一種實時采集煤巖體端面各點垂直應(yīng)力的承壓板的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及煤巖體端面應(yīng)力的測試裝置，特別涉及一種實時采集煤巖體端面各點垂直應(yīng)力的承壓板。
【背景技術(shù)】
[0002]在巖土工程和采礦工程領(lǐng)域，了解巖石或煤體的力學(xué)性能是進(jìn)行后續(xù)工程的大前提之一，只有在充分掌握巖石各項力學(xué)參數(shù)之后，才能充分評估工程實施的可能性并對其進(jìn)行指導(dǎo)?？偹苤?，巖石是具備天然缺陷的非均質(zhì)物質(zhì)，其各項力學(xué)指標(biāo)需要將現(xiàn)場和實驗室評估測試結(jié)合起來才能得到準(zhǔn)確科學(xué)的界定。當(dāng)前技術(shù)條件下對其力學(xué)性能的測試多在實驗室開展進(jìn)行，根據(jù)國際巖石力學(xué)學(xué)會達(dá)成的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，其常見的測試方法有單軸壓縮法、三軸壓縮法、以及巴西劈裂法。其中單軸壓縮試驗多用于測定巖石試件在單軸壓力條件下的軸向及徑向(橫向)應(yīng)變值，并進(jìn)一步計算出巖石的彈性模量和泊松比，操作簡單，結(jié)果可靠，耗時較短，故單軸壓縮試驗在巖石力學(xué)性能測定方面的應(yīng)用極為廣泛并被國際同行認(rèn)可。
[0003]近年來，聲發(fā)射測試技術(shù)在巖石力學(xué)性能測定方面也扮演了重要的角色，聲發(fā)射技術(shù)能較好地探測并反演巖石破壞過程中內(nèi)部裂隙擴(kuò)展、延伸、交匯的規(guī)律，其得出的規(guī)律可與單軸壓縮實驗得出的規(guī)律相互配合以提高測試結(jié)果的準(zhǔn)確性，這些應(yīng)用在巖石試件的內(nèi)部損傷機(jī)制方面顯得尤為重要和廣泛。聲發(fā)射測試技術(shù)和單軸壓縮實驗相互結(jié)合可以獲知巖石試件破壞過程中的裂紋閉合應(yīng)力閾值、起裂應(yīng)力閾值、損傷擴(kuò)容應(yīng)力閾值以及峰值應(yīng)力閾值，同時基于聲發(fā)射具備損傷源定位的特點，這項技術(shù)可精準(zhǔn)定位巖石試件內(nèi)部破壞的起源位置和擴(kuò)展軌跡。
[0004]然而，聲發(fā)射技術(shù)和單軸壓縮試驗也受到一定的局限性。這種局限性主要表現(xiàn)在兩方面:一是單軸壓縮造成的應(yīng)力集中，這種應(yīng)力集中在巖石試件整個端面上都有所體現(xiàn)，但是主要集中在巖石試件的中心軸附件，從而造成端部應(yīng)力的不均勻分布情形，而且在逼近峰值應(yīng)力時，此處的應(yīng)力甚至?xí)哂谠嚇釉紗屋S抗壓強(qiáng)度，這大大干擾了巖石試樣力學(xué)參數(shù)輸出的精確性。主要原因是巖石試件的橫向變形在很大程度上受試驗機(jī)上下承壓臺的影響，尤其是上下端面。端面和承壓臺之間的軸向壓力和橫向摩阻力效應(yīng)致使試件原本應(yīng)體現(xiàn)出來的橫向變形被限制，從而引發(fā)應(yīng)力集中，這種應(yīng)力集中越靠近試件軸部則體現(xiàn)地越為明顯。第二個方面是對聲發(fā)射的干擾，事實上合理的情形是:在單軸壓縮實驗的前期是很少有聲發(fā)射試件被檢測出來的。但是正是由于端面摩擦效應(yīng)，端面上的巖石微顆粒與承壓臺之間將發(fā)生滾動、旋轉(zhuǎn)和破碎，這些微小事件將被認(rèn)為是巖石自身聲發(fā)射信號并被捕獲，從而在無形中嚴(yán)重干擾聲發(fā)射檢測的精確度。尤其是當(dāng)有聲發(fā)射定位需要時，前期探測的聲發(fā)射源可能集中分布在上下端面位置，這對最終整體的聲發(fā)射源定位將產(chǎn)生極大的誤差干擾。
[0005]因此急需一種適應(yīng)性強(qiáng)、技術(shù)效果好，能適應(yīng)不同強(qiáng)度的巖石或者煤體，對試樣尺寸要求比較寬泛，能夠消除單軸壓縮過程中試件端面效應(yīng)并能夠?qū)崿F(xiàn)試件端面垂直應(yīng)力的承壓板。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為了克服已有技術(shù)中存在的單軸壓縮造成的應(yīng)力集中，從而造成端部應(yīng)力的不均勻分布情形，進(jìn)而干擾了巖石試樣力學(xué)參數(shù)輸出的精確性，以及對聲發(fā)射的干擾的不足，本發(fā)明提供了一種適應(yīng)性強(qiáng)、技術(shù)效果好，能適應(yīng)不同強(qiáng)度的巖石或者煤體，對試樣尺寸要求比較寬泛，消除了單軸壓縮過程中試件端面效應(yīng)，并能夠?qū)崿F(xiàn)試件端面垂直應(yīng)力的一種實時采集煤巖體端面各點垂直應(yīng)力的承壓板。
[0007]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案是:一種實時采集煤巖體端面各點垂直應(yīng)力的承壓板，主要包括承載柱、承載環(huán)、垂直應(yīng)變片、水平應(yīng)變片、導(dǎo)線和底座，承載柱位于正中部，承載柱外部套有多個承載環(huán)，并且承載柱和承載環(huán)的中心軸線重合，承載環(huán)的數(shù)目能夠根據(jù)所測量巖石試樣的尺寸而相應(yīng)增減，相鄰的承載環(huán)之間有補(bǔ)償空隙，以適應(yīng)試樣端面在壓縮過程中的橫向變形，承載柱和承載環(huán)的中下部開有環(huán)向槽，承載柱和承載環(huán)的環(huán)向槽內(nèi)均分布有水平應(yīng)變片和垂直應(yīng)變片，水平應(yīng)變片和垂直應(yīng)變片均成對分布，并且能夠安裝拆卸，便于更換，以保證每個應(yīng)變片的有效性，應(yīng)變片均連接有導(dǎo)線，能夠?qū)?shù)據(jù)傳出，承載環(huán)的下部一側(cè)開設(shè)有集線槽，用于集中輸出的導(dǎo)線，承載環(huán)的最下端開有水平切槽，集線槽和水平切槽在同一垂直線上，能夠相互吻合將導(dǎo)線輸出，承載柱和承載環(huán)的底端安裝有底座；所述的承載柱的端面直徑為0.5?3 cm，高度為10?15 cm，所述的承載環(huán)的數(shù)量為6?10個，承載環(huán)的環(huán)向端面厚度為0.7?L 5 cm，高度為10?15 cm，所述的補(bǔ)償空隙的寬度為2?4 mm，所述的底座的直徑為14?24 cm，高度為I?2 cm;所述的承載柱和承載環(huán)的外壁上開設(shè)的環(huán)向槽深度為2 _，用以布置全橋應(yīng)變采集系統(tǒng)，所述的垂直應(yīng)變片和水平應(yīng)變片等間距的分布在環(huán)向槽上，并且應(yīng)變片均連接有導(dǎo)線，將數(shù)據(jù)傳出，所述的環(huán)向槽的開槽高度為2?3 cm，集線槽的開槽寬度和高度分別為5 mm和I?1.5 cm,水平切槽的長度和高度分別為2?4 cm和0.5?I cm;導(dǎo)線按照每個承載環(huán)的標(biāo)號依次連接在靜態(tài)電阻應(yīng)變采集系統(tǒng)上。
[0008]本發(fā)明的有益效果:與傳統(tǒng)單軸壓縮實驗中所采用的封閉式承壓板相比較，本發(fā)明提出的一種實時采集煤巖體端面各點垂直應(yīng)力的承壓板具有諸多的優(yōu)點:第一，本發(fā)明提出的承壓板避免了端面效應(yīng)，傳統(tǒng)巖石試樣受壓過程中受到的端面摩阻效應(yīng)被消除，由于各承載環(huán)之間補(bǔ)償空隙對橫向應(yīng)變的補(bǔ)償作用，試樣上各個位置的橫向變形將不再被束縛而變得較為自由；第二，巖石試樣受壓過程中端面各個位置的垂直應(yīng)力都可以得到有效采集，基于此并可繪制出端面垂直應(yīng)力分布云圖，這在傳統(tǒng)單軸壓縮實驗中是不可能實現(xiàn)的，這種端面垂直應(yīng)力的繪制對于煤礦現(xiàn)場中遺留的各種煤柱或沿空留巷充填墻體的應(yīng)力研宄有著極為重要的指導(dǎo)性意義；第三，由于消除了端面的摩阻效應(yīng)，在巖石試驗中使得高精度同步采集聲發(fā)射信號得以實現(xiàn)，尤其是在在初始裂隙萌發(fā)、擴(kuò)展階段，雖然各個承載環(huán)在空間布置上彼此獨立，但是在適應(yīng)巖石試樣橫向變形方面彼此協(xié)調(diào)，有效避免了由于端面摩擦而引發(fā)的干擾性聲發(fā)射信號。
[0009]總體而言，本發(fā)明提出的一種實時采集煤巖體端面各點垂直應(yīng)力的承壓板適應(yīng)性強(qiáng)、技術(shù)效果好，能適應(yīng)不同強(qiáng)度的巖石或者煤體，對試樣尺寸要求比較寬泛，可以為標(biāo)準(zhǔn)圓柱形試樣，也可以為立方體試樣，消除了單軸壓縮過程中試件端面效應(yīng)，并能夠?qū)崿F(xiàn)試件端面垂直應(yīng)力，能夠提供一種更為精準(zhǔn)的巖石力學(xué)測試方案，從而為現(xiàn)場工程實踐做出指導(dǎo)性評價