CN107748112A - 环向角度及环向位移测量装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供的环向角度及环向位移测量装置和方法，涉及环剪试验技术领域。该环向角度及环向位移测量装置包括测量滑块、测量传感器和支架。测量滑块安装在剪切盒上，测量传感器与测量滑块连接，测量传感器固定安装在支架上。剪切盒用于对测试样本进行环剪试验，在环剪试验中，测量滑块随着剪切盒转动，测量滑块转动使测量传感器产生轴向位移，从而通过测量传感器能够计算出剪切盒的环向角度及环向位移，测量方便，测试结果准确。本发明提供的环向角度及环向位移测量方法，操作简单，测量精确，有助于提高环剪试验的效率及成功率。

Description

环向角度及环向位移测量装置和方法

技术领域

本发明涉及环剪试验技术领域，具体而言，涉及一种环向角度及环向位移测量装置和方法。

背景技术

岩石的抗剪强度是评价岩石力学性质的重要指标之一，准确的获取强度参数对岩体工程具有重要的实际意义。现阶段，岩石抗剪强度主要通过室内试验获取，主要试验类型有：常规三轴试验、直接剪切试验及楔形剪切试验等。

分析现有的试验实现方式，岩石在受剪过程中剪切面上受力不均匀，且变形具有延迟性，不能准确反映岩石的剪切强度。岩石拉压环剪试验仪通过采用环形试样，施加扭力的方式，使得岩石在剪切面上均匀受力且变形均匀。

目前，关于岩石环剪试验技术，存在以下问题：缺少针对该环剪实验过程中岩石环向角度应变，以及岩石环向位移应变的测量装置与方法。

有鉴于此，设计制造出一种适用于环剪试验时的环向角度及环向位移测量装置是目前环剪试验技术领域中急需改善的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种环向角度及环向位移测量装置，能够在环剪试验过程中，快捷方便地测量测试样本的环向旋转角度和环向位移，对分析岩样在剪切过程中的应变提供了一种新的测量装置，对研究和评价岩石的力学性能具有重要意义。

本发明的目的还在于提供一种环向角度及环向位移的测量方法，通过在下剪切盒上固定安装测量滑块，将测量传感器安装在环剪设备的框架上，当试验过程中测试样本受到剪切力时，下剪切盒会转动，测量滑块也会随着转动，从而使得测量传感器产生轴向位移。通过测量传感器测得的测量滑块的环向角度及环向位移，进而能够获得下剪切盒、测试样本在环剪试验中的环向角度及环向位移。该环向角度及环向位移的测量方法操作方便，测量精确，有利于提高环剪试验的效率及成功率。

本发明改善其技术问题是采用以下的技术方案来实现的。

本发明提供的一种环向角度及环向位移测量装置，所述环向角度及环向位移测量装置包括测量滑块、测量传感器和支架。

所述测量滑块安装在剪切盒上，所述测量传感器与所述测量滑块连接，所述测量传感器固定安装在所述支架上。

所述剪切盒用于对测试样本进行环剪试验，在所述环剪试验中，所述测量滑块随着所述剪切盒转动，所述测量滑块转动使所述测量传感器产生轴向位移，从而通过所述测量传感器能够计算出所述剪切盒、所述测试样本的环向角度及环向位移。

进一步地，所述剪切盒包括上剪切盒和下剪切盒，所述上剪切盒与所述下剪切盒之间粘接有所述测试样本；所述上剪切盒固定在环剪设备的框架上，所述测量滑块固定连接在所述下剪切盒上。

进一步地，所述环剪设备为所述上剪切盒提供法向应力，所述环剪设备为所述下剪切盒提供扭矩，使所述测试样本发生剪切变形。

进一步地，所述测量滑块采用钢材制作而成，所述测量滑块与所述下剪切盒通过螺栓固定连接。

进一步地，所述测量滑块远离所述下剪切盒的一侧设有弧形凹陷部，所述弧形凹陷部与所述测量传感器相对设置。

进一步地，所述测量传感器包括传感器本体、导线和指针，所述传感器本体固定安装在所述支架上，所述导线设于所述传感器本体的一端，所述指针设于所述传感器本体的另一端；所述导线与计算机控制系统连接，用于信号传输，所述指针指向所述弧形凹陷部。

进一步地，所述测量传感器采用LVDT位移传感器，所述指针指向所述弧形凹陷部的弧底。

进一步地，所述支架固定连接在所述环剪设备的框架上，所述支架与所述框架可拆卸地连接。所述传感器本体与所述支架通过调节螺栓固定，所述调节螺栓能够用于调节所述指针的指向。

进一步地，所述测量滑块固定安装在所述下剪切盒上，所述测量滑块的弧底朝向所述上剪切盒，所述指针指向所述弧底的中心，所述指针的指向与所述下剪切盒的轴线平行。

本发明提供的一种环向角度及环向位移测量方法，适用于上述的环向角度及环向位移测量装置，包括以下步骤：

连接测量传感器，将所述测量传感器安装在所述支架上，将所述测量传感器的导线与计算机控制系统连接。

测量滑块对中，移动所述测量滑块，使所述测量滑块的弧底与指针保持在同一直线上。

测量传感器调零，通过旋转调节螺栓，使所述测量传感器的指针归零。

进行环剪试验，向上剪切盒提供法向应力，向下剪切盒提供扭矩，使测试样本发生剪切破坏变形。

试验结果分析，根据所述测量传感器测得的轴向位移应变，计算所述下剪切盒的环向角度及环向位移。

本发明提供的环向角度及环向位移测量装置和方法具有以下几个方面的有益效果：

本发明提供的一种环向角度及环向位移测量装置，包括测量滑块、测量传感器和支架。测量传感器固定安装在支架上，测量滑块安装在剪切盒上，剪切盒用于对测试样本进行环剪试验。测量传感器与测量滑块连接，在环剪试验中，测量滑块随着剪切盒转动，测量滑块转动使测量传感器产生轴向位移，从而通过测量传感器能够计算出剪切盒的环向角度及环向位移，进而能够快捷方便地获取测试样本的环向旋转角度和环向位移，对分析岩样在剪切过程中的应变提供了一种新的测量方法，对研究和评价岩石的力学性能具有重要意义。

本发明的目的还在于提供一种环向角度及环向位移的测量方法，通过在下剪切盒上固定安装测量滑块，将测量传感器安装在环剪设备的框架上，当试验过程中测试样本受到剪切力时，下剪切盒会转动，测量滑块也会随着转动，从而使得测量传感器产生轴向位移。通过测量传感器测得的测量滑块的环向角度及环向位移，进而能够获得下剪切盒、测试样本在环剪试验中的环向角度及环向位移。该环向角度及环向位移的测量方法操作方便，测量精确，有利于提高环剪试验的效率及成功率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明具体实施例提供的环向角度及环向位移测量装置的一种应用场景结构示意图；

图2为本发明具体实施例提供的连接有测量滑块的剪切盒的一种视角的结构示意图；

图3为本发明具体实施例提供的环向角度及环向位移测量装置的测量传感器的一种安装结构示意图；

图4为本发明具体实施例提供的环向角度及环向位移测量装置中测量传感器的另一种安装结构示意图；

图5为本发明具体实施例提供的环向角度及环向位移测量装置的操作流程图。

图标：100-环向角度及环向位移测量装置；101-框架；103-上剪切盒；105-下剪切盒；110-测量滑块；111-弧形凹陷部；113-第一螺栓；120-测量传感器；121-传感器本体；123-导线；125-指针；130-支架；131-第二螺栓；140-调节螺栓。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。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。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是本发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

本发明的“第一”、“第二”等，仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

图1为本发明具体实施例提供的环向角度及环向位移测量装置100的一种应用场景结构示意图，请参照图1。

本发明提供的一种环向角度及环向位移测量装置100，能够用于在环剪试验中，测量测试样本的环向角度和环向位移。测试样本为岩石，如果是对其它样本介质进行环剪试验，测试样本也可以是其他物体。环向角度及环向位移测量装置100包括测量滑块110、测量传感器120和支架130。测量滑块110安装在剪切盒上，测量传感器120与测量滑块110连接，测量传感器120固定安装在支架130上。

剪切盒用于对测试样本进行环剪试验，在环剪试验中，测量滑块110随着剪切盒转动，测量滑块110转动使测量传感器120产生轴向位移，从而通过测量传感器120能够计算出剪切盒的环向角度及环向位移。

图2为本发明具体实施例提供的连接有测量滑块110的剪切盒的一种视角的结构示意图，请参照图2。

具体地，剪切盒包括上剪切盒103和下剪切盒105，上剪切盒103与下剪切盒105之间粘接有测试样本；上剪切盒103固定在环剪设备的框架101上，测量滑块110固定连接在下剪切盒105上，测试样本为空心圆柱试样，一端插入上剪切盒103的腔体内，另一端插入下剪切盒105的腔体内，并通过粘接胶与上剪切盒103、下剪切盒105固定。

环剪试验中，环剪设备为上剪切盒103提供法向应力，环剪设备为下剪切盒105提供扭矩，使测试样本发生剪切破坏变形。

作为优选，测量滑块110由钢材制作而成，表面抛光且用液压油养护，测量滑块110与下剪切盒105通过第一螺栓113固定连接。并且，测量滑块110远离下剪切盒105的一侧设有弧形凹陷部111，弧形凹陷部111与测量传感器120相对设置。

图3为本发明具体实施例提供的环向角度及环向位移测量装置100的测量传感器120的一种安装结构示意图，请参照图3。

具体地，测量传感器120包括传感器本体121、导线123和指针125，传感器本体121固定安装在支架130上，导线123设于传感器本体121的一端，指针125设于传感器本体121的另一端。导线123与计算机控制系统连接，用于信号、数据传输，指针125指向弧形凹陷部111。优选地，初始位置时，指针125指向弧形凹陷部111的弧底，即弧形凹陷部111的最低点与指针125保持在同一直线上。

作为优选，在本实施例中，测量传感器120采用LVDT位移传感器。测量滑块110的弧形凹陷部111背离下剪切盒105向外侧，即弧形凹陷部111的轴线与下剪切盒105的轴线平行。指针125指向弧底，指针125的指向与下剪切盒105的轴线垂直，如图3所示。

可选地，测量滑块110的测量角度量程为顺时针0至20度、逆时针0至20度，即图1中虚线示出的夹角为量程范围，a为20度夹角。

传感器本体121与支架130通过调节螺栓140固定，调节螺栓140能够用于调节指针125的指向。在测量前，需要将指针125的读数归零，旋转调节螺栓140即可以实现归零调节。

支架130固定连接在环剪设备的框架101上，支架130与框架101可拆卸地连接。可选地，支架130与框架101可以采用螺钉连接、螺栓连接、卡扣连接、粘接等方式，在本实施例中，支架130与框架101采用第二螺栓131固定连接。

图4为本发明具体实施例提供的环向角度及环向位移测量装置100中测量传感器120的另一种安装结构示意图，请参照图4。

支架130固定连接在框架101上，测量传感器120固定安装在支架130上，测量滑块110固定安装在下剪切盒105上，可以采用螺钉连接、螺栓连接、粘接、卡扣连接、铆接、焊接等连接方式。测量滑块110的弧底朝向上剪切盒103，指针125指向弧底的中心，指针125的指向与下剪切盒105的轴线平行。同理，测量滑块110的测量角度量程为顺时针0至20度、逆时针0至20度。

可选地，测量滑块110设有弧形凹陷部111的一侧可以设置气泡型水平仪或刻度线，水平仪或刻度线设置在测量滑块110的内部，测量滑块110的弧形凹陷部111上设有透明的可视区域，便于指针125指向弧底的中心，位置对中更精确，试验结果可信度更高。

图5为本发明具体实施例提供的环向角度及环向位移测量装置100的操作流程图，请参照图5。

本发明提供的一种环向角度及环向位移测量方法，适用于上述的环向角度及环向位移测量装置100，包括以下步骤：

S1：连接测量传感器120，将测量传感器120安装在支架130上，将测量传感器120的导线123与计算机控制系统连接。导线123将测量信号实时传输至计算机控制系统，由计算机对测量的数据分析计算。

S2：测量滑块110对中，移动测量滑块110，使测量滑块110的弧底与指针125保持在同一直线上。

S3：测量传感器120调零，通过旋转调节螺栓140，使测量传感器120的指针125归零。

S4：进行环剪试验，向上剪切盒103提供法向应力，向下剪切盒105提供扭矩，使测试样本发生剪切破坏变形。

S5：试验结果分析，根据测量传感器120测得的轴向位移应变，通过计算机控制系统计算下剪切盒105的环向角度及环向位移，即测试样本的环向角度及环向位移。

需要说明的是，由于LVDT位移传感器的指针125在环剪试验前，指向弧形凹槽部的弧底，环剪试验过程中，向下剪切盒105施加扭矩，会使下剪切盒105、测量滑块110一起转动，从而使LVDT位移传感器产生轴向位移，轴向位移量可以通过计算机控制系统精确获取。由于轴向位移量、测量滑块110的环向角度、环形位移，三者具有一一对应的关系，通过轴向位移量即可计算出环向角度和环向位移。计算出环向角度和环向位移就是下剪切盒105和测试样本的环向角度和环向位移。

综上所述，本发明提供的环向角度及环向位移测量装置100和方法具有以下几个方面的有益效果：

本发明提供的环向角度及环向位移测量装置100，能够在环剪试验过程中，快捷方便地测量测试样本的环向旋转角度和环向位移，对分析岩样在剪切过程中的应变提供了一种新的测量装置和方法，对研究和评价岩石的力学性能具有重要意义。

本发明提供的一种环向角度及环向位移的测量方法，通过在下剪切盒105上固定安装测量滑块110，将测量传感器120安装在环剪设备的框架101上，当试验过程中测试样本受到剪切力时，下剪切盒105会转动，测量滑块110也会随着转动，从而使得测量传感器120产生轴向位移。通过测量传感器120测得的测量滑块110的环向角度及环向位移，进而能够获得下剪切盒105、测试样本在环剪试验中的环向角度及环向位移。该环向角度及环向位移的测量方法操作方便，测量精确，有利于提高环剪试验的效率及成功率。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改、组合和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种环向角度及环向位移测量装置，其特征在于，所述环向角度及环向位移测量装置包括测量滑块、测量传感器和支架；

所述测量滑块安装在剪切盒上，所述测量传感器与所述测量滑块连接，所述测量传感器固定安装在所述支架上；

所述剪切盒用于对测试样本进行环剪试验，在所述环剪试验中，所述测量滑块随着所述剪切盒转动，所述测量滑块转动使所述测量传感器产生轴向位移，从而通过所述测量传感器能够计算出所述剪切盒、所述测试样本的环向角度及环向位移。

2.根据权利要求1所述的环向角度及环向位移测量装置，其特征在于，所述剪切盒包括上剪切盒和下剪切盒，所述上剪切盒与所述下剪切盒之间粘接有所述测试样本；所述上剪切盒固定在环剪设备的框架上，所述测量滑块固定连接在所述下剪切盒上。

3.根据权利要求2所述的环向角度及环向位移测量装置，其特征在于，所述环剪设备为所述上剪切盒提供法向应力，所述环剪设备为所述下剪切盒提供扭矩，使所述测试样本发生剪切变形。

4.根据权利要求2所述的环向角度及环向位移测量装置，其特征在于，所述测量滑块采用钢材制作而成，所述测量滑块与所述下剪切盒通过螺栓固定连接。

5.根据权利要求2所述的环向角度及环向位移测量装置，其特征在于，所述测量滑块远离所述下剪切盒的一侧设有弧形凹陷部，所述弧形凹陷部与所述测量传感器相对设置。

6.根据权利要求5所述的环向角度及环向位移测量装置，其特征在于，所述测量传感器包括传感器本体、导线和指针，所述传感器本体固定安装在所述支架上，所述导线设于所述传感器本体的一端，所述指针设于所述传感器本体的另一端；所述导线与计算机控制系统连接，用于信号传输，所述指针指向所述弧形凹陷部。

7.根据权利要求6所述的环向角度及环向位移测量装置，其特征在于，所述测量传感器采用LVDT位移传感器，所述指针指向所述弧形凹陷部的弧底。

8.根据权利要求6所述的环向角度及环向位移测量装置，其特征在于，所述支架固定连接在所述环剪设备的框架上，所述支架与所述框架可拆卸地连接，所述传感器本体与所述支架通过调节螺栓固定，所述调节螺栓能够用于调节所述指针的指向。

9.根据权利要求6所述的环向角度及环向位移测量装置，其特征在于，所述测量滑块固定安装在所述下剪切盒上，所述测量滑块的弧底朝向所述上剪切盒，所述指针指向所述弧底的中心，所述指针的指向与所述下剪切盒的轴线平行。

10.一种环向角度及环向位移测量方法，其特征在于，适用于权利要求1至9中任一项所述的环向角度及环向位移测量装置，包括以下步骤：

连接测量传感器，将所述测量传感器安装在所述支架上，将所述测量传感器的导线与计算机控制系统连接；

测量滑块对中，移动所述测量滑块，使所述测量滑块的弧底与指针保持在同一直线上；

测量传感器调零，通过旋转调节螺栓，使所述测量传感器的指针归零；

进行环剪试验，向上剪切盒提供法向应力，向下剪切盒提供扭矩，使测试样本发生剪切破坏变形；

试验结果分析，根据所述测量传感器测得的轴向位移应变，计算所述下剪切盒的环向角度及环向位移。