CN104133049A - 岩石自由膨胀率测定装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种竹节式高精度岩石自由膨胀率测定装置，由横梁、竹节式支架、强磁铁、纵向位移引伸计、横向位移引伸计、铁底盘六部分组成。上部横梁为普通钢板条，长度由所测试样大小确定；对于尺寸不同的试件，我们只需通过增加或减少竹节式钢柱和磁铁的个数即可轻松调节立柱高度，两条立柱是由若干个相同规格的竹节式钢柱和磁铁相互吸粘组成，牢固地吸附在上下金属平板上，通过纵向引伸计及横向引伸计的位移收敛计测试岩石膨胀率。本装置结构简单，自由灵活，精度高，性能可靠。

Description

岩石自由膨胀率测定装置

技术领域

本发明属于岩石物理力学性能测试技术领域，尤其涉及一种竹节式岩石自由膨胀率测定装置。

背景技术

岩石自由膨胀率是不易崩解的岩石试样在浸水后产生的径向和轴向变形与试样的原直径和高度之百分比。传统的岩石自由膨胀率试验仪结构复杂，对岩石试样的形状和大小有特定的要求，如一般均要求先将所测岩石试样加工成或正方体(圆柱体直径为50～60mm，高度约等于直径；正方体边长为50～60mm)，且要求将试样两端面磨平，而在对标准试件的加工过程中不论采用湿式加工或干式加工，均会对原试样产生一定程度的损伤，进而对其原有的物理力学物性产生一定的影响，所测结果无法真实反映其水理力学特性。同时传统的自由膨胀率试验仪对变形的测量采用千分表人工读数的测量方法，不但精度较差，容易出现人为错误，而且浸水时间与最后读数间还存在一个不同步的问题，不能实现膨胀变形与精确读数的实时同步测量。因此，有必要对现有岩石自由膨胀率试验仪测定装置进行改进，开发出适用于不同试样形状大小的一高精度岩石自由膨胀率测定装置。

发明内容

本发明的目的在于解决上述现有技术存在的缺陷，提供一种对所测岩石试样的尺寸、形状没有特定的要求，且测试精度高的高精度岩石自由膨胀率测定装置。

一种岩石自由膨胀率测定装置，包括底盘，所述底盘上设置有两个横向位移引伸计以及一个可移动并且可调节高度的支架，所述支架包括两个可调节高度的支柱以及设置在两支柱顶端之间的横梁；在横梁上固定有伸缩杆，该伸缩杆上设置有纵向位移引伸计，所述两个横向位移引伸计、一个纵向位移引伸计的测量端分别顶抵在待测岩石试样上，并且均通过数据线与带数据采集卡的电脑连接来分别测量待测岩石的横向膨胀率和纵向膨胀率；所述两个横向位移引伸计通过可调螺丝来调整其测量端的前后位置。

进一步地，如上所述的岩石自由膨胀率测定装置，所述底盘由铁质材料制成；所述可调节高度的支柱由若干个空心竹节式钢柱和磁铁相互吸粘组成，所述支柱的顶部与底部均通过磁铁分别与横梁和底盘连接。

进一步地，如上所述的岩石自由膨胀率测定装置，所述空心竹节式钢柱的端部设有一凹槽，所述磁铁置于所述凹槽内。

进一步地，如上所述的岩石自由膨胀率测定装置，所述磁铁为硬币状强磁铁。

进一步地，如上所述的岩石自由膨胀率测定装置，所述伸缩杆包括活动帽、弹簧和底片，所述底片上向上延伸设置有一段空心柱，活动帽上向下延伸设置有一段空心管，所述空心管套在空心柱内并可上下滑动，所述弹簧置于空心管与空心柱之间；所述底片抵在被测物体上，活动帽抵在横梁上；所述纵向位移引伸计的两个刀口分别卡在活动帽和空心柱上。

进一步地，如上所述的岩石自由膨胀率测定装置，所述活动帽的直径大于空心柱的直径。

进一步地，如上所述的岩石自由膨胀率测定装置，所述伸缩杆材质为铝合金材料。

一种测量岩石自由膨胀率的方法，包括以下步骤：

(1)、将待测岩石试样装入透明不透水的薄膜袋中，置于测试仪的铁质底盘上；

(2)、根据测岩石试样大小用硬币状强磁铁使竹节式钢柱相互吸粘组成两条立柱支架，并吸粘在铁质底盘上立于试样两侧；同时在两条立柱顶端通过硬币状强磁铁架设横梁；

(3)、在测岩石试样上放置一支伸缩杆，该伸缩杆上安装有纵向引伸计，伸缩杆的底片放在测岩石试样上面，伸缩杆的顶端顶在横梁上，中间的位移收敛通过弹簧调节；在测岩石试样的水平方向把两支横向引伸计吸粘在铁质底盘上，对称的放在测岩石试样两侧的中心位置，调节螺丝使横向引伸计的测量端顶在测岩石试样上；

(4)、向薄膜袋中缓慢注入纯水，直至淹没整个试件，然后将袋口扎紧，启动数据采集系统，实时采集两个横向引伸计及一个纵向引伸计的膨胀变形，时间不得少于50个小时，试验过程中应保持水温变化不得大于2℃。

(5)、根据两个横向引伸计及一个纵向引伸计采集的读数计算岩石的自由膨胀率。

本发明与现有技术相比有如下优点：结构简单，自由灵活，精度高，性能可靠。

附图说明

图1为本发明竹节式高精度岩石自由膨胀率测定装置结构示意图；

图2为本发明伸缩杆分解结构示意图；

图3为空心竹节式钢柱剖面图。

附图标记说明:

1.横梁，2.支柱，3.磁铁，4-伸缩杆，5.横向位移引伸计，6.可调螺丝，7.数据线，8.底盘，9.待测岩石试样，10.活动帽，101-空心管，11.弹簧，1.底片，11-空心柱，13.空心竹节式钢柱，14.凹槽，15.纵向位移引伸计。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1为本发明高精度岩石自由膨胀率测定装置结构示意图，如图1所示，本发明提供的竹节式高精度岩石自由膨胀率测定装置，包括底盘8，所述底盘8上设置有两个横向位移引伸计5以及一个可移动并且可调节高度的支架，所述支架包括两个可调节高度的支柱以及设置在两支柱顶端之间的横梁1，所述两个横向位移引伸计5分别设置在横梁1的左右两侧，在横梁1的中部固定有伸缩杆4，该伸缩杆4上设置有纵向位移引伸计15，所述两个横向位移引伸计5、一个纵向位移引伸计15的测量端分别顶抵在待测岩石试样9上，并且均通过数据线7与带数据采集卡的电脑连接；所述两个横向位移引伸计5通过可调螺丝6来调整其测量端的前后位置。

本发明提供的岩石自由膨胀率测定装置，由于支柱的高度是可调节的，两个横向位移引伸计5通过可调螺丝6可以调整其测量端的前后位置，因此，待测岩石试样9的形状与大小就可以随意，而不用局限于固定的形状和大小，支架的高度以及宽度就可以根据待测岩石试样的大小而灵活调整；另外，两个横向位移引伸计和一个纵向位移引伸计15的读数均采用电子器件实现，待测岩石试样9不用做任何的加工就可测量出膨胀前后的数据，因此，本发明结构简单，自由灵活，精度高，性能可靠。

进一步地，所述的高精度岩石自由膨胀率测定装置，所述底盘8由铁质材料制成；所述可调节高度的支柱由若干个空心竹节式钢柱13和磁铁3相互吸粘组成，所述支柱的顶部与底部均通过磁铁分别与横梁1和底盘8连接。

本发明通过将底盘8采用铁质材料制成，可调节高度的支柱由若干个空心竹节式钢柱13和磁铁3相互吸粘组成，支柱的顶部与底部均通过磁铁分别与横梁1和底盘8连接，从而实现了装置的灵活可拆装组装的功能，使得本发明装置结构简单，自由灵活。

图3为空心竹节式钢柱剖面图，如图3所示，本发明提供的空心竹节式钢柱，在其端部设置了凹槽14来放置磁铁3，使得空心竹节式钢柱之间的连接更加稳固，而且造型也更加美观。

进一步地，图为本发明伸缩杆分解结构示意图，如图所示，所述的高精度岩石自由膨胀率测定装置，所述伸缩杆4包括活动帽10、弹簧11和底片1，所述活动帽10下端中心有一段空心管101，底片1的中心垂直固定有一段空心柱11，所述弹簧11一部分放置在该空心柱11内，另一部分放置在活动帽10的空心管101内，空心柱11和空心管101的内径比弹簧11的外径稍大，可将压缩状态的弹簧11完全套进，所述活动帽10端部为半圆球形，该半圆球形大于空心管的直径，也大于空心竹的直径，空心管101外径与底片上空心竹11的内径相适应，空心管101插入空心柱11内，在其内压缩状态的弹簧11作用下可自由伸缩，所述纵向位移引伸计15的两个刀口分别卡在活动帽10和底盘1的空心柱11上。

本发明提供的岩石自由膨胀率测定装置，伸缩杆4可方便地放置于被测试件上，能精确地将岩心轴向膨胀变形量传递给卡在其上的轴向位移引伸计上，解决了轴向位移引伸计不便直接固定的问题，实现了轴向位移的准确测量，方便灵活，测试准确。

所述横梁1材质为普通硬质钢板条，长度可根据所测岩石试样的尺寸大小来灵活确定，能为测试提供足够的测试空间即可；支架由多节钢质竹节式钢柱组成，每节空心竹节式钢柱13的高度为70mm，外径为6mm，内径为13.5mm，竹节内镶嵌的硬币状强磁铁厚度为mm，直径为19mm。对于大小尺寸不同的试件，我们只需通过选择合适长度的上部横梁及增加或减少竹节式钢柱和连接磁铁的个数轻松调节立柱高度，即可获得测试所需的合理空间测试空间。两条支柱是由若干个相同规格的竹节式钢柱和磁铁相互吸粘组成，牢固地吸附在上下金属平板上，通过多支纵向及横向位移引伸计测试岩石试样的膨胀变形量。

工作原理：在使用竹节式高精度岩石自由膨胀率测定装置时，将待测岩石试样9装入透明不透水的薄膜袋中，然后将其置于测试仪的铁质底盘8上，根据试样大小用硬币状强磁铁3使竹节式钢柱13相互吸粘组成两条立柱支架吸粘在铁质底盘上立于试样两侧，同时在两条立柱上通过硬币状强磁铁架设横梁1，在试样上放置一伸缩杆4，其底盘1放在试样上面，活动帽10顶在横梁1上，中间的位移收敛通过弹簧11调节；在试样的水平方向把两支横向引伸计5吸粘在铁质底盘上，对称的放在待测岩石试样9两侧的中心位置，横向位移引伸计5可通过可调螺丝6调节位移传感器的位置顶在待测岩石试样9的对称侧面。向薄膜袋中缓慢注入纯水，直至淹没整个试件，然后装袋口扎紧。启动数据采集系统，实时采集两个横向引伸计及一个纵向引伸计的膨胀变形，试验过程注意读数的变化情况，同时记录描述试件的崩解掉块表面泥化或软化等现象，时间不得少于50个小时，试验过程中应保持水温变化不得大于℃。

本发明所述空心竹节式钢柱和横梁的材质均为碳量在％以下的铁。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种岩石自由膨胀率测定装置，其特征在于，包括底盘(8)，所述底盘(8)上设置有两个横向位移引伸计(5)以及一个可移动并且可调节高度的支架，所述支架包括两个可调节高度的支柱(2)以及设置在两支柱(2)顶端之间的横梁(1)；在横梁(1)上固定有伸缩杆(4)，该伸缩杆(4)上设置有纵向位移引伸计(15)，所述两个横向位移引伸计(5)、一个纵向位移引伸计(15)的测量端分别顶抵在待测岩石试样(9)上，并且均通过数据线(7)与带数据采集卡的电脑连接来分别测量待测岩石的横向膨胀率和纵向膨胀率；所述两个横向位移引伸计(5)通过可调螺丝(6)来调整其测量端的前后位置。

2.根据权利要求1所述的岩石自由膨胀率测定装置，其特征在于，所述底盘(8)由铁质材料制成；所述可调节高度的支柱(2)由若干个空心竹节式钢柱(13)和磁铁(3)相互吸粘组成，所述支柱(2)的顶部与底部均通过磁铁分别与横梁(1)和底盘(8)连接。

3.根据权利要求2所述的高精度岩石自由膨胀率测定装置，其特征在于，所述空心竹节式钢柱(13)的端部设有一凹槽(14)，所述磁铁(3)置于所述凹槽(14)内。

4.根据权利要求3所述的高精度岩石自由膨胀率测定装置，其特征在于，所述磁铁(3)为硬币状强磁铁。

5.根据权利要求1所述的高精度岩石自由膨胀率测定装置，其特征在于，所述伸缩杆(4)包括活动帽(10)、弹簧(11)和底片(12)，所述底片(12)上向上延伸设置有一段空心柱(121)，活动帽(10)上向下延伸设置有一段空心管(101)，所述空心管(101)套在空心柱(121)内并可上下滑动，所述弹簧(11)置于空心管(101)与空心柱(121)之间；所述底片(12)抵在被测物体上，活动帽(10)抵在横梁(1)上；所述纵向位移引伸计(15)的两个刀口分别卡在活动帽(10)和空心柱(121)上。

6.根据权利要求5所述的岩石自由膨胀率测定装置，其特征在于，所述活动帽(10)的直径大于空心柱(121)的直径。

7.根据权利要求1所述的岩石自由膨胀率测定装置，其特征在于，所述伸缩杆(4)材质为铝合金材料。

8.一种测量岩石自由膨胀率的方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)、将待测岩石试样(9)装入透明不透水的薄膜袋中，置于测试仪的铁质底盘(8)上；

(2)、根据测岩石试样(9)大小用硬币状强磁铁(3)使竹节式钢柱(13)相互吸粘组成两条立柱支架，并吸粘在铁质底盘(8)上立于试样两侧；同时在两条立柱(13)顶端通过硬币状强磁铁(3)架设横梁(1)；

(3)、在测岩石试样(9)上放置一支伸缩杆(4)，该伸缩杆(4)上安装有纵向引伸计(4)，伸缩杆(4)的底片(12)放在测岩石试样(9)上面，伸缩杆(4)的顶端顶在横梁(1)上，中间的位移收敛通过弹簧(11)调节；在测岩石试样(9)的水平方向把两支横向引伸计(5)吸粘在铁质底盘(8)上，对称的放在测岩石试样(9)两侧的中心位置，调节螺丝(6)使横向引伸计的测量端顶在测岩石试样(9)上；

(4)、向薄膜袋中缓慢注入纯水，直至淹没整个试件，然后将袋口扎紧，启动数据采集系统，实时采集两个横向引伸计及一个纵向引伸计的膨胀变形，时间不得少于50个小时，试验过程中应保持水温变化不得大于2℃；

(5)、根据两个横向引伸计及一个纵向引伸计采集的读数计算岩石的自由膨胀率。