岩石材料热冲击试验装置及试验方法

本申请涉及热冲击试验，特别涉及一种岩石材料热冲击试验装置及试验方法。

背景技术：

1、在开发利用深部资源的过程中，地下的高温岩体并非一直处于相对稳定的温度下，有时会经历温度的急剧变化，而温度的急剧变化会在岩石中产生热应力并导致热裂纹的萌生和发展，进而影响岩石的物理和力学性质，这一过程即热冲击现象。其中，地下的高温岩体中所发生的热冲击现象能够为深部资源的开采提供便利，例如，热冲击现象所引发的岩体裂缝在深部钻探的过程中能够提高破岩效果，又例如，热冲击现象所引发的岩体裂缝在深部地热开发的过程中能够作为换热通道以提高采热效率。但是，热冲击现象所引发的岩体裂缝可能会导致岩体的劣化，而岩体的劣化会对工程结构的稳定性和服役寿命造成较大影响，从而对岩石工程的安全性造成威胁。因此，对岩石热冲击的研究对于深部资源的开发利用具有重要意义。

2、岩石在热冲击的过程中，岩石内部温度梯度的分布可指示岩石内热量的传递情况，从而能够反映热冲击的作用效果，可作为评估岩石热冲击损伤开裂分布情况和岩石完整性的关键指标，而在上述过程中对岩石内部的温度场进行实时监测则可以得到此过程中岩石内部温度梯度的分布情况和变化规律。但是，由于现有技术中缺乏针对性的试验方法以及相配套的试验装置，目前对于岩石在热冲击的过程中岩石内部温度场的分布情况仍难以通过实验量化表征，这阻碍了人们对岩石热冲击损伤的作用机理的深入了解。

技术实现思路

1、本申请旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本申请提出一种岩石材料热冲击试验装置，能够对岩石试样进行热冲击试验，同时能够在热冲击的过程中对岩石试样内部的温度场进行实时监测，从而获得岩石试样在热冲击的过程中岩石试样内部温度梯度的分布情况和变化规律，有助于人们掌握热冲击在岩石中的致损效果和作用机理。

2、本申请还提出一种应用于上述岩石材料热冲击试验装置的试验方法。

3、根据本申请的第一方面实施例的岩石材料热冲击试验装置，包括：管式炉，包括炉体和沿水平方向穿设于所述炉体内的炉管，所述炉管的一端具有第一连接法兰，所述第一连接法兰处连接有可开启的第一密封法兰，所述炉管的另一端具有第二连接法兰；试样装载机构，包括用于装载岩石试样的支架，所述支架由所述炉管靠近所述第二连接法兰的一端伸入所述炉管内，所述支架靠近所述第二连接法兰的一端设置有第二密封法兰，所述第二密封法兰与所述第二连接法兰可拆卸连接；气体冷却机构，用于通过所述炉管靠近所述第一连接法兰的一端向所述炉管内输送冷却气体；监测装置，包括多个用于插入岩石试样内部的第一热电偶。

4、根据本申请实施例的岩石材料热冲击试验装置，至少具有如下有益效果：试验时，将岩石试样装载于支架上并放入炉管内，随后通过炉体对炉管内的岩石试样进行加热，随后开启第一密封法兰，随后通过气体冷却机构通过炉管靠近第一连接法兰的一端向炉管内输送冷却气体，以对进行炉管内的岩石试样进行热冲击，在此过程中，通过插入岩石试样内部的多个第一热电偶实时监测岩石试样内部的温度场，即可通过分析以获得岩石试样在热冲击的过程中岩石试样内部温度梯度的分布情况和变化规律，有助于人们掌握热冲击在岩石中的致损效果和作用机理。

5、根据本申请的一些实施例，所述第二密封法兰上设置有向下延伸的第一延伸部，所述第一延伸部朝向所述炉体的一侧间隔设置有至少两个沿水平方向延伸的滑杆，所述炉体上设置有用于滑动插设所述滑杆的插接孔，所述第一延伸部背向所述炉体的一侧设置有用于握持的拉手。

6、根据本申请的一些实施例，所述气体冷却机构包括鼓风机和冷却气源，所述鼓风机的出风口朝向所述炉管靠近所述第一连接法兰的一端，所述鼓风机的进风口通过管路连接于所述冷却气源。

7、根据本申请的一些实施例，所述监测装置还包括第二热电偶，所述第二热电偶设置于所述支架上并用于测量岩石试样外表面的温度。

8、根据本申请的一些实施例，所述支架具有用于装载岩石试样的承托槽，所述承托槽的底壁上间隔设置有多个贯穿孔，所述承托槽的底壁上间隔设置有多个凸起的承托部，所述承托部用于承托岩石试样。

9、根据本申请的一些实施例，所述第一密封法兰的一侧铰接于第一连接法兰的一侧，所述第一连接法兰的另一侧铰接有一螺杆，所述螺杆上螺纹连接有螺帽，所述第一密封法兰的另一侧设置有两个上下间隔分布的凸起部，两个所述凸起部配合形成用于嵌设所述螺杆的卡槽，所述螺帽的截面尺寸大于所述卡槽的截面尺寸。

10、根据本申请的一些实施例，所述支架上对应所述炉管靠近所述第一连接法兰的一端设置有位于所述炉管内的第一隔热板，所述支架上对应所述炉管靠近所述第二连接法兰的一端设置有位于所述炉管内的第二隔热板，其中，所述第一隔热板上设置有朝向所述第二隔热板延伸的连接部，所述连接部铰接于所述支架远离所述第二密封法兰的一端，以使所述第一隔热板能够相对所述支架向下摆动，所述第二密封法兰上设置有朝向所述第一隔热板延伸并位于所述支架的下方的第二延伸部，所述第二延伸部为端部开口的管状结构，所述第二延伸部内滑动插设有伸缩部，所述伸缩部用于相对所述第二延伸部滑动至所述连接部的下方以限制所述第一隔热板相对所述支架向下摆动。

11、根据本申请的一些实施例，所述第二密封法兰上设置有用于连通所述炉管内部的排气管道，所述排气管道上设置有开关阀。

12、根据本申请的一些实施例，所述岩石材料热冲击试验装置还包括用于回收冷却气体的回收罐，所述回收罐能够通过管路连接于所述排气管道。

13、根据本申请的第二方面实施例的试验方法，其应用于根据本申请上述第一方面实施例的岩石材料热冲击试验装置，包括以下步骤：

14、制备岩石试样，在岩石试样的端面划分不同直径的圈层，在岩石试样的端面的中心位置以及各个圈层所对应的位置各加工一个钻孔，将多个第一热电偶一一对应地插入多个钻孔内，添加黏着剂以固定第一热电偶；

15、拆卸连接于第二连接法兰的第二密封法兰并取出炉管内的支架，将插设有第一热电偶的岩石试样沿水平方向装载于支架上；

16、将装载有岩石试样的支架装入炉管内，重新将第二密封法兰连接于第二连接法兰，确保第一密封法兰连接于第一连接法兰，打开排气管道上的开关阀；

17、设置加热温度与保温时间，通过炉体加热并保温炉管内的岩石试样；

18、结束岩石试样的加热和保温后，开启第一密封法兰，将回收罐通过管路连接于排气管道；

19、通过气体冷却机构从炉管靠近第一连接法兰的一端向炉管内输送冷却气体，对岩石试样进行热冲击处理；

20、收集并分析试验数据。

21、本申请的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。

技术特征：

1.一种岩石材料热冲击试验装置，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的岩石材料热冲击试验装置，其特征在于，所述第二密封法兰上设置有向下延伸的第一延伸部，所述第一延伸部朝向所述炉体的一侧间隔设置有至少两个沿水平方向延伸的滑杆，所述炉体上设置有用于滑动插设所述滑杆的插接孔，所述第一延伸部背向所述炉体的一侧设置有用于握持的拉手。

3.如权利要求1所述的岩石材料热冲击试验装置，其特征在于，所述气体冷却机构包括鼓风机和冷却气源，所述鼓风机的出风口朝向所述炉管靠近所述第一连接法兰的一端，所述鼓风机的进风口通过管路连接于所述冷却气源。

4.如权利要求1所述的岩石材料热冲击试验装置，其特征在于，所述监测装置还包括第二热电偶，所述第二热电偶设置于所述支架上并用于测量岩石试样外表面的温度。

5.如权利要求1所述的岩石材料热冲击试验装置，其特征在于，所述支架具有用于装载岩石试样的承托槽，所述承托槽的底壁上间隔设置有多个贯穿孔，所述承托槽的底壁上间隔设置有多个凸起的承托部，所述承托部用于承托岩石试样。

6.如权利要求1所述的岩石材料热冲击试验装置，其特征在于，所述第一密封法兰的一侧铰接于第一连接法兰的一侧，所述第一连接法兰的另一侧铰接有一螺杆，所述螺杆上螺纹连接有螺帽，所述第一密封法兰的另一侧设置有两个上下间隔分布的凸起部，两个所述凸起部配合形成用于嵌设所述螺杆的卡槽，所述螺帽的截面尺寸大于所述卡槽的截面尺寸。

7.如权利要求1所述的岩石材料热冲击试验装置，其特征在于，所述支架上对应所述炉管靠近所述第一连接法兰的一端设置有位于所述炉管内的第一隔热板，所述支架上对应所述炉管靠近所述第二连接法兰的一端设置有位于所述炉管内的第二隔热板，其中，所述第一隔热板上设置有朝向所述第二隔热板延伸的连接部，所述连接部铰接于所述支架远离所述第二密封法兰的一端，以使所述第一隔热板能够相对所述支架向下摆动，所述第二密封法兰上设置有朝向所述第一隔热板延伸并位于所述支架的下方的第二延伸部，所述第二延伸部为端部开口的管状结构，所述第二延伸部内滑动插设有伸缩部，所述伸缩部用于相对所述第二延伸部滑动至所述连接部的下方以限制所述第一隔热板相对所述支架向下摆动。

8.如权利要求1至7任一项所述的岩石材料热冲击试验装置，其特征在于，所述第二密封法兰上设置有用于连通所述炉管内部的排气管道，所述排气管道上设置有开关阀。

9.如权利要求8所述的岩石材料热冲击试验装置，其特征在于，所述岩石材料热冲击试验装置还包括用于回收冷却气体的回收罐，所述回收罐能够通过管路连接于所述排气管道。

10.一种试验方法，其特征在于，应用于如权利要求9所述的岩石材料热冲击试验装置，包括以下步骤：

技术总结本申请公开了一种岩石材料热冲击试验装置及试验方法，岩石材料热冲击试验装置包括：管式炉，包括炉体和穿设于炉体内的炉管，炉管的一端具有第一连接法兰，第一连接法兰处连接有可开启的第一密封法兰，炉管的另一端具有第二连接法兰；试样装载机构，包括用于装载岩石试样的支架，支架由炉管靠近第二连接法兰的一端伸入炉管内，支架靠近第二连接法兰的一端设置有第二密封法兰，第二密封法兰与第二连接法兰可拆卸连接；气体冷却机构，用于通过第一连接法兰处向炉管内输送冷却气体；监测装置，包括多个用于插入岩石试样内部的第一热电偶。上述的结构能够对岩石试样进行热冲击试验，同时能够在热冲击的过程中对岩石试样内部的温度场进行实时监测。技术研发人员：李响,胡琛,林厚权,莫冠旺受保护的技术使用者：中山大学技术研发日：技术公布日：2024/9/29