[发明专利]软弱岩土材料的单轴压缩蠕变实验装置及实验方法

说明书

 

技术领域

本发明涉及一种软弱岩土材料蠕变实验装置及实验方法，尤其是一种软弱岩土材料的单轴压缩蠕变实验装置及实验方法。

背景技术

蠕变是指在常值应力的持续作用下，材料变形随时间增长而不断增大的现象。大量的现场实测和室内力学实验研究表明，所有的岩土工程材料都具有一定的蠕变性质，尤其是对于软弱岩石以及含有泥质充填物和夹层破碎带的松散岩体，其蠕变特性更为显著。即使较为坚硬的岩体，当埋藏深度达到一定值、处于高地应力条件下，其蠕变也会达到可观的程度。由于蠕变效应是影响岩土工程长期稳定的重要因素，因此开展软弱岩土材料蠕变特性研究，对工程的设计、施工具有重要的理论意义和工程意义。由于岩土介质通常处于受压状态，因此通过单轴压缩蠕变实验装置来研究岩土介质的压缩蠕变力学特性十分重要。目前，国内外蠕变实验装置的研究现状如下：

《岩石力学与工程学报》1989年第1期介绍了一种多功能岩石三轴流变实验仪，该三轴仪是由稳压器、压力增压柜、恒温干燥箱以及三轴室等主要部分组成，其最大轴向应力可施加到1000MPa，最大围压可施加到200MPa，其特点设备构思新颖、操作简单、造价低廉。但该流变仪主要针对强度较高的硬岩进行流变实验，对强度较低的软弱岩土材料无法进行蠕变实验。

《分析测试仪器通讯》1993年第1期介绍了一种单轴流变仪，该装置采用砝码-杠杆进行加载，具有结构简单易行、造价低廉、性能比较稳定，可通过砝码数量的增减改变加载值，从百分表中读取试件所受压力与流变值。该加载系统易受外界环境干扰，难以提供稳定的荷载值，同时对强度较低的软弱岩土材料达不到蠕变实验精度要求。

《实验技术与实验机》2002年第1、2期介绍了一种岩石双轴流变实验机。该装置是一种功能比较齐全的流变实验机，可进行不同尺寸试件的岩石蠕变和松弛实验，具有液压波动小、出力稳定的特点。但是，该装置最大轴向加载力为500KN力，测量精度为±1%，主要针对强度较高的硬岩进行流变实验，对强度较低的软弱岩土材料无法进行蠕变实验。

《力学与实践》2002年第4期介绍了一种蠕变-松弛耦合实验仪。该装置主要由外框架、测力计、加载转盘及螺栓、传力薄钢板及框架底座等组成，通过旋转螺栓来施加轴向荷载。但是，该实验装置难以消除试件不平整对实验结果所造成的影响，不能线性、准确地施加轴向荷载，操作也非常不方便。同时，该装置对强度较低的软弱岩土材料达不到蠕变实验精度要求。

《岩土力学》2005年第4期介绍了一种岩石全自动流变伺服装置。该装置由加压系统、恒定稳压装置、液压传递系统、压力室装置、水压系统、恒温系统、降温系统以及自动采集系统组成，可实行全计算机控制与分析、操作全自动化，围压可达60MPa，最大偏压可达到200MPa。但是，该实验装置主要针对强度较高的硬岩进行流变实验，对强度较低的软弱岩土材料无法进行蠕变实验。

《长江科学院院报》2006年第4期介绍了一种岩石三轴蠕变实验仪。该装置具有能自动平衡、自动记录、加载精确平稳、自动化程度高的特点。但是，它的造价较高、操作过程复杂，同时其轴向荷载高达2000KN，围压高达50MPa，主要针对强度较高的硬岩进行流变实验，对强度较低的软弱岩土材料无法进行蠕变实验。

《岩石力学与工程学报》2009年第11期介绍了一种三轴流变仪，它由轴向加载部分、围压加载部分、孔隙水加载部分和控制部分组成，最大轴向实验力可达到20KN，精度为0.1%。该装置具有结构简单，稳定性好，精度高的特点，能够很好地研究岩石渗流–应力耦合流变力学特性，但针对强度较低的软弱岩土材料无法进行蠕变实验。

发明内容

本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种结构紧凑，操作方便，价格低廉，量测准确的软弱岩土材料的单轴压缩蠕变实验装置及实验方法。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种软弱岩土材料的单轴压缩蠕变实验装置，包括支撑装置、加卸载装置和量测装置，加载装置设置于支撑装置上面，支撑装置和加卸载装置之间设有材料试件，材料试件上和加卸载装置下部设置有量测装置。

所述支撑装置包括承压板，承压板的四个角上分别设有一承压板定位孔，每个承压板定位孔中均穿过一支撑杆，支撑杆通过调平螺栓固定于承压板定位孔中，支撑杆上部穿过加载装置，加载装置与承压板之间的支撑杆上套有活动柔性保护装置；承压板上部中间位置设有一球面盘。

所述承压板是一块经过精加工的、四个角部均带有一个承压板定位孔的轻质高强度合金矩形板。

所述活动柔性保护装置为上部带有柔性塑料圈的套筒。