CN107817163A - 一种单轴压缩应变测量整合装置及测试方法 - Google Patents

一种单轴压缩应变测量整合装置及测试方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种单轴压缩应变测量整合装置和测试方法,主要用于测量岩样单轴压缩的变形。测量装置包括单轴压缩基本部分、横向应变测量部分、轴向应变测量部分和数据处理系统,单轴压缩基本部分包括压头、上垫块、下垫块、底座,横向应变测量部分包括X1、X2、X3横向应变测量器各一对,每个横向应变测量器含有固定支架、上下滑动轨道、垫圈、螺母、信号发射杆、导线、横向应变信号接收片,轴向应变测量部分包括信号发射器、轴向应变信号接收片、导线。本发明通过不断发射接收信号来确定变形量大小,减少机械式测量及反复调节的复杂性,而且岩样在受压过程中发生侧向不均匀变形,该装置在同一平面中三向同时测得横向变形量经处理后更加具有说服力。

Description

一种单轴压缩应变测量整合装置及测试方法
技术领域
本发明涉及一种单轴压缩应变测量整合装置,具体是一种用于测量岩样单轴压缩变形的应变测量整合装置及测试方法。
背景技术
岩石单轴压缩变形试验用于测定岩石试件在单轴压缩应力条件下的轴向及横向应变值,试件为直径50mm,高径比为2的圆柱体,据此计算岩石的弹性模量、泊松比以及得到应力与轴向应变及横向应变关系曲线,为后期试验与工程提供依据。弹性模量是岩石在线弹性阶段轴向应力与轴向应变之比,泊松比是在弹性模量相对应条件下的横向应变与轴向应变之比。
一般来说,试验方法分为电阻应变仪法和千分表法。电阻应变仪法按规定选择、粘贴电阻应变片,反复预压2~3次,按规定的加载方法和荷载等级,以0.5~1.0MPa/s的速度逐级加载,井读取应变值,直至试件破坏;千分表可直接安装在试件上测量轴向、横向变形,也可采用磁性表架,横向和轴向测表应安装在试件直径的对称轴上,试验同电阻应变仪法。以上两种方法在实际操作过程中均有弊端,岩样在轴向加压过程中,轴向和横向均有一定变形,其中横向变形具有不均匀性,即同一平面中各个方向的横向变形不统一,取其中一个值来作为该岩样单轴压缩横向变形量不具有说服力,而且用千分表法测轴向、横向变形之前需要调试初始变形值在一定范围区间,由于测表可移动范围非常小,这就给试验带来一定不便,同时测横向变形时测表的端部触到岩样的侧面,干扰到岩样破坏时的原状性,进而影响数据。
因此,有必要寻找一种新的单轴压缩应变测量装置和测试方法,目的是提供一种可以全方位测量岩样破坏时的变形量,又不干扰破坏时的原状岩样,并且降低操作难度。基于以上思想,设计了该种单轴压缩应变测量整合装置及测试方法。
发明内容
本发明第一方面的一个目的是克服现有技术中变形测量的缺陷,提供基于信号发射、接收与反馈的单轴压缩应变测量整合装置,在测量横向应变时,整合同平面不同方向的横向变形,在岩样破坏过程中不干扰其原状性,降低操作难度。
本发明第二方面的一个目的是提供单轴压缩应变测量整合装置的测试方法。
根据本发明的第一方面,本发明提供一种单轴压缩应变测量整合装置,包括压头、上垫块、金属块、岩样、下垫块、底座、X1横向应变测量器、X2横向应变测量器、X3横向应变测量器、固定支架、上下滑动轨道、垫圈、螺母、信号发射杆、导线、横向应变信号接收片、信号发射器、轴向应变信号接收片和数据处理系统。压头、上垫块、下垫块、底座组成了单轴压缩基本部分;X1横向应变测量器、X2横向应变测量器、X3横向应变测量器各一对,共六个,组成了横向应变测量部分,每个横向应变测量器都含有固定支架、上下滑动轨道、垫圈、螺母、信号发射杆、导线、横向应变信号接收片;信号发射器、轴向应变信号接收片、导线组成了轴向应变测量部分;X1横向应变测量器、X2横向应变测量器、X3横向应变测量器与轴向应变测量部分通过底座内置导线将测得的数据传至数据处理系统。
进一步地,所述单轴压缩应变测量整合装置还包括,上垫块为三层圆柱体圆心同轴焊接,上、下层厚,中间层薄,其中中间层一侧凸出一个金属块,与上垫块的中间层焊接;下垫块与底座圆心同轴焊接,并且在下垫块的上表面标有三条直径互成60度的刻度线,分别指向三对X1横向应变测量器、X2横向应变测量器、X3横向应变测量器。
进一步地,所述单轴压缩应变测量整合装置还包括横向应变测量部分,该部分包括X1横向应变测量器、X2横向应变测量器、X3横向应变测量器各一对,共六个;每个横向应变测量器由焊接在底座上的固定支架通过挖空的上下滑动轨道供信号发射杆穿过,并用垫圈和螺母加以固定而组成的,信号发射杆头部供发射信号,杆部为螺旋状;导线连接固定支架底部接头与贴合于岩样侧面的横向应变信号接收片。
进一步地,所述单轴压缩应变测量整合装置还包括轴向应变测量部分,该部分由焊接在底座的信号发射器和贴附于金属块底面的轴向应变信号接收片通过导线连接。
根据本发明的第二方面,本发明提供用于测量岩样的单轴压缩应变测量整合装置的测试方法,包括:
第一步:取待测岩石,将其钻取、切割、打磨至50mm×100mm标准压缩实验圆柱体的岩样,试样加工精度、压缩仪器要求及准备、试样放置要求均按照国际岩石力学学会标准;
第二步:在岩样顶面用铅笔画三条互成60度的直径,把圆分成面积、形状相等的6份,然后将每条直径与圆相交点,沿着侧面做竖直向下的直线,延伸至底部,再在圆柱体侧面画一圆周将其分成上下高度相同两部分,该圆与侧面上的直线相交的点为待测点;
第三步:将岩样倒立放置于下垫块上,此时需注意,岩样底面画的三条直径与下垫块的三条直径刻度线完全重合;
第四步:将固定支架上的信号发射杆对准岩样侧面的待测点,并调整好角度,加以固定,导线一端连接的横向应变信号接收片贴附在待测点上,另一端则连在固定支架底部接头上;
第五步:将上垫块轻放在岩样顶面,其圆心与岩样圆心重合,上垫块凸出的金属块对准底座上固定的信号发射器,放置好后,将导线一端连接的轴向应变信号接收片贴附在金属块底面,另一端则连在信号发射器的接头上;
第六步:在电脑中输入相关参数后,开启单轴压缩仪,岩样在压缩过程中的变形由信号发射、接收及反馈得到,测得的变形量通过数据处理系统传到电脑,其中:
横向应变:εx=(Δx1+Δx2+Δx3)/3d
轴向应变:εy=Δy/h
d为岩样横截面平均直径,h为岩样平均高度。
本发明的单轴压缩应变测量整合装置通过发射、接收与反馈信号,将岩样受压过程中的轴向与横向变形量记录下来,其中在记录横向变形时,通过三条不同方向的横向变形量经整合得到最终横向应变,这样不会受到岩样变形的不均匀性的干扰,同时在岩样破坏过程中,该装置不干扰其原状性,不会影响其最终试验结果,而且该装置简单易用,大大降低操作难度。
附图说明
图1为本发明单轴压缩应变测量整合装置的结构示意图。
图2为本发明单轴压缩应变测量整合装置的俯视图。
图3为本发明单轴压缩应变测量整合装置中横向应变测量部分的侧视图。
图4为本发明单轴压缩应变测量整合装置中轴向应变测量部分的侧视图。图中标号说明:1-压头,2-上垫块,3-金属块,4-岩样,5-下垫块,6-底座,7-X1横向应变测量器,8-X2横向应变测量器,9-X3横向应变测量器,10-固定支架,11-上下滑动轨道,12-垫圈,13-螺母,14-信号发射杆,15-导线,16-横向应变信号接收片,17-信号发射器,18-轴向应变信号接收片,19-数据处理系统。
具体实施方式
以下结合说明书附图和实施例对本发明专利做进一步的详细说明。
如图1、图2所示,该单轴压缩应变测量整合装置,包括包括单轴压缩基本部分、横向应变测量部分、轴向应变测量部分和数据处理系统19,其中,单轴压缩基本部分包括压头1、上垫块2、下垫块5、底座6;横向应变测量部分包括X1横向应变测量器7、X2横向应变测量器8、X3横向应变测量器9各一对,每个横向应变测量器都含有固定支架10、上下滑动轨道11、垫圈12、螺母13、信号发射杆14、导线15、横向应变信号接收片16;轴向应变测量部分包括信号发射器17、轴向应变信号接收片18、导线15。
上垫块2为三层圆柱体圆心同轴焊接,上、下层厚,中间层薄,其中中间层一侧凸出一个金属块3,与上垫块2的中间层焊接;下垫块5与底座6圆心同轴焊接,并且在下垫块5的上表面标有三条直径互成60度的刻度线,分别指向三对X1横向应变测量器7、X2横向应变测量器8、X3横向应变测量器9。
如图3所示,横向应变测量部分包括X1横向应变测量器7、X2横向应变测量器8、X3横向应变测量器9各一对,共六个;每个横向应变测量器由焊接在底座6上的固定支架10通过挖空的上下滑动轨道11供信号发射杆14穿过,并用垫圈12和螺母13加以固定而组成的,信号发射杆14头部供发射信号,杆部为螺旋状;导线15连接固定支架10底部接头与贴合于岩样4侧面的横向应变信号接收片16。
如图4所示,轴向应变测量部分由焊接在底座6的信号发射器17和贴附于金属块3底面的轴向应变信号接收片18通过导线15连接。
如图1、图2所示,X1横向应变测量器7、X2横向应变测量器8、X3横向应变测量器9与轴向应变测量部分通过底座6内置导线15将测得的数据传至数据处理系统19。
采用上述单轴压缩应变测量整合装置的测试方法,包括以下步骤:
第一步:取待测岩石,将其钻取、切割、打磨至50mm×100mm标准压缩实验圆柱体的岩样4,试样加工精度、压缩仪器要求及准备、试样放置要求均按照国际岩石力学学会标准;
第二步:在岩样4顶面用铅笔画三条互成60度的直径,把圆分成面积、形状相等的6份,然后将每条直径与圆相交点,沿着侧面做竖直向下的直线,延伸至底部,再在圆柱体侧面画一圆周将其分成上下高度相同两部分,该圆与侧面上的直线相交的点为待测点;
第三步:将岩样4倒立放置于下垫块5上,此时需注意,岩样4底面画的三条直径与下垫块5的三条直径刻度线完全重合;
第四步:将固定支架10上的信号发射杆14对准岩样4侧面的待测点,并调整好角度,加以固定,导线15一端连接的横向应变信号接收片16贴附在待测点上,另一端则连在固定支架10底部接头上。
第五步:将上垫块2轻放在岩样4顶面,其圆心与岩样4圆心重合,上垫块2凸出的金属块3对准底座6上固定的信号发射器17,放置好后,将导线15一端连接的轴向应变信号接收片18贴附在金属块3底面,另一端则连在信号发射器17的接头上;
第六步:在电脑中输入相关参数后,开启单轴压缩仪,岩样在压缩过程中的变形由信号发射、接收及反馈得到,测得的变形量通过数据处理系统19传到电脑,其中:
横向应变:εx=(Δx1+Δx2+Δx3)/3d
轴向应变:εy=Δy/h
d为岩样横截面平均直径,h为岩样平均高度。
本发明按照实施例进行了说明,在不脱离本发明适用性和原理的情况下本产品还可以作出若干改进,凡采用等同替换或等效替换等方式所获得的技术方案,均落在本发明的保护范围内,利用信号的发射、接收及反馈来记录变形量、同一平面三条不同方向同时记录横向变形等均在本专利保护范围内。

Claims (3)

1.一种单轴压缩应变测量整合装置,包括压头(1)、上垫块(2)、金属块(3)、岩样(4)、下垫块(5)、底座(6)、X1横向应变测量器(7)、X2横向应变测量器(8)、X3横向应变测量器(9)、固定支架(10)、上下滑动轨道(11)、垫圈(12)、螺母(13)、信号发射杆(14)、导线(15)、横向应变信号接收片(16)、信号发射器(17)、轴向应变信号接收片(18)和数据处理系统(19),其特征在于:所述的压头(1)、上垫块(2)、下垫块(5)、底座(6)组成了单轴压缩基本部分;所述的X1横向应变测量器(7)、X2横向应变测量器(8)、X3横向应变测量器(9)各一对,共六个,组成了横向应变测量部分,每个横向应变测量器都含有固定支架(10)、上下滑动轨道(11)、垫圈(12)、螺母(13)、信号发射杆(14)、导线(15)、横向应变信号接收片(16);所述的信号发射器(17)、轴向应变信号接收片(18)、导线(15)组成了轴向应变测量部分;所述的X1横向应变测量器(7)、X2横向应变测量器(8)、X3横向应变测量器(9)与轴向应变测量部分通过底座(6)内置导线(15)将测得的数据传至数据处理系统(19)。
2.根据权利要求1所述的一种单轴压缩应变测量整合装置,其特征在于:上垫块(2)为三层圆柱体圆心同轴焊接,上、下层厚,中间层薄,其中中间层一侧凸出一个金属块(3),与上垫块(2)的中间层焊接,下垫块(5)与底座(6)圆心同轴焊接,并且在下垫块(5)的上表面标有三条直径互成60度的刻度线,分别指向三对X1横向应变测量器(7)、X2横向应变测量器(8)、X3横向应变测量器(9);横向应变测量部分包括X1横向应变测量器(7)、X2横向应变测量器(8)、X3横向应变测量器(9)各一对,共六个,每个横向应变测量器由焊接在底座(6)上的固定支架(10)通过挖空的上下滑动轨道(11)供信号发射杆(14)穿过,并用垫圈(12)和螺母(13)加以固定而组成的,信号发射杆(14)头部供发射信号,杆部为螺旋状,导线(15)连接固定支架(10)底部接头与贴合于岩样(4)侧面的横向应变信号接收片(16);轴向应变测量部分由焊接在底座(6)的信号发射器(17)和贴附于金属块(3)底面的轴向应变信号接收片(18)通过导线(15)连接。
3.一种单轴压缩应变测量整合装置的测试方法,其特征在于包括以下步骤:
第一步:取待测岩石,将其钻取、切割、打磨至50mm×100mm标准压缩实验圆柱体的岩样(4),试样加工精度、压缩仪器要求及准备、试样放置要求均按照国际岩石力学学会标准;
第二步:在岩样(4)顶面用铅笔画三条互成60度的直径,把圆分成面积、形状相等的6份,然后将每条直径与圆相交点,沿着侧面做竖直向下的直线,延伸至底部,再在圆柱体侧面画一圆周将其分成上下高度相同两部分,该圆与侧面上的直线相交的点为待测点;
第三步:将岩样(4)倒立放置于下垫块(5)上,此时需注意,岩样(4)底面画的三条直径与下垫块(5)的三条直径刻度线完全重合;
第四步:将固定支架(10)上的信号发射杆(14)对准岩样(4)侧面的待测点,并调整好角度,加以固定,导线(15)一端连接的横向应变信号接收片(16)贴附在待测点上,另一端则连在固定支架(10)底部接头上;
第五步:将上垫块(2)轻放在岩样(4)顶面,其圆心与岩样(4)圆心重合,上垫块(2)凸出的金属块(3)对准底座(6)上固定的信号发射器(17),放置好后,将导线(15)一端连接的轴向应变信号接收片(18)贴附在金属块(3)底面,另一端则连在信号发射器(17)的接头上;
第六步:在电脑中输入相关参数后,开启单轴压缩仪,岩样在压缩过程中的变形由信号发射、接收及反馈得到,测得的变形量通过数据处理系统(19)传到电脑,其中:
横向应变:εx=(Δx1+Δx2+Δx3)/3d
轴向应变:εy=Δy/h
d为岩样横截面平均直径,h为岩样平均高度。
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Application publication date: 20180320

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