载荷。
[0038]步骤6，预定时间内试样4的位移载荷不变，监测记录全程的压力、超声波波形及图像数据；
根据研宄需要设定一个预定的时间，在预定的时间内保持手动液压泵的压力不变，既试样4的位移载荷不变，并通过上位机、非金属超声波检测仪和摄像机分别监测记录全程的压力、超声波波形及图像数据，并上传至上位机。
[0039]步骤7，上位机分析监测到的压力随时间的变化关系，绘制应力-时间曲线。
[0040]通过上位机分析压力随时间的变化关系，绘制应力-时间曲线，即试样松弛特性曲线。应力即为压力与压力作用面的面积的比值。
[0041]根据研宄目的的不同，步骤6还可以是在预定时间内保持位移载荷不变后继续施加预定位移载荷，达到预定位移载荷后继续在预定时间内保持位移载荷不变，并循环进行，监测记录全程的压力、超声波波形及图形数据。
[0042]如图5所示:该应力松弛曲线中试样4的应力随着时间的延长逐渐减小，且减小的速度越来越慢。
[0043]通过分析本应力松弛曲线，可深入了解长期载荷作用下岩石力学性质的衰减规律，为岩石工程的长期稳定与安全运营提供科学依据，同时也有助于丰富和完善岩石力学理论的研宄，尤其对于岩石流变力学理论。此外，也是用以解释和分析地质构造运动现象和进行岩体工程长期稳定性预测的重要依据。
[0044]岩石松弛特性与蠕变特性决定了软岩巷道支护与围岩相互作用的演变机制和过程，弄清岩石松弛特性无疑对进一步正确认识和捷达不同类型巷道支护(加固)的对象、围岩稳定条件、支护(加固)与围岩相互作用的机制、各种支护(加固)技术优化选择设计方法等根本性问题提供重要的理论基础，具有重要的理论研宄意义。
[0045]在巷道开挖过程中普遍存在岩石的卸荷松弛过程，目前并没有建立起综合反映应力和时间关系的理论模型，通过岩石应力松弛试验，研宄岩石应力随时间的变化规律，有助于理论模型的建立。试验中得到不同应力水平下典型岩石类材料试件松弛特性曲线，建立岩石松弛曲线模型，对深井巷道支护研宄提供理论依据。
[0046]以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。
【主权项】
1.岩石应力松弛试验装置，包括承载框架(I)和承载框架(I)上的增压装置，其特征在于:所述的增压装置设置在承载框架(I)上部，试样(4)安装在承载框架(I)上增压装置的下方，增压装置通过无线压力变送器与上位机相连接，并将压力信号实时上传至上位机；还设置有与上位机相连接的超声波监测装置和摄像装置，对试样(4)进行实时监测；超声波监测装置包括安装在所述的试样(4)上的超声波监测探头(5)和非金属超声波检测仪。2.根据权利要求1所述的岩石应力松弛试验装置，其特征在于:所述的承载框架(I)包括顶部承载板(101)、底部承载板(102)以及顶部承载板(101)和底部承载板(102)之间的立柱(103)，所述增压装置设置在顶部承载板(101)中部，所述试样(4)安装在底部承载板(102)中部。3.根据权利要求1所述的岩石应力松弛试验装置，其特征在于:所述的增压装置包括液压千斤顶(2)和手动液压泵，手动液压泵通过管路与液压千斤顶(2)相连通。4.一种利用权利要求1~3任一项所述的岩石应力松弛试验装置的试验方法，其特征在于:包括如下步骤: 步骤a，放置试样(4)在承载框架(I)上增压装置的正下方； 步骤b，上位机和压力变送器通信，对试样(4)受到的压力实时监测； 步骤C，增压装置加压至与试样(4)的上表面紧密接触； 步骤d，超声波监测装置对试样(4)进行实时超声波监测，得到超声波波形数据并上传至上位机；摄像装置记录试样(4)变化的图像数据并上传至上位机； 步骤e，增压装置对试样(4)施加位移载荷至预定载荷； 步骤f，预定时间内试样(4)的位移载荷不变，监测记录全程的压力数据 步骤g，上位机分析监测到的压力随时间的变化关系，绘制应力-时间曲线。5.根据权利要求4所述的试验方法，其特征在于:步骤a中所述的试样(4)和所述的增压装置之间设有加载板(3)。6.根据权利要求4所述的试验方法，其特征在于:步骤d中所述的摄像装置和超声波监测装置的检测方向相互垂直。7.根据权利要求4所述的试验方法，其特征在于:步骤d中所述的超声波监测装置和试样(4 )之间设有耦合剂。
【专利摘要】岩石应力松弛试验装置及试验方法，属于矿业和岩土工程的试验检测监测技术领域。其特征在于：所述的增压装置设置在承载框架（1）上部，试样（4）安装在承载框架（1）上增压装置的下方，增压装置通过无线压力变送器与上位机相连接，并将压力信号实时上传至上位机；还设置有与上位机相连接的超声波监测装置和摄像装置，对试样（4）进行实时监测；超声波监测装置包括安装在所述的试样（4）上的超声波监测探头（5）和非金属超声波检测仪。本发明的岩石应力松弛试验装置能够长时间保持应变恒定、可实现岩石松弛状态下再加载试验；试验方法操作简单，为巷道、隧道围岩稳定及控制研究提供理论依据。
【IPC分类】G01N3/12
【公开号】CN104897473
【申请号】CN201510376658
【发明人】张晓君, 林芊君
【申请人】山东理工大学
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年7月1日
【技术领域】
[0001]岩石应力松弛试验装置及试验方法，属于矿业和岩土工程的试验检测监测技术领域。
【背景技术】
[0002]矿山井下存在围岩片帮、顶板冒落、突水及岩爆动力灾害等危险，其对工作人员和设备构成了直接威胁，而且影响工程进度，还能造成支护失效，甚至地震。随着开采深度的不断增加，围岩破坏频度和强度越来越高，工程灾害日益严重，安全问题亟待解决。
[0003]岩石流变特性是岩石力学的一个重要分支，其中，蠕变和应力松弛为其研宄的2个重要方面，同时也是岩石流变试验中最常用的两种观测参数。工程中，岩石的蠕变和应力松弛特性直接与岩石的长期强度和岩体工程的长期稳定相关联。蠕变和应力松弛往往不是单独存在，两种流变机制共同影响着岩石的力学特性，两者之间互成联系，蠕变的发展促进了应力的松弛，应力松弛过程中应力的下降降低了蠕变发展的应力条件，从蠕变的角度对岩石流变的研宄已取得了比较丰硕的成果，相比而言，应力松弛试验要求仪器具有长时间保持应变恒定的性能，试验技术难度较大，目前这方面开展的研宄还不多，发表的研宄成果相对较少，也没有专门用于岩石应力松弛试验的试验系统。随着采矿工程向深部的推进，使岩石应力已接近或处于岩石(岩体)的破坏强度，围岩的松弛特性对外界的扰动变得很敏感，围岩的松弛特性问题异常突出。
【发明内容】
[0004]本发明要解决的技术问题是:克服现有技术的不足，提供一种结构简单、能够长时间保持应变恒定、可实现岩石松弛状态下再加载试验、并对试样实时监测的岩石应力松弛试验装置及试验方法。
[0005]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:该岩石应力松弛试验装置，包括承载框架和承载框架上的增压装置，其特征在于:所述的增压装置设置在承载框架上部，试样安装在承载框架上增压装置的下方，增压装置通过无线压力变送器与上位机相连接，并将压力信号实时上传至上位机；还设置有与上位机相连接的超声波监测装置和摄像装置，对试样进行实时监测；超声波监测装置包括安装在所述的试样上的超声波监测探头和非金属超声波检测仪。
[0006]优选的，所述的承载框架包括顶部承载板、底部承载板以及顶部承载板和底部承载板之间的立柱，所述增压装置设置在顶部承载板中部，所述试样安装在底部承载板中部。
[0007]优选的，所述的增压装置包括液压千斤顶和手动液压泵，手动液压泵通过管路与液压千斤顶相连通。
[0008]一种利用上述岩石应力松弛试验装置的岩石应力松弛试验方法，其特征在于:包括如下步骤:
步骤a，放置试样在承载框架上增压装置的正下方； 步骤b，上位机和压力变送器通信，对试样受到的压力实时监测；
步骤C，增压装置加压至与试样的上表面紧密接触；
步骤d，超声波监测装置对试样进行实时超声波监测，得到超声波波形数据并上传至上位机；摄像装置记录试样变化的图像数据并上传至上位机；
步骤e，增压装置对试样施加位移载荷至预定载荷；
步骤f，预定时间内试样的位移载荷不变，监测记录全程的压力数据；
步骤g，上位机分析监测到的压力随时间的变化关系，绘制应力-时间曲线。
[0009]优选的，步骤a中所述的试样和所述的增压装置之间设有加载板。
[0010]优选的，步骤d中所述的摄像装置和超声波监测装置的检测方向相互垂直。
[0011]优选的，步骤d中所述的超声波监测装置和试样之间设有耦合剂。
[0012]与现有技术相比，本发明的岩石应力松弛试验装置及试验方法所具有的有益效果是:
1、本岩石应力松弛试验装置通过安装在承载框架上的增压装置对试样进行加载，结构简单、轻便，便于搬运、移动，并且能够长时间保持应变恒定，方便对试样进行应力松弛的研宄，还可实现岩石松弛状态下再加载试验；增压装置通过无线压力变送器与上位机通信，使上位机和增压装置摆脱了距离的限制；此外，本岩石应力松弛试验装置还设置有超声波监测装置和摄像装置，可实现岩石应力的近程、远程和全程的实时监测，并将监测数据上传至上位机进行分析。
[0013]2、增压装置通过液压千斤顶对试样进行加载，能够加载很大吨位，且液压千斤顶油缸的行程大，可以施加很大的位移载荷；液压千斤顶通过手动液压泵控制，控制简单。
[0014]3、本岩石应力松弛试验方法操作简单，通过上位机实时采集和显示监测数据并绘制图形与分析，实现了近程、远程和全程的实时监测、并且试验结果真实可靠；试验中得到不同压力水平下典型岩石类材料试件松弛特性曲线，然后采用先进的分析方法建立岩石松弛模型，为巷道、隧道围岩稳定及控制研宄提供理论依据。
【附图说明】
[0015]图1为岩石应力松弛试验装置的结构示意图。
[0016]图2为岩石应力松弛试验装置的主视示意图。
[0017]图3为岩石应力松弛试验装置的连接图。
[0018]图4为岩石应力松弛试验方法的流程图。
[0019]图5为应力松弛曲线。
[0020]图中:1、承载框架101、顶部承载板102、底部承载板103、立柱2、液压千斤顶3、加载板4、试样5、超声波监测探头。
【具体实施方式】
[0021]图1~5是本发明的最佳实施例，下面结合附图1~5对本发明做进一步说明。
[0022]一种岩石应力松弛试验装置，包括承载框架I和承载框架I上的增压装置，增压装置设置在承载框架I上部，试样4安装在承载框架I上增压装置的下方，增压装置通过无线压力变送器与上位机相连接，并将压力信号实时上传至上位机；还设置有与上位机相连接的超声波监测装置和摄像装置，对试样4进行实时监测；超声波监测装置包括安装在所述的试样4上的超声波监测探头5和非金属超声波检测仪。通过安装在承载框架I上的增压装置对试样4进行加载，结构简单、轻便，便于搬运、移动，并且能够长时间保持应变恒定，方便对试样4进行应力松弛的研宄，还可实现岩石松弛状态下再加载试验；此外，本岩石应力松弛试验装置还设置有超声波监测装置和摄像装置，可实现岩石应力的近程、远程测试和监测，还能对试验全程实时监测，并将监测数据上传至上位机进行分析。
[0023]具体的:如图1~3所示:该岩石应力松弛试验装置包括承载框架I和承载框架I上的增压装置，增压装置设置在承载框架I上部，对试样4施加位移载荷。
[0024]承载框架I包括顶部承载板101、底部承载板102以及顶部承载板101和底部承载板102之间的立柱103。顶部承载板101和底部承载板102为大小相同的正方形板。立柱103有四根，分别靠近顶部承载板101和底部承载板102的四个角设置，立柱103的两端分别与顶部承载板101和底部承载板102固定连接。增压装置设置在顶部承载板101中部。
[0025]增压装置通过无线压力变送器与上位机相连接，将压力信号上传至上位机，对试样4的载荷进行实时监测。上位机为计算机。
[0026]该岩石应力松弛试验装置还设置有与上位机相连接的超声波监测装置和摄像装置，可实现对试样4近程、远程、全程实时监测，还能对试验全程实时监测，得到恒定变形条件下应力松弛全程的超声波波形变化和全程试样4的变化图像。
[0027]增压装置包括液压千斤顶2和手动液压泵。液压千斤顶2通过外接管路与手动液压泵相连通，通过手动液压泵提供液压油给液压千斤顶2，使液压千斤顶2能够给试样4施加逐级位移载荷。
[0028]液压千斤顶2的底座固定在顶部承载板101中部，液压千斤顶2倒置设置。
[0029]手动液压泵上安装无线压力变送器，上位机上安装有接收器，将手动液压泵的压力实时上传至上位机，并通过上位机中的软件进行压力数据的显示、记录和统计分析，实现岩石应力随时间变化的长期监测。
[0030]超声波监测装置包括非金属超声波检测仪和超声波监测探头5。超声波监测探头5通过夹子安装在试样4的左右两侧上。非金属超声波检测仪的信号输入端口与超 声波监测探头5相连接，非金属超声波检测仪的信号输出端口与上位机相连，非金属超声波检测仪通过超声波监测探头5对试样4进行超声波监测，得到超声波波形数据，并上传至上位机。
[0031]摄像装置包括摄像机，摄像机安装在试样4的前侧或后侧，记录试验全程试样4的变化图像并图像上传至上位机。
[0032]如图4所示:一种利用上述岩石应力松弛试验装置的岩石应力松弛试验方法，包括如下步骤:
步骤I，放置试样4在承载框架I上增压装置的正下方；
取长方体的岩石试样4，并将试样4放置在承载框架I上液压千斤顶2的正下方，试样4的上方设有加载板3，加载板3与试样4的长度和宽度分别相等。加载板3能够使试样4的受载面受力均匀。加载板3的长度和宽度还可以分别大于试样4的长度和宽度。
[0033]步骤2，上位机和压力变送器通信，对试样4受到的压力实时监测；
将压力变送器的接收器与上位机连接好，实现上位机与无线压力变送器的实时通讯，将手动液压泵的压力上传至上位机中，实现岩石应力随时间变化的长期监测。
[0034]步骤3，增压装置加压至与试样4的上表面紧密接触；
通过手动液压泵的手动杆给液压千斤顶2施加液压油，液压千斤顶2行程启动，当液压千斤顶2的活塞紧密接触加载板3上表面时，通过手动杆停止给液压千斤顶2停止施加液压油，既停止施加位移载荷。
[0035]步骤4，超声波监测装置对试样4进行实时超声波监测，得到超声波波形数据并上传至上位机；摄像装置记录试样4变化的图像数据并上传至上位机；
在试样4的左右方向的中部涂抹耦合剂并安装超声波监测探头5，超声波监测探头5与非金属超声波检测仪相连接，开启仪器，开始对试样4进行实时超声波监测，得到超声波波形数据，并上传至上位机；在试样4的正前方安置摄像机，开机记录试样4变化情况的图像数据，并将图像数据上传至上位机。
[0036]摄像机还可以安装在试样4的正后方。超声波监测探头5还可以安装在试样4的前后方向两个侧面的中部；此时摄像机安装在试样4的左侧或右侧。
[0037]步骤5，增压装置对试样4施加位移载荷至预定载荷；
通过手动液压泵手动杆给液压千斤顶2施加液压油，通过液压千斤顶2对试样4施加竖直方向的位移载荷，当达到预定载荷后，通过手动杆停止给液压千斤顶2停止施加液压油，既停止施加位移载荷。
[0038]步骤6，预定时间内试样4的位移载荷不变，监测记录全程的压力、超声波波形及图像数据；
根据研宄需要设定一个预定的时间，在预定的时间内保持手动液压泵的压力不变，既试样4的位移载荷不变，并通过上位机、非金属超声波检测仪和摄像机分别监测记录全程的压力、超声波波形及图像数据，并上传至上位机。
[0039]步骤7，上位机分析监测到的压力随时间的变化关系，绘制应力-时间曲线。
[0040]通过上位机分析压力随时间的变化关系，绘制应力-时间曲线，即试样松弛特性曲线。应力即为压力与压力作用面的面积的比值。
[0041]根据研宄目的的不同，步骤6还可以是在预定时间内保持位移载荷不变后继续施加预定位移载荷，达到预定位移载荷后继续在预定时间内保持位移载荷不变，并循环进行，监测记录全程的压力、超声波波形及图形数据。
[0042]如图5所示:该应力松弛曲线中试样4的应力随着时间的延长逐渐减小，且减小的速度越来越慢。
[0043]通过分析本应力松弛曲线，可深入了解长期载荷作用下岩石力学性质的衰减规律，为岩石工程的长期稳定与安全运营提供科学依据，同时也有助于丰富和完善岩石力学理论的研宄，尤其对于岩石流变力学理论。此外，也是用以解释和分析地质构造运动现象和进行岩体工程长期稳定性预测的重要依据。
[0044]岩石松弛特性与蠕变特性决定了软岩巷道支护与围岩相互作用的演变机制和过程，弄清岩石松弛特性无疑对进一步正确认识和捷达不同类型巷道支护(加固)的对象、围岩稳定条件、支护(加固)与围岩相互作用的机制、各种支护(加固)技术优化选择设计方法等根本性问题提供重要的理论基础，具有重要的理论研宄意义。
[0045]在巷道开挖过程中普遍存在岩石的卸荷松弛过程，目前并没有建立起综合反映应力和时间关系的理论模型，通过岩石应力松弛试验，研宄岩石应力随时间的变化规律，有助于理论模型的建立。试验中得到不同应力水平下典型岩石类材料试件松弛特性曲线，建立岩石松弛曲线模型，对深井巷道支护研宄提供理论依据。
[0046]以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。
【主权项】
1.岩石应力松弛试验装置，包括承载框架(I)和承载框架(I)上的增压装置，其特征在于:所述的增压装置设置在承载框架(I)上部，试样(4)安装在承载框架(I)上增压装置的下方，增压装置通过无线压力变送器与上位机相连接，并将压力信号实时上传至上位机；还设置有与上位机相连接的超声波监测装置和摄像装置，对试样(4)进行实时监测；超声波监测装置包括安装在所述的试样(4)上的超声波监测探头(5)和非金属超声波检测仪。2.根据权利要求1所述的岩石应力松弛试验装置，其特征在于:所述的承载框架(I)包括顶部承载板(101)、底部承载板(102)以及顶部承载板(101)和底部承载板(102)之间的立柱(103)，所述增压装置设置在顶部承载板(101)中部，所述试样(4)安装在底部承载板(102)中部。3.根据权利要求1所述的岩石应力松弛试验装置，其特征在于:所述的增压装置包括液压千斤顶(2)和手动液压泵，手动液压泵通过管路与液压千斤顶(2)相连通。4.一种利用权利要求1~3任一项所述的岩石应力松弛试验装置的试验方法，其特征在于:包括如下步骤: 步骤a，放置试样(4)在承载框架(I)上增压装置的正下方； 步骤b，上位机和压力变送器通信，对试样(4)受到的压力实时监测； 步骤C，增压装置加压至与试样(4)的上表面紧密接触； 步骤d，超声波监测装置对试样(4)进行实时超声波监测，得到超声波波形数据并上传至上位机；摄像装置记录试样(4)变化的图像数据并上传至上位机； 步骤e，增压装置对试样(4)施加位移载荷至预定载荷； 步骤f，预定时间内试样(4)的位移载荷不变，监测记录全程的压力数据 步骤g，上位机分析监测到的压力随时间的变化关系，绘制应力-时间曲线。5.根据权利要求4所述的试验方法，其特征在于:步骤a中所述的试样(4)和所述的增压装置之间设有加载板(3)。6.根据权利要求4所述的试验方法，其特征在于:步骤d中所述的摄像装置和超声波监测装置的检测方向相互垂直。7.根据权利要求4所述的试验方法，其特征在于:步骤d中所述的超声波监测装置和试样(4 )之间设有耦合剂。
【专利摘要】岩石应力松弛试验装置及试验方法，属于矿业和岩土工程的试验检测监测技术领域。其特征在于：所述的增压装置设置在承载框架（1）上部，试样（4）安装在承载框架（1）上增压装置的下方，增压装置通过无线压力变送器与上位机相连接，并将压力信号实时上传至上位机；还设置有与上位机相连接的超声波监测装置和摄像装置，对试样（4）进行实时监测；超声波监测装置包括安装在所述的试样（4）上的超声波监测探头（5）和非金属超声波检测仪。本发明的岩石应力松弛试验装置能够长时间保持应变恒定、可实现岩石松弛状态下再加载试验；试验方法操作简单，为巷道、隧道围岩稳定及控制研究提供理论依据。
【IPC分类】G01N3/12
【公开号】CN104897473
【申请号】CN201510376658
【发明人】张晓君, 林芊君
【申请人】山东理工大学
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年7月1日
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