CN106840904A - 一种岩石三轴不等压加载与监测装置 - Google Patents

一种岩石三轴不等压加载与监测装置 Download PDF

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唐佳佳
张广畅
张伟
王自成
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Abstract

本发明公开了一种岩石三轴不等压加载与监测装置,包括检测装置主体,其特征在于:所述检测装置主体包括圆柱形岩石标准件、加载箱和控制柜;所述圆柱形岩石标准件表面黏贴有应变片,所述每对应变片与对应压力传感器电性相连;所述加载箱包括等腰直角三角柱、液压油、橡胶套和千斤顶;所述加载箱底部与底板固定相连,所述橡胶套与油压泵相连,所述支架与底板固定相连;所述控制柜内部安装有控制电路板、正面安装有液晶显示屏和系统总开关,所述液晶显示屏和系统总开关与控制柜内部的控制电路板电性相连。本发明的实验结果表明,系统控制精确,结构稳定可靠,能够较好地检测并记录岩石空间三方向可控力不等压加载数据,适合推广运用。

Description

一种岩石三轴不等压加载与监测装置
技术领域
[0001] 本发明涉及地质检测技术领域,具体为一种岩石三轴不等压加载与监测装置。
背景技术
[0002] 近年来,浅部易采的矿产资源已经趋于枯竭,深部开采是地下矿山开采的必然趋 势。但随着开采深度的增加,高地应力会给巷道的稳定性带来很大的的危害,地下真实的应 力状态是三向应力状态,通常加载实验仅模拟到岩石单轴抗压强度或假三轴抗压强度,分 析真三轴加载条件下岩石力学性特征对地下工程稳定性分析至关重要。
[0003] 近年来也有许多三轴加载与检测的装置,但都存在以下主要问题:大多数模型装 置的尺寸过大或操作复杂,不能简单方便的应用;试样安装比较困难,试样所受的应力与应 变不均匀,且加载面与试件的摩擦力很难消除。目前三轴加载实验工程量大,时间长。因此, 亟需设计一种新型智能加载与监测装置。
发明内容
[0004]本发明的目的在于提供一种岩石三轴不等压加载与监测装置,以解决上述背景技 术中提出的问题。
[0005]为实现上述目的,本发明提供如下技术方案:一种岩石三轴不等压加载与监测装 置,包括检测装置主体,其特征在于:所述检测装置主体包括圆柱形岩石标准件、加载箱和 控制柜;所述圆柱形岩石标准件表面黏贴有应变片,所述每对应变片与对应压力传感器电 性相连,所述压力传感器输出端与控制柜内部的控制电路板电性相连;所述加载箱包括等 腰直角三角柱、液压油、橡胶套和千斤顶;所述加载箱底部与底板固定相连,所述液压油放 置于橡胶套内部,所述橡胶套与油压泵相连,所述油压泵中电磁阀与控制柜内部的控制电 路板电性相连,所述千斤顶与支架固定相连,所述千斤顶与控制柜内部的控制电路板电性 相连,所述支架与底板固定相连;所述控制柜内部安装有控制电路板、正面安装有液晶显示 屏和系统总开关,所述液晶显示屏和系统总开关与控制柜内部的控制电路板电性相连。 [0006]优选的,所述圆柱形岩石标准件采用直径为50毫米、高为100毫米的圆柱形结构设 计。
[0007]优选的,所述应变片共三对,每对对应连接一只压力传感器,且每对中的两只应变 片的轴线互相垂直且相邻放置;所述应变片的第一对包括应变片一和应变片二,且安放于 圆柱形岩石标准件柱体侧面的一侧;所述应变片的第二对包括应变片三和应变片四,且安 放于圆柱形岩石标准件的上底面;所述应变片的第三对包括应变片五和应变片六,且安放 于圆柱形岩石标准件柱体侧面的另一侧。
[0008]优选的,所述加载箱整体呈高度为100毫米的正方体结构,正中心位置设置有直径 为50毫米、高为100毫米的圆柱形洞。
[0009]优选的,所述等腰直角三角柱分为右三角柱和左三角柱;所述右三角柱和左三角 柱之间紧密相连,所述右三角柱内部设置有导线通道一,所述左三角柱内部设置有导线通 -* o _〇] 选的,所述橡胶套分左右两部分,皆呈等腰三雛结构设计,内侧设置有直径为 50毫米、尚为100毫米的圆柱形四分之一弧面。
[0011]优选的,所述千斤顶安装于加载箱圆柱形洞正上方位置。 _2]慨自,臟控_路社采_sp2812_芯片,臓雜上雜有外置 存储器。
[〇°13^与现有技术相比,本发明的有益效果是:此装置可以对试样进行空间三方向可控 力不等压加载,实现全方位的试样加载实验;液压千斤顶和油压加载,可以使试样受到均匀 的应力与应变,实验装置所施加的是三个方向互相垂直的载荷,加载位移是均匀的;采用应 变片位移传感器与外置存储器检测并记录数据,能够简单直观观察与分析,得出科学可靠 的实验数据。本发明的现场实验结果表明,系统控制精确,结构稳定可靠,可以较好地检测 并记录岩石空间三方向可控力不等压加载数据,适合推广运用。
附图说明
[00M]图1为本发明一种岩石三轴不等压加载与监测装置结构示意图;
[0015]图2为本发明加载箱结构俯视图;
[0016] 图3为本发明圆柱形岩石标准件结构图;
[0017] 图4为本发明电气原理框图。 _8]图中:卜千斤顶;2-等腰直角三角柱;2〇卜右三角柱;202-左三角柱;3-液压油;4-橡胶套;5_支架;6-底板;7_油压栗;8-控制柜;9-加载箱;10-应变片一;11-应变片二;12-应 变片三;13_应变片四;14-应变片五;I5-应变片六;16-检测装置主体;17-圆柱形岩石标准 件;18-应变片;19-压力传感器;20-电磁阀;2卜导线通道一;22-导线通道二;23-液晶显示 屏;24-系统总开关;25-控制电路板;26-外置存储器。
具体实施方式
[0019]下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完 整地描述,显然,所描述的实施例仅仅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做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。
[0020] 请参阅图1-4,本发明提供的一种实施例:一种岩石三轴不等压加载与监测装置, 包括检测装置主体16,其特征在于:所述检测装置主体16包括圆柱形岩石标准件17、加载箱 9和控制柜8;所述圆柱形岩石标准件17表面黏贴有应变片18,所述每对应变片18与对应压 力传感器19电性相连,所述压力传感器19输出端与控制柜8电性相连;所述加载箱9包括等 腰直角三角柱2、液压油3、橡胶套4和千斤顶1;所述加载箱9底部与底板6固定相连,所述液 压油3放置于橡胶套4内部,所述橡胶套4与油压泵7相连,所述油压栗7中电磁阀20与控制柜 8电性相连,所述千斤顶1与支架5固定相连,所述千斤顶1与控制柜8内部的控制电路板25电 性相连,所述支架5与底板6固定相连;所述控制柜8内部安装有控制电路板25、正面安装有 液晶显示屏23和系统总开关24,所述液晶显示屏23和系统总开关24与控制柜8内部的控制 电路板25电性相连。
[0021]其中,所述圆柱形岩石标准件I7采用直径为50毫米、高为100毫米的圆柱形结构设 计。
[0022]其中,所述应变片IS共三对,每对对应连接一只压力传感器19,且每对中的两只应 变片I8的轴线互相垂直且相邻放置;所述应变片18的第一对包括应变片一 10和应变片二 11,且安放于圆柱形岩石标准件17柱体侧面的一侧;所述应变片18的第二对包括应变片三 12和应变片四13,且安放于圆柱形岩石标准件17的上底面;所述应变片18的第三对包括应 变片五14和应变片六15,且安放于圆柱形岩石标准件17柱体侧面的另一侧。
[0023] 其中,所述加载箱9整体呈高度为1〇〇毫米的正方体结构,正中心位置设置有直径 为50毫米、高为100毫米的圆柱形洞。
[0024]其中,所述等腰直角三角柱2分为右三角柱201和左三角柱202;所述右三角柱201 和左三角柱202之间紧密相连,所述右三角柱201内部设置有导线通道一 21,所述左三角柱 202内部设置有导线通道二22。
[0025]其中,所述橡胶套4分左右两部分,皆呈等腰三棱柱结构设计,内侧设置有直径为 50毫米、高为100毫米的圆柱形四分之一弧面。
[0026] 其中,所述千斤顶1安装于加载箱9圆柱形洞正上方位置。
[0027] 其中,所述控制电路板25上采用DSP2812控制芯片,所述控制电路板25上连接有外 置存储器26。
[0028] 工作原理:首先,取直径为50毫米、高为100毫米的圆柱形岩石标准件17,并按照要 求在相应位置粘贴应变片18。安装要求包括:应变片10轴线与应变片11轴线垂直,应变片12 轴线与应变片13轴线垂直,应变片14轴线与应变片15轴线垂直;其中,应变片12与应变片13 在同一平面,应变片1〇与应变片11近似在同一平面,应变片14与应变片15近似在同一平面, 且三个平面互相垂直。其次,将粘贴好应变片18的圆柱形岩石标准件17放入加载箱9的圆柱 形洞中,侧面的四只应变片18与导线相连,导线分别从导线通道一21和导线通道二22中穿 出与压力传感器19相连。
[0029] 然后,打开系统总开关24,由控制柜8设定圆柱形岩石标准件17三方向加载力的大 小,然后控制千斤顶1和油压栗7对圆柱形岩石标准件17进行加载。加载时岩石的应变与对 应应变片18的形变同步同量,压力传感器19将检测出的加载数据发送至控制柜8,并将加载 数据保存于外置存储器26中;最后,在液晶显示屏23上显示出三轴加载下的应力应变曲线。 [0030] 对于本领域技术人员而言,显然本发明不限于上述示范性实施例的细节,而且在 不背离本发明的精神或基本特征的情况下,能够以其他的具体形式实现本发明。因此,无论 从哪一点来看,均应将实施例看作是示范性的,而且是非限制性的,本发明的范围由所附权 利要求而不是上述说明限定,因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有 变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (8)

1.一种岩石三轴不等压加载与监测装置,包括检测装置主体(16),其特征在于:所述检 测装置主体(16)包括圆柱形岩石标准件(17)、加载箱(9)和控制柜(8);所述圆柱形岩石标 准件(17)表面黏贴有应变片(18),所述每对应变片(18)与对应压力传感器(19)电性相连, 所述压力传感器(I9)输出端与控制柜(8)内部的控制电路板(25)电性相连;所述加载箱(9) 包括等腰直角三角柱(2)、液压油(3)、橡胶套⑷和千斤顶Q);所述加载箱⑼底部与底板 (6)固定相连,所述液压油(3)放置于橡胶套⑷内部,所述橡胶套(4)与油压泵(7)相连,所 述油压泵(7)中电磁阀(20)与控制柜(8)内部的控制电路板(25)电性相连,所述千斤顶(1) 与支架⑸固定相连,所述千斤顶⑴与控制柜⑻内部的控制电路板(25)电性相连,所述支 架(5)与底板(6)固定相连;所述控制柜(8)内部安装有控制电路板(25)、正面安装有液晶显 示屏(23)和系统总开关(24),所述液晶显示屏(23)和系统总开关(24)与控制柜⑻内部的 控制电路板(25)电性相连。
2.根ig权利要求1所述的一种岩石三轴不等压加载与监测装置,其特征在于:所述圆柱 形岩石标准件(17)采用直径为50毫米、高为100毫米的圆柱形结构设计。 3 _根据权利要求1所述的一种岩石三轴不等压加载与监测装置,其特征在于:所述应变 片(I8)共三对,每对对应连接一只压力传感器(19),且每对中的两只应变片(18)的轴线互 相垂直且相邻放置;所述应变片(18)的第一对包括应变片一(10)和应变片二(n),且安放 于圆柱形岩石标准件(I7)柱体侧面的一侧;所述应变片(18)的第二对包括应变片三(12)和 应变片四(13),且安放于圆柱形岩石标准件(17)的上底面;所述应变片(18)的第三对包括 应变片五(14)和应变片六(15),且安放于圆柱形岩石标准件(17)柱体侧面的另一侧。
4.根据权利要求1所述的一种岩石三轴不等压加载与监测装置,其特征在于:所述加载 箱⑼整体呈高度为100毫米的正方体结构,正中心位置设置有直径为50毫米、高为100毫米 的圆柱形洞。 艮据权利要求1所述的一种岩石三轴不等压加载与监测装置,其特征在于:所述等腰 直角二角柱(2)分为右三角柱(2〇1)和左三角柱(2〇2);所述右三角柱(201)和左三角柱 (20¾之间紧密相连,所述右三角柱(2〇1)内部设置有导线通道一 (21),所述左三角柱(2〇2) 内部设置有导线通道二(22)。
6. 根据权利要求1所述的一种岩石三轴不等压加载与监测装置,其特征在于:所述橡胶 套⑷分左右两部分,皆呈等腰三棱柱结构设计,内侧设置有直径为50毫米、高为1〇〇毫米的 圆柱形四分之一弧面。
7. 根据权利要求1所述的一种岩石三轴不等压加载与监测装置,其特征在于:所述千斤 顶(1)安装于加载箱(9)圆柱形洞正上方位置。
8.根据权利要求1所述的一种岩石三轴不等压加载与监测装置,其特征在于:所述控制 电路板(25)上的CPU采靡SP2812控制芯片,所述控制电路板(25)上连接有外置存储器 (26) 〇
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108303326A (zh) * 2018-01-26 2018-07-20 西南石油大学 一种岩石真三轴压缩试验装置
CN109883844A (zh) * 2019-02-25 2019-06-14 中国矿业大学 一种小尺寸试样阵列线载荷加载箱及加载方法

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