CN105699202B - 一种测量岩体力学参数的液压装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种测量岩体力学参数的液压装置，它包括液压泵（2）和液压缸（1），液压泵（2）上装有压力传感器，液压泵（2）的出口和进口通过高压软管（21）与液压缸（1）的进油口（A）和出油口（B）对应连接；液压缸（1）具有缸体（13），缸体内部装有活塞（14），活塞杆（15）的一端连接活塞（14），活塞杆（15）另一端穿过缸盖（16）伸出缸体（13）外，活塞杆（15）的外露端头装有球窝接头（17），球窝接头（17）的中空部放置有位移传感器（18）。本发明的技术效果是：克服了实验室试验的尺寸效应对实验结果的影响，能简便、快速、准确地测得岩体的各项力学参数。

Description

一种测量岩体力学参数的液压装置
技术领域
本发明属于岩土工程测试领域，具体涉及一种测量岩体力学参数的液压装置。
背景技术
岩体力学参数在工程设计和矿场建设等方面具有重要的作用，比如：基础，滑坡，隧道，地下洞穴以及采矿。掌握了岩体力学参数（如峰值强度和残余强度），就能提高岩体工程设计、施工的经济效益。
目前，岩体力学参数大多数采用实验室测试，由于尺寸效应的影响，裂隙岩体的力学参数存在较大误差。此外，测试变形模量的静载试验和测试强度参数的现场剪切试验，需要修筑勘探坑道进行原位测试，而原位测试存在逻辑上、技术上甚至经济上的问题，这些因素导致裂隙岩体的滑坡稳定性分析难以得到认同。
中国专利文献CN101482474A于2009年7月15日公开了一种测量土体弹性模量的方法，它包括以下步骤：
1)首先制备弹性模量仪，该测弹性模量包括底座，底座的底部设有水压力室，该水压力室有加压进水口，底座上方设有周围水压力室，该周围水压力室同样有加压进水口；底座和周围水压力室所围成的空间用于放置土试样；土试样的上下表面分别设有上透水石和下透水石，加压盖放置在上透水石上，加压盖上留有排气阀，下透水石、土试样、上透水石和加压盖的周围由乳胶膜包覆；
2)将弹性模量仪的周围水压力室进水孔与周围的压力施加系统相连接， 用以控制测定弹性模量时的周围应力σ3；
3)测试前，将水压力室和周围水压力室注满纯水，并排除其中的气泡；
4)在制备好的原状土试样外贴上滤纸，土试样的顶部放置上透水石和加压盖，放在底座上的下透水石上，在土试样外套上乳胶膜，并在乳胶膜外 表面涂抹硅脂，将乳胶膜用皮筋扎紧固定于加压盖和底座的外侧；
5)打开加压盖上的排气阀，分级施加轴向应力和周围应力至测试所需值；
6)直到土试样每小时固结变形量不大于0.01mm时，固结完成，关闭加压盖上的排气阀；
7)按土试样破坏强度的三分之一应力水平分4级加荷和卸荷，加荷和卸荷时间间隔均为1min，每次加荷、卸荷1min时，记录土试样的轴向变形量；反复加、卸荷进行5次，根据最后一个滞回环土试样的弹性应变及应力 计算出土试样的弹性模量。
但它存在以下缺陷：（1）采用实验室测试忽略了土体的尺寸效应，而且对土体进行了扰动会影响试验的精度；（2）采用分级加载模式，难以在第一时间发现土体破坏，所绘曲线存在较大误差；（3）只能测量弹性模量一个力学参数，不能对土体力学性能进行更加全面地分析。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明所要解决的技术问题就是提供一种测量岩体力学参数的液压装置，它能够克服实验室试验的尺寸效应对实验结果的影响，能够快速、有效地加载和卸载，且简便、快速、准确地测得岩体的各项力学参数，能全面分析岩体的力学性能。
本发明所要解决的技术问题是通过这样的技术方案实现的，它包括液压泵和液压缸，液压泵上装有压力传感器，液压泵的出口和进口通过高压软管与液压缸的进油口A和出油口B对应连接；液压缸具有缸体，缸体的一端为缸底，缸体的另一端为缸盖；缸体内部装有活塞，活塞杆的一端连接活塞，活塞杆另一端穿过缸盖伸出缸体外，活塞杆的外露端头装有球窝接头，球窝接头的中空部放置有位移传感器。
使用本发明对岩体进行试验时，将液压缸放置在预先开挖好的沟槽中，将有球窝接头的一端垂直对准所测槽壁。液压泵通过高压软管与液压缸进油口A和出油口B使用差动联结的方式连接，注入油液后，液压缸的无杆腔与有杆腔的压力差推动活塞移动。活塞杆从缸盖伸出，通过端部的球窝接头对岩体施加压力。为保证活塞杆的移动方向，设置缸盖对活塞杆起导向和保护作用。当活塞杆发生位移时，球窝接头中的位移传感器将会发出电信号，同时液压泵中安装的压力传感器也发出电信号，电信号通过信号输出插头输出并存储于数据采集模块。数据最后通过便携式电脑存储和分析，电脑通过相关软件能够得到压力-位移曲线。通过压力-位移曲线能得到岩体的破坏压力和残余强度。
将上述试验所得的压力-位移曲线通过反演分析也能得到试验岩体的内聚力，摩擦角和变形模量，从而进一步分析岩体的力学性质。
与现有技术相比，本发明的技术效果是：克服了实验室试验的尺寸效应对实验结果的影响，实现了快速、有效地加载和卸载，且简便、快速、准确地测得岩体的各项力学参数。
附图说明
本发明的附图说明如下：
图1为本发明的结构示意图；
图2为图1中液压缸的剖面图。
图中：1.液压缸；11.缸底；13.缸体；14.活塞；15.活塞杆；16.缸盖；17.球窝接头；18.位移传感器；19.位移传感器信号线；A.入油口；B.出油口；2.液压泵； 21.高压软管。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：
如图1所示，本发明包括液压泵2和液压缸1，液压泵2上装有压力传感器，液压泵2的出口和进口通过高压软管21与液压缸1的进油口A和出油口B对应连接；如图2所示，液压缸1具有缸体13，缸体13的一端为缸底11，缸底11为质量大的铁块以稳定缸体，缸体13的另一端为缸盖16；缸体13内部装有活塞14，活塞杆15的一端连接活塞14，活塞杆15另一端穿过缸盖16伸出缸体13外，缸盖16对活塞杆15的运动起导向作用，活塞杆15的外露端头装有球窝接头17，球窝接头17的中空部放置有位移传感器18。
由压力传感器引出的压力传感器信号线和由位移传感器引出的位移传感器信号线19连接便携式电脑。
使用本发明对岩体进行试验时，将液压缸1放置在预先开挖好的沟槽中，将有球窝接头17的一端垂直对准所测槽壁。液压泵2通过高压软管21与液压缸进油口A和出油口B使用差动联结的方式连接，注入油液后，液压缸1的无杆腔与有杆腔的压力差推动活塞14移动。活塞杆15从缸盖16伸出，通过端部的球窝接头17对岩体施加压力。为保证活塞杆15的移动方向，设置缸盖16对活塞杆15起导向和保护作用。当活塞杆发生位移时，球窝接头17中的位移传感器18将会发出电信号，同时液压泵2中安装的压力传感器也发出电信号，电信号通过信号输出插头输出并存储于数据采集模块。数据最后通过便携式电脑存储和分析，电脑通过相关软件能够得到压力-位移曲线。通过压力-位移曲线能得到岩体的破坏压力和残余强度。
将上述试验所得的压力-位移曲线通过反演分析也能得到试验岩体的内聚力，摩擦角和变形模量，从而进一步分析岩体的力学性质。

Claims (2)

1.一种测量岩体力学参数的液压装置，包括液压泵(2)和液压缸(1)，液压泵(2)上装有压力传感器，液压泵(2)的出口和进口通过高压软管(21)与液压缸(1)的进油口(A)和出油口(B)对应连接；液压缸(1)具有缸体(13)，缸体(13)的一端为缸底(11)，缸体(13)的另一端为缸盖(16)；缸体内部装有活塞(14)，活塞杆(15)的一端连接活塞(14)，活塞杆(15)另一端穿过缸盖(16)伸出缸体(13)外，活塞杆(15)的外露端头装有球窝接头(17)，球窝接头(17)的中空部放置有位移传感器(18)；
液压泵(2)通过高压软管(21)向液压缸(1)注入油液，推动活塞(14)移动，活塞杆(15)从缸盖(16)伸出，通过端部的球窝接头(17)对岩体施加压力；球窝接头(17)中的位移传感器(18)发出电信号，同时液压泵(2)中安装的压力传感器也发出电信号，电信号通过信号输出插头输出并存储于数据采集模块，其特征是：数据采集模块的数据经过电脑处理得到压力-位移曲线，由压力-位移曲线得到岩体的破坏压力和残余强度；将压力-位移曲线通过反演分析得到试验岩体的内聚力，摩擦角和变形模量。
2.根据权利要求1所述的测量岩体力学参数的液压装置，其特征是：由压力传感器引出的压力传感器信号线和由位移传感器引出的位移传感器信号线(19)连接便携式电脑。
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