CN110672819A - 岩石膨胀率自动试验仪 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种岩石膨胀率自动试验仪，包括底座，用于盛放试样并顶部开口的试样容器、用于检测试样膨胀变形量的测量单元和控制单元，测量单元的信号输出端与控制单元的信号输入端电连接，控制单元用于自动记录测量单元检测到的试样膨胀变形量。本发明优点在于解决了传统膨胀率试验仪精准性差、需要专人通宵看守并记录的缺陷，为实现大批量样品的膨胀率试验打下基础，提高了试验效率。

Description

岩石膨胀率自动试验仪

技术领域

本发明涉及膨胀率试验领域，尤其是涉及一种岩石膨胀率自动试验仪。

背景技术

膨胀岩含有大量的亲水矿物，能与水发生物料变化反应，使岩石随湿度变化而发生体积膨胀的一类特殊软岩，对构筑物产生很大的膨胀压力，严重影响工程的稳定性，甚至是地质灾害。因而，岩石膨胀性试验的测定是岩土工程领域中的一项重要工作。岩石膨胀性试验包括膨胀率试验和膨胀力试验，膨胀率试验是测量膨胀岩遇水后轴向变形的膨胀率。

《水利水电工程岩石试验规程》（SL264-2001）中的压力试验仪包括底座，底座上设置有一对摆柱和试样容器，两摆柱上通过横梁设置有加压单元，加压单元底部设置有压力传感器，试样容器内设置有套环，套环内自下而上依次放置透水板、试样、透水板和上压板，利用千分表观察位移变化。

《水利水电工程岩石试验规程》指出岩石膨胀率试验包括自由膨胀率试验和侧线约束膨胀率试验，并详细规定了具体操作规程。目前，在自由膨胀率试验或侧线约束膨胀率试验通常采用《水利水电工程岩石试验规程》中用到的试验仪，包括底座和试样容器，试样容器的四个侧壁中心位置以及顶壁的中心位置设置有千分表，每个千分表的测量头伸入试样容器内，当进行自由膨胀率试验时五个千分表均安装在试样容器上，当进行侧线约束膨胀率试验时，将试样容器侧壁上的千分表去掉并密封。

《水利水电工程岩石试验规程》规定装样后每隔10min读数一次，直至连续三次数据不变后开始浸水，浸水后第一小时内每隔10min读数一次，以后每隔1h读数一次，直至相邻读数差不大于0.001mm，整个浸水试验时间不得小于48h。因而，采用上述试验仪，整个试验过程均需要专人看守，常需要通宵值守，人工误差大；待检样品量通常比较多，工作量大，劳动强度高；并且千分表的测量头一直浸泡水中，容易锈蚀，加大测量误差；试验过程中要求水温变化不大于2℃，因而在常将试验仪搬运至恒温箱内，但是由于千分表架设在试样容器上，搬动中容易因碰撞而损坏。

发明内容

本发明目的在于提供一种能够自动采集并绘制成曲线的岩石膨胀率自动试验仪。

为实现上述目的，本发明采取下述技术方案：

本发明所述的岩石膨胀率自动试验仪，包括底座，用于盛放试样并顶部开口的试样容器、用于检测试样膨胀变形量的测量单元和控制单元，所述测量单元的信号输出端与所述控制单元的信号输入端电连接，控制单元用于自动记录测量单元检测到的试样膨胀变形量。

所述测量单元包括架设在所述试样容器正上方的轴向应变测量单元。

所述测量单元还包括设置在所述试样容器每个侧壁上的径向应变测量单元。

所述轴向应变测量单元包括立柱，所述立柱的顶部水平设置有安装杆，与所述试样容器底壁中心位置对应的安装杆上设置有竖向应变传感器。

所述径向应变测量单元包括设置在所述底座上的支架和设置在所述试样容器侧壁中心位置处的测头组件，所述支架上设置有用于测量所述测头组件变形量的水平应变传感器；四个测头组件同水平设置。

所述测头组件包括通过密封垫密封设置在所述试样容器的侧壁中心位置处的密封腔，所述密封腔内密封滑动设置有滑动杆，所述滑动杆的外端向外延伸出所述密封腔并开设有与所述水平应变传感器相配合的定位槽，而其内端的测头向内延伸至试样容器内。

所述测头与所述密封腔之间设置有密封环，密封腔与所述滑动杆之间设置有减压环。

所述试样容器的侧壁上部设置有水位探测器。

本发明优点在于解决了传统膨胀率试验仪精准性差、需要专人通宵看守并记录的缺陷，为实现大批量样品的膨胀率试验打下基础，具体优点为：

1）、本发明利用应变传感器监控待测试样的径向和轴向变形信号，PLC能够自动记录、处理变形信号并形成测试曲线，实现了待测试样膨胀率的自动化测定，准确率高，无需专人看守，节约人力，减轻劳动强度。

2）、本发明采用的测头组件为柱塞式结构，测头接触试样，待测试样膨胀后测头受力并带动滑动杆在密封腔内滑动，水平应变传感器自动采集读数，摒除了传统形式的千分表人工读数方式，提高了试验效率。

3）、本发明小巧，且应变传感器安装在底座上，便于搬运；可将试验仪搬至恒温箱内，满足《水利水电工程岩石试验规程》中规定的恒温试验条件。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是图1中测头组件的放大剖视结构示意图。

图3是本发明的电路控制图。

具体实施方式

如图1所示，本发明所述的岩石膨胀率自动试验仪，包括底座1，底座1上设置有用于盛放试样并顶部开口的试样容器2，用于检测试样膨胀变形量的测量单元和用于自动记录测量单元检测到的试样膨胀变形量数据的控制单元3，试样容器2内放置有两块透水板7和一个金属板8。

如图1、2所示，测量单元包括用于检测试样轴向膨胀变形量的轴向应变测量单元和四个用于检测试样径向膨胀变形量的径向应变测量单元；

轴向应变测量单元包括固定在底座1上的立柱4.1，立柱4.1的顶部水平设置有安装杆4.2，与所述试样容器2底壁中心位置对应的安装杆4.2上设置有竖向应变传感器4.3，竖向应变传感器4.3位于试样容器2的正上方，其感应头与试样容器2内待测试样顶部金属板8的中心位置接触；

径向应变测量单元包括设置在底座1上的支架5.1和设置在所述试样容器2侧壁竖中线上的测头组件，支架5.1上设置有水平应变传感器5.2；试样容器2每个侧壁的中心位置处开设有安装孔，测头组件包括通过密封垫5.3密封安装在安装孔内的密封腔5.4（密封垫5.3为两个，分别紧贴试样容器2侧壁的内面和外面，防止试样容器2漏水），密封腔5.4内密封滑动设置有滑动杆5.5，滑动杆5.5的外端向外延伸出所述密封腔5.4并开设有与水平应变传感器5.2相配合的定位槽5.6，而其内端的测头5.7向内延伸至试样容器2内并与待测试样接触；四个测头5.7位于同一水平面上；测头5.7与密封腔5.4之间设置有密封环5.8，密封腔5.4与滑动杆5.5之间设置有减压环5.9。

如图3所示，控制单元3包括带有显示屏、操作按键、USB接口和开关的控制面板，控制面板内置有可编程控制器（即PLC），PLC的信号输入端与水平应变传感器5.2的信号输出端、竖向应变传感器4.3的信号输出端电连接，用于自动记录和处理由水平应变传感器5.2和竖向应变传感器4.3传递的信号并形成测试曲线，PLC的数据输出端与显示屏的数据输入端电连接，显示屏能够显示试验数据。

如图1、3所示，试样容器2的一个侧壁下部开设有进出水接头，与外部的输水泵连通；试样容器2的一个侧壁上部设置有水位探测器6，水位探测器6的信号输出端与PLC的信号输入端电连接，控制单元3的控制面板上设置有报警器（报警器可以是灯光报警，也可以是声音报警器），PLC的信号输出端与报警器的信号输入端电连接，当试样容器2内的水位上升至水位探测器6位置时，报警器发出报警，提醒操作人员停止加水。

采用本发明测定待检试样自由膨胀率的具体操作流程如下：

（1）、先按照《水利水电工程岩石试验规程》（SL264-2001）加工待测试样，将其加工成直径为50mm（或为61.8mm）、厚度为1mm的圆柱形结构，并在待测试样的外环面上沿其周向对称放置一紫铜片；

（2）、将待测试样放入试样容器2内，试样容器2内自下而上依次放置有透水板、待测试样9、透水板和金属板8，确保待测试样9的四个紫铜片分别与径向应变测量单元一一对应，然后将本试验仪搬动至恒温箱内；

（3）、在试样上方安装竖向应变传感器4.3，其感应头与金属板8的中心接触；

（4）、分别调整试样容器2每个侧壁上的测头组件，使四个测头5.7指向同一个中心，确保每个测头5.7和与其对应的紫铜片接触，将水平应变传感器5.2的感应头分别卡装到与其对应的定位槽5.6内，使水平应变传感器5.2的感应头与滑动杆5.5处于同一轴线上，完成待测试样的安装；

（5）、关闭恒温箱，开启控制单元3的电源开关，控制单元3按照设定程度开始采集竖向应变传感器4.3和四个水平应变传感器5.2传递过来的变形数据，直至连续三次读数一致时，向试样容器2内注水，当水位上升至水位探测器6位置时，停止注水；注水后控制单元3按照《水利水电工程岩石试验规程》中规定的读数方式自动读数并记录变形数据，直至相邻读数差不大于0.001mm时停止试验，整个试验时间不少于48小时，完成待测试样的自由膨胀率的测定试验。

采用本发明测定待检试样侧线约束膨胀率的具体操作流程如下：

（1）、先按照《水利水电工程岩石试验规程》（SL264-2001）加工待测试样，将其加工成直径为50mm（或为61.8mm）、厚度为1mm的圆柱形结构，在待测试样的外环面上套装一个涂有凡士林的刚性金属环；

（2）、将待测试样放入试样容器2内，试样容器2内自下而上依次放置有透水板7、待测试样、透水板7和金属板8，然后将本试验仪搬至恒温箱内，在试样正上方安装竖向应变传感器4.3，使其感应头与金属板8的中心接触；

（3）、关闭恒温箱，开启控制单元3的电源开关，控制单元3按照设定程度开始采集竖向应变传感器4.3检测到的变形信号并自动处理，直至连续三次读数一致时，向试样容器2内注水，当水位上升至水位探测器6位置时，停止注水；注水后控制单元3按照《水利水电工程岩石试验规程》中规定的读数方式自动读数并记录变形数据，直至相邻读数差不大于0.001mm时停止试验，整个试验时间不少于48小时，完成待测试样的自由膨胀率的测定试验。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语 “前”、“后”、“左”、“右”、“垂直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系是基于附图所示的方位或位置关系，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装置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。

Claims (8)

1.一种岩石膨胀率自动试验仪，包括底座（1），用于盛放试样、顶部开口的试样容器（2）和用于检测试样膨胀变形量的测量单元；其特征在于：还包括控制单元（3），所述测量单元的信号输出端与所述控制单元（3）的信号输入端电连接，控制单元（3）用于自动记录测量单元检测到的试样膨胀变形量。

2.根据权利要求1所述的岩石膨胀率自动试验仪，其特征在于：所述测量单元包括架设在所述试样容器（2）正上方的轴向应变测量单元，用于检测试样的轴向膨胀变形量。

3.根据权利要求2所述的岩石膨胀率自动试验仪，其特征在于：所述测量单元还包括四个分别设置在所述试样容器（2）每个侧壁上的径向应变测量单元，用于检测试样的径向变形量。

4.根据权利要求3所述的岩石膨胀率自动试验仪，其特征在于：所述轴向应变测量单元包括立柱（4.1），所述立柱（4.1）的顶部水平设置有安装杆（4.2），与所述试样容器（2）底壁中心位置对应的安装杆（4.2）上设置有竖向应变传感器（4.3）。

5.根据权利要求3所述的岩石膨胀率自动试验仪，其特征在于：所述径向应变测量单元包括设置在所述底座（1）上的支架（5.1）和设置在所述试样容器（2）侧壁竖中线上的测头组件，所述支架（5.1）上设置有用于测量所述测头组件变形量的水平应变传感器（5.2）；四个测头组件同水平设置。

6.根据权利要求5所述的岩石膨胀率自动试验仪，其特征在于：所述测头组件包括通过密封垫（5.3）密封设置在所述试样容器（2）的侧壁中心位置处的密封腔（5.4），所述密封腔（5.4）内密封滑动设置有滑动杆（5.5），所述滑动杆（5.5）的外端向外延伸出所述密封腔（5.4）并开设有所述水平应变传感器（5.2）相配合的定位槽（5.6），而其内端的测头（5.7）向内延伸至试样容器（2）内。

7.根据权利要求6所述的岩石膨胀率自动试验仪，其特征在于：所述测头与所述密封腔（5.4）之间设置有密封环（5.8），密封腔（5.4）与所述滑动杆（5.5）之间设置有减压环（5.9）。

8.根据权利要求1所述的岩石膨胀率自动试验仪，其特征在于：所述试样容器（2）的侧壁上部设置有水位探测器（6）。

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