CN113447350A - 一种岩石方形试样侧向不均匀变形的测量装置 - Google Patents

一种岩石方形试样侧向不均匀变形的测量装置 Download PDF

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Abstract

一种岩石方形试样侧向不均匀变形的测量装置，包括至少一套测量单元，每个测量单元对应一个水平面，包括固定滑块、拉力装置以及位移测量机构，固定滑块为一L型结构，固定滑块的缺口卡在岩土试样的拐角处，并通过拉力装置顺次连接成一环抱在岩石试样测量平面外部的伸缩式抱紧支撑环体；拉力装置设置在相邻两固定滑块之间，包括拉簧和伸缩杆；位移测量机构设置在相邻两固定滑块之间，包括位移测定器和位移限定杆，位移测定器沿位移限定杆轴向布置，位移测定器的测量端安装在一侧的固定滑块上，位移测定器的连接端通过位移限定杆连接在另一侧的固定滑块上。本发明的有益效果：可在任意条件下测量岩石试样在任意平面的不同方向上的侧向不均匀变形。

Description

一种岩石方形试样侧向不均匀变形的测量装置
技术领域
本发明属于岩石基本力学性质试验技术领域，涉及一种岩石方形试样侧向不均匀变形的测量装置。
背景技术
岩石基本力学性质试验是研究岩石各种力学性质的基础，其中岩石的变形试验和岩石的侧向变形参数是表征岩石基本力学性质的重要环节。
目前侧向变形数据的测定主要关注的是圆柱形标准试样的测定，圆柱形试样的测定主要涉及环向非均匀曲面的测量精确度问题。除此以外，方样的侧向变形测定方法的研究比较少，主要的方法是电阻应变片法，通过电阻应变片电阻变化来测量岩石试样的侧向变形，但是这种方法对于试验人员的要求比较高，每次测量时都需要进行应变片的粘贴；在试验过程中，岩石试样的破裂会对应变片产生较大影响，导致无法得到比较可靠数据。目前主流方法针对的是侧向最大变形的水平面，无法考虑纵向各个平面的不均匀变形，以及它们侧向变形的整体性影响。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供一种岩石方形试样侧向不均匀变形的测量装置，可在大多数外界条件，任意时刻测定方形岩石试样在各个平面上的侧向变形。具有测量程序简便、安装快速、可重复利用等优点，可以满足绝大多数情况下岩石力学性质试验中岩石试样侧向不均匀变形测量需求。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种岩石方形试样侧向不均匀变形的测量装置，其特征在于：包括至少一套测量单元，每个所述测量单元对应一个水平面，包括固定滑块、拉力装置以及位移测量机构，所述固定滑块为一L型结构，所述固定滑块的缺口卡在所述岩土试样的拐角处，并通过拉力装置顺次连接成一环抱在岩石试样测量平面外部的伸缩式抱紧支撑环体；所述拉力装置设置在相邻两固定滑块之间，包括拉簧和伸缩杆，所述伸缩杆同轴穿设于所述拉簧内，所述伸缩杆的端部、所述拉簧的端部共同连接在相邻两所述固定滑块上，用于保证固定滑块与岩石试样测量平面贴紧的同时限制固定滑块的竖向位移；所述位移测量机构设置在相邻两固定滑块之间，包括位移测定器和位移限定杆，所述位移测定器沿所述位移限定杆轴向布置，并且所述位移测定器的测量端可拆卸地安装在一侧的所述固定滑块上，所述位移测定器的连接端通过位移限定杆连接在另一侧的所述固定滑块上。
进一步，所述固定滑块包括第一固定滑块、第二固定滑块、旋转螺栓和可变滑片，所述第一固定滑块面向所述第二固定滑块的端面上设有滑槽；所述第二固定滑块上设有螺纹孔；所述旋转螺栓穿设于所述螺纹孔中，并与之螺纹连接；所述可变滑片通过所述旋转螺栓固定在所述第二固定滑块面向第一固定滑块的一侧，所述可变滑片卡入所述滑槽内，实现所述第一固定滑块与所述第二固定滑块之间的连接。
进一步，所述第一固定滑块、第二固定滑块的面向岩石试样测量平面的内端面上均增设用于直接与岩石试样测试平面接触的垫片。
进一步，在所述第一固定滑块、第二固定滑块连接拉力装置的端面上均设置有弹簧挂销，所述拉力弹簧通过弹簧挂销连接在相邻第一固定滑块、第二固定滑块之间。
进一步，在所述第一固定滑块、第二固定滑块连接位移测量机构的端面上设置紧固锁孔，所述位移限位杆的第一端插入、所述位移测定器的测试端分别插入相邻的所述第一固定滑块、第二固定滑块的紧固锁孔内，并通过相应的紧固螺丝固定；所述位移限位杆的第二端安装位移限定环；所述位移测定器的连接端通过第二紧固螺丝与所述位移限定环固定连接。
进一步，所述位移测量器包括千分表和LVDT位移传感器。
进一步，本发明还包括数据处理器，所述数据处理器的信号输入端与所述千分表的信号输出端、所述LVDT位移传感器的信号输出端电连接或无线信号连接。
进一步，所述第一固定滑块、所述第二固定滑块的端面上均设有弹簧挂销，所述拉力弹簧通过弹簧挂销连接在相邻两固定滑块之间。
本发明的有益效果：本发明的岩石方形试样侧向变形测量装置，可在任意条件下测量岩石试样在任意平面的不同方向上的侧向不均匀变形，具有测量程序简便、安装快速、可重复利用等优点，可以满足不同情况下岩石力学性质试验中岩石试样侧向不均匀变形测量需求。
附图说明
图1为本发明的结构示意图(F代表施力方向)；
图2为本发明的俯视图；
图3为本发明的单个测量单元的结构示意图；
图4为本发明的第二固定滑块结构图；
图5为本发明的第一固定滑块结构图；
图6为本发明的位移限定环的局部示意图；
图7为本发明的旋转螺栓和可变滑块的连接示意图；
图中，1—固定滑块，11—第一固定滑块，111—滑槽，12—第二固定滑块，13—旋转螺栓，14—可变滑片，15—垫片，16—弹簧挂销，17—紧固锁孔，18—紧固螺丝；2—拉力装置，21—拉簧，22—伸缩杆；3—位移测量机构，31—千分表，32—LVDT位移传感器，33—位移限位杆，34—位移限定环，341—锁紧螺栓；4—岩石试样。
具体实施方式
下面结合附图进一步说明本发明。
实施例1如图1～4所示，本发明所述的一种岩石方形试样侧向不均匀变形的测量装置，包括三套测量单元，每个所述测量单元对应一个水平面，包括4块固定滑块1、4套拉力装置2以及4套位移测量机构3，所述固定滑块1为一L型结构，所述固定滑块1的缺口卡在所述岩土试样4的四个拐角处，并通过拉力装置2顺次连接成一环抱在岩石试样4测量平面外部的伸缩式抱紧支撑环体；所述拉力装置2设置在相邻两固定滑块之间，包括拉簧21和伸缩杆22，所述伸缩杆22同轴穿设于所述拉簧21内，所述伸缩杆22的端部、所述拉簧21的端部共同连接在相邻两所述固定滑块1上，用于保证固定滑块1与岩石试样4测量平面贴紧的同时限制固定滑块的竖向位移；所述位移测量机构3设置在相邻两固定滑块1之间，包括位移测定器和位移限定杆33，所述位移测定器沿所述位移限定杆33轴向布置，并且所述位移测定器的测量端可拆卸地安装在一侧的所述固定滑块上，所述位移测定器的连接端通过位移限定杆连接在另一侧的所述固定滑块上。
所述固定滑块1包括第一固定滑块11、第二固定滑块12、旋转螺栓13和可变滑片14，所述第一固定滑块11和所述第二固定滑块均为矩形块，且所述第一固定滑块11的长度小于所述第二固定滑块的长度；所述第一固定滑块11面向所述第二固定滑块12的端面上设有滑槽111；所述第二固定滑块12上设有螺纹孔；所述旋转螺栓13穿设于所述螺纹孔中，并与之螺纹连接；所述可变滑片14通过所述旋转螺栓13固定在所述第二固定滑块12面向第一固定滑块11的一侧，所述可变滑片14卡入所述滑槽111内，实现所述第一固定滑块11与所述第二固定滑块12之间的连接。所述的可变滑片14与旋转螺栓13紧固连接，并抛光磨砂和润滑处理，减小在连接过程中的摩擦力影响。在装置安装过程中，可变滑片14插入滑槽111，根据岩石试样的情况和其余方向的连接情况，移动可变滑片，并通过旋转螺栓13固定。
所述滑槽111和可变滑片14能够限制第一固定滑块11与所述第二固定滑块12的相对位置，与所述的拉簧21产生的拉力，将四组固定滑块1共同固定在同一水平面内。
所述第一固定滑块11、第二固定滑块12的面向岩石试样测量平面的内端面上均增设用于直接与岩石试样测试平面接触的垫片15，所述的垫片15优先选用具有较好弹性性能的支座，同时在与岩石试样4的接触表面进行增阻喷砂处理，从而提高与试样表面的摩擦力。
固定滑块1主要通过拉簧21提供的拉力固定在岩石试样4上，且不会对加载过程中岩石试样4的侧向变形产生较大的影响，所述的伸缩杆22可根据拉簧21的变化产生相应的变形，其变化主要位于伸缩杆22中部的变形机构，伸缩杆22两端与固定滑块1紧固连接；在所述第一固定滑块11、第二固定滑块12连接拉力装置2的端面上均设置有弹簧挂销16，所述拉力弹簧21通过弹簧挂销16连接在相邻第一固定滑块、第二固定滑块之间。
在所述第一固定滑块11、第二固定滑块12连接位移测量机构的端面上设置紧固锁孔17，所述位移限位杆33的第一端插入、所述位移测定器的测试端分别插入相邻的所述第一固定滑块11、第二固定滑块12的紧固锁孔17内，并通过相应的紧固螺丝18固定；所述位移限位杆33的第二端安装一个半径较大的位移限定环34(半径约为位移限定杆的2倍)，用于固定测量装置的位移；所述位移测定器的连接端通过相应的紧固螺丝18与所述位移限定环34固定连接。
所述位移测量机构3为四套，分别对应四个方向，用于测量岩土试样侧向位移的变形量；所述位移测量机构3采用整体可拆卸结构，在不同的侧向测量试验可反复使用。
所述位移测量器包括千分表31和LVDT位移传感器322，所述的千分表31优先选用具有数显功能，能够实时显示所测数据并能够自动记录储存，且便于清零的电子型千分表。所述的千分表31和LVDT位移传感器322通过与外部的控制器信号连接，可以实现实时数据的记录。所述的千分表31和LVDT位移传感器322一侧通过紧固锁孔17与固定滑块1直接连接，另一侧通过位移限定环34和位移限位杆33与另一侧的固定滑块连接，共同作为一个位移测量机构3。所述的位移测定器与位移限位杆33平行，仅在进行侧向位移测量时变形。
在所述的固定滑块1外部有固定螺栓，在拉力弹簧和固定滑块共同将测量装置固定于试样上以后，可以通过固定螺栓保证测量装置的位置稳定。
在所述位移限位环34的径向设有锁紧螺栓341。
所述固定滑块1与其他装置采用紧固连接，紧固连接包括固定锁孔17及紧固螺栓18；所述固定锁孔17安装在第一固定滑块11以及第二固定滑块12内，通过固螺栓18将位移测量机构3和拉力装置2预先固定在固定滑块1上。
本发明还包括数据处理器，所述数据处理器的信号输入端与所述千分表31的信号输出端、所述LVDT位移传感器322的信号输出端电连接或无线信号连接。
实施例2下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
本实施例中，如图1所示，安装3套测量单元，根据测量需要将每个测量单元安装在待测平面上。以一个测量单元为例，详细描述每一个测量单元的安装过程。每个测量单元安装在岩石方样的四个侧面，通过固定滑块1的第一固定滑块11、第二固定滑块12两部分，将测量单元沿岩石试样的顺时针或逆时针方向安装，且通过每个测量方向的拉力装置2，将测量单元固定在待测的水平面内。岩石试样4与固定滑块1之间设置垫片15，能够限制测量单元对岩石试样本身变形的影响，同时通过喷砂增阻的方式，提高摩擦力，从而固定测量单元；位移限位杆33采用空心结构，从而降低装置的整体自重；固定锁孔17在制作安装前先进行抛光减阻处理，从而降低装置本身的摩擦力对位移测定的影响；测量单元整体采用整体可拆卸式结构，无需进行零部件的安装即可使用。
首先将一个测量单元固定在岩石试样4上，通过将第二固定滑块12上的可变滑片14插入相邻第一固定滑块11的滑槽111，将第一固定滑块11、第二固定滑块12通过拉力装置2顺向连接在一起，把测量单元固定在岩石试样4上；同时将固定滑块1通过垫片15固定于岩石试样4的四个角点上，在拉簧21拉力的作用下，保证测量单元与岩石试样4的测试平面之间的紧密贴合，然后旋转旋转螺栓13，从而使可变滑块14的位置不变，保证测量单元的水平位置。
每个测量单元通过位移限位杆33和位移限定环34防止位移测定器发生过大的变形而损坏，位移限位杆33通过与一端的短固定滑块紧固连接，保证其整体性；位移限定环34通过紧固螺栓与位移限位杆33紧固连接，将位移测定器的最大位移限制在允许范围内，千分表31和LVDT位移测定器3的传感器不会进行继续拉伸而导致破坏。
按照上述安装步骤，安装剩余测量单元。将岩石试样4放入压力试验机，将千分表31和LVDT位移传感器32连接至计算机，对岩石试样4加载，岩石在不同的水平面上产生侧向的不均匀变形，测量单元的千分表31和LVDT位移传感器32同时产生变形，千分表31实时记录侧向变形量，LVDT位移传感器32将变形信号传递给数据处理器，从而得到方形试样的侧向不均匀变形数据。
本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也包括本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。

Claims (7)

1.一种岩石方形试样侧向不均匀变形的测量装置，其特征在于：包括至少一套测量单元，每个所述测量单元对应一个水平面，包括固定滑块、拉力装置以及位移测量机构，所述固定滑块为一L型结构，所述固定滑块的缺口卡在所述岩土试样的拐角处，并通过拉力装置顺次连接成一环抱在岩石试样测量平面外部的伸缩式抱紧支撑环体；所述拉力装置设置在相邻两固定滑块之间，包括拉簧和伸缩杆，所述伸缩杆同轴穿设于所述拉簧内，所述伸缩杆的端部、所述拉簧的端部共同连接在相邻两所述固定滑块上；所述位移测量机构设置在相邻两固定滑块之间，包括位移测定器和位移限定杆，所述位移测定器沿所述位移限定杆轴向布置，并且所述位移测定器的测量端可拆卸地安装在一侧的所述固定滑块上，所述位移测定器的连接端通过位移限定杆连接在另一侧的所述固定滑块上。
2.如权利要求1所述的一种岩石方形试样侧向不均匀变形的测量装置，其特征在于：所述固定滑块包括第一固定滑块、第二固定滑块、旋转螺栓和可变滑片，所述第一固定滑块面向所述第二固定滑块的端面上设有滑槽；所述第二固定滑块上设有螺纹孔；所述旋转螺栓穿设于所述螺纹孔中，并与之螺纹连接；所述可变滑片通过所述旋转螺栓固定在所述第二固定滑块面向第一固定滑块的一侧，所述可变滑片卡入所述滑槽内，实现所述第一固定滑块与所述第二固定滑块之间的连接。
3.如权利要求2所述的一种岩石方形试样侧向不均匀变形的测量装置，其特征在于：所述第一固定滑块、第二固定滑块的面向岩石试样测量平面的内端面上均增设用于直接与岩石试样测试平面接触的垫片。
4.如权利要求3所述的一种岩石方形试样侧向不均匀变形的测量装置，其特征在于：在所述第一固定滑块、第二固定滑块连接拉力装置的端面上均设置有弹簧挂销，所述拉力弹簧通过弹簧挂销连接在相邻第一固定滑块、第二固定滑块之间。
5.如权利要求3所述的一种岩石方形试样侧向不均匀变形的测量装置，其特征在于：在所述第一固定滑块、第二固定滑块连接位移测量机构的端面上设置紧固锁孔，所述位移限位杆的第一端插入、所述位移测定器的测试端分别插入相邻的所述第一固定滑块、第二固定滑块的紧固锁孔内，并通过相应的紧固螺丝固定；所述位移限位杆的第二端安装位移限定环；所述位移测定器的连接端通过第二紧固螺丝与所述位移限定环固定连接。
6.如权利要求5所述的一种岩石方形试样侧向不均匀变形的测量装置，其特征在于：所述位移测量器包括千分表和LVDT位移传感器。
7.如权利要求6所述的一种岩石方形试样侧向不均匀变形的测量装置，其特征在于：还包括数据处理器，所述数据处理器的信号输入端与所述千分表的信号输出端、所述LVDT位移传感器的信号输出端电连接或无线信号连接。
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