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原文传递一种岩石试样块单侧围压施加装置及围压施加方法

专利名称：	一种岩石试样块单侧围压施加装置及围压施加方法
摘要：	一种岩石试样块单侧围压施加装置及围压施加方法，包括加载侧板、螺栓、导热块、加热元件；对所述加载侧板对称设置于岩石试样块的加载侧面；一对所述加载侧板的左右两端利用所述螺栓进行紧固；所述导热块与所述螺栓接触，所述加热元件插入所述导热块内；所述导热块的热量传导至所述螺栓使得所述螺栓伸长而旋进所述螺母，所述螺栓冷却后收缩以拉紧所述加载侧板，使得所述加载侧板向所述岩石试样块施加围压；以及与一种岩石试样块单侧围压施加装置配合使用的围压施加方法。本发明结构简单、经济实用、便于安装、操作方便，且满足工程测试精度要求，适用于诸如大埋深隧道环境下TBM掘进刀具破岩机理等深部岩层的研究领域。
专利类型：	发明专利
申请人：	湘潭大学
发明人：	张魁;刘海成;彭赐彩;刘艳玲;何仕海;郭龙
专利状态：	有效
申请日期：	1900-01-20T21:00:00+0805
发布日期：	1900-01-20T19:00:00+0805
申请号：	CN202010204568.0
公开号：	CN111175162A
分类号：	G01N3/58;G01N3/02;G;G01;G01N;G01N3;G01N3/58;G01N3/02
申请人地址：	411105 湖南省湘潭市雨湖区羊牯塘街道湘潭大学
主权项：	1.一种岩石试样块单侧围压施加装置，包括加载侧板、螺栓、导热块、加热元件，其特征在于：一对加载侧板对称设置于岩石试样块的加载侧面；一对加载侧板的左右两端利用螺栓进行紧固；导热块与螺栓接触，加热元件插入导热块内；导热块的热量传导至螺栓使得螺栓伸长而旋进螺母，螺栓冷却后收缩以拉紧加载侧板，使得加载侧板向岩石试样块施加围压。 2.根据权利要求1所述的岩石试样块单侧围压施加装置，还包括第一侧板、第二侧板、夹块，其特征在于：第一侧板和第二侧板分别正对于岩石试样块的两个相互相对的自由侧面设置；一对加载侧板上靠近第一侧板的一端开设有矩形切口，一对加载侧板靠近第二侧板的一侧表面上均开设有导向孔；第二侧板两侧的端面上设置有导向杆，导向杆的轴线与第二侧板的长度方向平行；第一侧板活动地穿过矩形切口；第二侧板的主体部分设置于一对加载侧板之间，且导向杆活动地插入与其正对的导向孔内；第二侧板的长度小于第二侧板的所正对的岩石试样块的自由侧面的宽度；在一对加载侧板的同一侧各设置有夹块；一对加载侧板的左右两端利用螺栓将夹块与加载侧板相互紧贴。 3.根据权利要求2所述的岩石试样块单侧围压施加装置，其特征在于：矩形切口关于加载侧板的水平中间对称面对称；第一侧板的内侧板面与矩形切口的竖直侧壁存在间隙。 4.根据权利要求2所述的岩石试样块单侧围压施加装置，其特征在于：还包括侧板拉紧机构；侧板拉紧机构包括挂钩、蝶形螺母、拉紧螺杆、拉紧杆件；拉紧螺杆为中间粗的阶梯轴杆件，一端设置有六角头，另一端开设有螺纹；一对加载侧板上靠近第二侧板的一端开设有螺杆安装孔，螺杆安装孔布置在加载侧板的水平中间面上，拉紧螺杆开设有螺纹的一端旋入螺杆安装孔后，活动地穿过螺杆安装孔后经由孔插入第二侧板的端面；将拉紧螺杆紧固安装于加载侧板上；拉紧杆件呈“U”字形结构，其两端开有外螺纹；挂钩的连接端垂直固接于拉紧螺杆的大径端上；拉紧杆件的中间端挂设在挂钩的挂钩端上；外露于一对加载侧板外表面的第一侧板两侧表面开设有孔；拉紧杆件的两端活动地穿过第一侧板上的孔，第一侧板和第二侧板可靠地紧贴于岩石试样块的自由侧面。 5.与权利要求1至4中任意一项所述的岩石试样块单侧围压施加装置配合使用的一种围压施加方法，其特征在于，包含如下步骤：步骤一：利用地质勘探调研、理论计算、数值仿真分析公知手段，预测获得TBM所在掘进地层的地应力σ的范围，即地应力最大值σmax和地应力最小值σmin；步骤二：基于钢材热变形理论、数值仿真分析的公知手段，计算获得满足最大围压加载能力、螺栓最高许用加热温度和螺栓许用连接强度的螺栓危险横截面最小许可直径dmin，获得实际可选用的螺栓危险横截面直径d的取值范围；步骤三：合理选用螺栓型号规格；根据实际选用螺栓的危险横截面直径d以及设定的待模拟围压值σ，预测获得该螺栓设定加热温度T；步骤四：室温T0下，岩石试样块的上部两侧借助螺栓和螺母的配合被加载侧板初步夹紧，完成初步紧固装配；加热螺栓至螺栓设定加热温度T，再次拧紧螺母后再冷却至室温T0，以使得岩石试样块加载侧面的围压水平理论上可达到待模拟围压值σ。 6.根据权利要求5所述的围压施加方法，其步骤一中，采用下式预测垂直地应力σv1和σv2的范围，得出地应力最大值σmax和地应力最小值σmin：式中，σhmax和σhmin分别为实测最大水平地应力和实测最小水平地应力；该区域内水平地应力σh与垂直地应力σv之比为k，其值实测范围为kmax∈(1.25，2.20)，kmin∈(0.6，1.25)。 7.根据权利要求5所述的围压施加方法，其步骤一中，还可以采用下式计算出垂直地应力σv： σv＝γH 式中，γ为岩体密度，H为隧道埋深；再借助该区域内水平地应力σh与垂直地应力σv之比k，利用下式估算出水平地应力σh： σh＝kσv 再由σv和σh估算出地应力的范围。 8.根据权利要求5所述的围压施加方法，其步骤二中，根据钢材线性热膨胀变形理论来推导获得实际可选用的螺栓危险横截面直径d的取值范围，其公式为：式中，A为加载侧板与岩石试样块的接触面积，n为螺栓根数，E为螺栓材料的弹性模量，α为螺栓的热膨胀系数，ΔTmax为螺栓最大许可温升值，S为安全系数，σs螺栓材料的屈服极限。 9.根据权利要求8所述的围压施加方法，其步骤三中，根据钢材线性热膨胀变形理论来推导获得螺栓设定加热温度T，其公式为： 10.根据权利要求9所述的围压施加方法，其步骤四中，初步紧固装配时螺栓预紧力Ft0不超过螺栓标准预紧力值的1/20；再次拧紧螺母时的预紧扭矩值大小同初步紧固装配时，螺栓危险横截面直径d的取值范围，其推导公式修正为：步骤三中螺栓设定加热温度T，其推导公式修正为：
所属类别：	发明专利