CN201247053Y - 岩石径向应变测量装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种岩石径向应变测量装置，包括横向变形环、锁紧簧、引伸臂、滑动位移板、位移传感器固定架，其特征在于：横向变形环为开口圆形，引伸臂与横向变形环为整体加工形成一体，引伸臂上有孔，孔安装滑动位移板和位移传感器固定架，滑动位移板一端为三角形，另一端有孔，螺栓通过孔和引伸臂上孔将滑动位移板固定在一条引伸臂上面；位移传感器固定架一端开有孔，螺栓通过孔和引伸臂上孔将位移传感器固定架固定在引伸臂上，位移传感器安装在位移传感器固定架孔中，锁紧簧分别与两条引伸臂螺丝孔上的螺钉顶端连接，把横向变形环固定在岩样上。结构简单，使用方便。测量量程大，保证了大变形岩石径向应变的测量。

Description

岩石径向应变测量装置

技术领域

本实用新型涉及岩石变形测量技术领域，更具体涉及一种岩石径向变形测量装置。

背景技术

目前，岩石力学试验中的变形测量方法大致可以分为三大类：机械方法、光学方法和电学方法。机械方法包括千分表法、差动变压器测量法等；光学方法包括光弹方法、激光全息方法等；电学方法主要是电阻应变片法。

在常规三轴试验中，对于大变形岩石径向应变的测量，一般采用以下两种方法：(1)间接测量方法，通过测量岩样的体积变化(即测量压力室内油液的排出量)和轴向变形量，计算出岩样的径向变形量。(2)试验完成后测量岩样的最终径向变形。上述两种方法存在的主要问题是：前者测量到的是岩样的平均径向变形，与一般试验测到的径向应变有一定差别；后者则不能测到试验过程中每个阶段试样的径向应变。

发明内容

本实用新型的目的是在于提供了一种岩石径向应变测量装置，该装置通过锁紧簧施加的拉力将横向变形环固定在岩样上，岩样产生径向变形，从而引起横向变形环产生膨胀，开口增大，引起两条引伸臂带动滑动位移板和位移传感器(LVDT)固定架移动，位移传感器(LVDT)伸缩杆因而会伸长，通过公式换算就可得到圆柱形岩样的径向变形。试验过程中测量点不会随岩样变形而变动，能准确反映岩样同一断面上的径向应变变化规律。

本实用新型由横向变形环、引伸臂、滑动位移板、位移传感器(LVDT)、位移传感器(LVDT)固定架、锁紧簧组成。横向变形环为一个，横向变形环为开口圆形；引伸臂为两条，与横向变形环整体加工形成一体，两条引伸臂上面各有四个孔，都是螺丝孔，其中各有两个孔安装有螺钉，用于连接锁紧簧，另两个孔用来安装滑动位移板和位移传感器(LVDT)固定架；滑动位移板为一个，滑动位移板一端是倾斜角度为30度的光滑斜面，另一端有两个安装孔，用螺栓通过这两个安装孔和引伸臂上的两个螺丝孔把滑动位移板固定在一条引伸臂上面；位移传感器(LVDT)固定架为一个，位移传感器(LVDT)固定架一端有一个较大的安装孔和一个螺丝孔，用于安装位移传感器(LVDT)，另一端开有两个安装孔，用螺栓通过这两个安装孔和引伸臂上的两个螺丝孔把位移传感器(LVDT)固定架固定在一条引伸臂上面；位移传感器(LVDT)为一个，位移传感器(LVDT)安装在位移传感器(LVDT)固定架一端的安装孔中；锁紧簧为两根，两锁紧簧的两端分别安装在引伸臂螺丝孔上的螺钉顶端连接，把横向变形环固定在岩样上。

试验时，先将横向变形环套在岩样上，然后松开锁紧簧，在锁紧簧的拉力作用下，横向变形环与岩样表面紧密接触，从而使其牢固地固定在岩样上，保证试验过程中横向变形环与岩样在轴向方向上不会发生滑移，能准确测量岩样同一断面上的径向变形。

试验过程中，岩样产生径向变形，从而引起横向变形环产生膨胀，开口增大，引起两条引伸臂带动滑动位移板和位移传感器(LVDT)固定架移动，位移传感器(LVDT)伸缩杆因而会伸长，与位移传感器(LVDT)相连的数据采集器通过计算机就会把伸缩杆的变形记录下来。由于对称性，滑动位移板和位移传感器(LVDT)固定架移动的位移相等，记为x，则横向变形环的周长增加了2x，位移传感器

(LVDT)伸缩杆和滑动位移板斜面的相对水平位移也为2x，如图1所示，记滑动位移板斜面的倾斜角度为θ，记位移传感器(LVDT)伸缩杆垂直方向上的伸长量为y，如图11所示：

y＝2x·tgθ                                         (1)

假定试验前岩样的直径为D，试验过程中岩样直径的增加量为ΔD，则有：

π·ΔD＝2x                                            (2)

由公式(1)、(2)可以得到试验过程中岩样的径向应变为

${\mathrm{\ϵ}}_v=\frac{\mathrm{\ΔD}}{D}=\frac{y}{\mathrm{\πD}}\mathrm{ctg\θ}---\left(3\right)$

根据上述公式，通过计算机记录的位移传感器(LVDT)的伸缩杆的伸长量y就可以实时得到岩样的径向应变。

本实用新型具有以下有益效果：

1、从上述的公式(1)，可以清楚的看出，本实用新型所述岩石径向应变测量装置的测量量程是由位移传感器(LVDT)的伸缩杆的最大伸长量y_max和滑动位移板斜面的倾斜角度θ决定的。试验时，如果岩样直径D＝50mm，滑动位移板斜面的倾斜角度θ＝30°，而试验室位移传感器(LVDT)的伸缩杆的最大允许伸长量y_max＝10mm，通过以上数据由公式(3)可以计算出岩石径向应变测量装置的量程ε_vmax≈11.0％；如果D＝37.5mm，其它条件不变，则由公式(3)可以计算出岩石径向应变测量装置的量程ε_max≈14.7％。滑动位移板斜面的倾斜角度θ越小，径向应变的量程就会越大，所以可以根据需要加工斜面具有不同倾斜角度的滑动位移板。因而本实用新型保证了大变形岩石径向应变的测量，并且可以准确地测量试验过程中每个阶段大变形岩样的径向应变。

2、使用多个本实用新型所述岩石径向应变测量装置，可同时测量一个岩样上多个断面的径向应变。

3、本实用新型所述岩石径向应变测量装置结构简单，易于制造，使用方便。

附图说明

图1为一种岩石径向应变测量装置结构示意图；

图2为横向变形环(引伸臂)结构示意图；

图3为图2的俯视图；

图4为图2的左视图；

图5为滑动位移板的结构示意图；

图6图5的左视图；

图7为位移传感器(LVDT)固定架的结构示意图；

图8为图7的俯视图；

图9为图7的左视图；

图10为岩石径向应变测量装置在试验时的安装方式示意图；

图11为位移传感器(LVDT)的伸缩杆变形计算示意图。

其中：1—横向变形环、2—锁紧簧、3—引伸臂、4—滑动位移板、5—位移传感器(LVDT)、6—位移传感器(LVDT)固定架、7—螺钉、8—位移传感器(LVDT)伸缩杆、9—螺栓、10—上压头、11—岩石径向应变测量装置、12—岩样、13—下压头。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型进一步说明。

实施例1：

由图1可知，本实用新型的结构包括横向变形环1、锁紧簧2、引伸臂3、滑动位移板4、位移传感器(LVDT)5和位移传感器(LVDT)固定架6。如图2、图3、图4所示，横向变形环1为一个，其内径比上压头10、下压头13的外径大3.5mm(岩样外面要套上一个厚度约为2mm的橡胶套)、轴向高度为6mm、壁厚2mm，制作材料为不锈钢；引伸臂3为两条，形状为矩形杆状体，制作材料为不锈钢，两条引伸臂3与横向变形环1整体加工形成一体，两条引伸臂3上分别有两个直径为4mm的螺丝孔和两个直径为3mm的螺丝孔，其中直径为3mm的孔安装螺钉，直径为4mm的孔用来安装滑动位移板4和位移传感器(LVDT)固定架6，两条引伸臂3相对横向变形环1的高度为19mm。如图1所示，锁紧簧2为两根，两锁紧簧的两端分别与两条引伸臂3螺丝孔上的螺钉顶端连接，锁紧簧2弹性系数要适当，既要保证有足够大的拉力，以免导致横向变形环1与岩样12表面出现滑移，但拉力又不能太大，以免导致对岩样12的径向变形有过大的约束作用。如图5、图6所示，滑动位移板4为一个，制作材料为不锈钢，宽度为8mm，滑动位移板4一端是倾斜角度为30度的光滑斜面，厚度为2mm，另一端形状为矩形杆状体，厚度为3mm，高度为50mm，并且在这一端开有两个直径为4.1mm的安装孔，如图1所示，螺栓9通过这两个安装孔和一条引伸臂3上的两个直径为4mm的螺丝孔把滑动位移板4固定在引伸臂3上面。如图7、图8、图9所示，位移传感器(LVDT)固定架6为一个，位移传感器(LVDT)固定架6一端有一个安装孔和一个螺丝孔，安装孔直径为9.6mm(与实验室现有位移传感器(LVDT)外径相适应)，高度为10mm，螺丝孔直径为4mm，在螺丝孔中安装螺钉，位移传感器固定架6一端有一个安装孔和一个螺丝孔，另一端有两个直径为4.1mm的安装孔并呈矩形杆状体，高度为20mm，厚度为3mm，厚度为8mm。如图1所示，螺栓9通过这两个安装孔和一条引伸臂3上的两个直径为4mm的螺丝孔把位移传感器(LVDT)固定架6固定在引伸臂3上面。如图1所示，位移传感器(LVDT)5外径为9.6mm，安装于位移传感器(LVDT)固定架6端部的安装孔中，并通过螺钉7顶住位移传感器(LVDT)5，限制位移传感器(LVDT)5上下活动，同时让位移传感器(LVDT)伸缩杆8与滑动位移板4一端的斜面接触。

实施例2：

本实施例中，使用实施例1所述的岩石径向应变测量装置测量大变形岩石的径向变形，安装方式如图10所示。

测试的主要过程如下：

1、将大变形岩样12置于试验机的上压头10与下压头13之间，同时套上用于密封的橡胶套；

2、将实用新型所述岩石径向应变测量装置11在岩样12的待测断面处固定好，在锁紧簧2的作用下，保证试验过程中横向变形环1不会与岩样12发生滑移；

3、岩样12在进行试验时，发生径向膨胀变形，从而引起横向变形环1产生膨胀，开口增大，引起两条引伸臂3带动滑动位移板4和位移传感器(LVDT)固定架6移动，位移传感器(LVDT)伸缩杆8因而会伸长，与位移传感器(LVDT)5相连的数据采集器通过计算机就会记录下伸缩杆的变形。

Claims (5)

1、一种岩石径向应变测量装置，包括横向变形环(1)、锁紧簧(2)、引伸臂(3)、滑动位移板(4)、位移传感器(5)、位移传感器固定架(6)，其特征在于：横向变形环(1)为开口圆形，引伸臂(3)为两条，与横向变形环(1)整体加工形成一体，两条引伸臂(3)上有孔，孔安装滑动位移板(4)和位移传感器固定架(6)，滑动位移板(4)一端为三角形，表面光滑，另一端有孔，螺栓(9)通过孔和引伸臂(3)上孔将滑动位移板(4)固定在一条引伸臂(3)上面；位移传感器固定架(6)一端开有孔，螺栓(9)通过孔和引伸臂(3)上孔将位移传感器固定架(6)固定在引伸臂(3)上，位移传感器(5)安装在位移传感器固定架(6)一端的孔中，锁紧簧(2)的两端分别与两条引伸臂(3)螺丝孔上的螺钉顶端连接，把横向变形环(1)固定在岩样(12)上。

2、根据权利要求1所述的一种岩石径向应变测量装置，其特征在于：横向变形环(1)其内径比上压头(10)、下压头(13)外径大3.5mm，引伸臂(3)形状为矩形杆状体。

3、根据权利要求1所述的一种岩石径向应变测量装置，其特征在于：滑动位移板(4)一端是倾斜角度为30度的斜面，另一端形状为矩形杆状体。

4、根据权利要求1所述的一种岩石径向应变测量装置，其特征在于：位移传感器固定架(6)一端有一个安装孔和一个螺丝孔，另一端有两个安装孔并呈矩形杆状体。

5、根据权利要求1所述的一种岩石径向应变测量装置，其特征在于：位移传感器(5)放置于位移传感器固定架(6)端部的安装孔中，位移传感器伸缩杆(8)与滑动位移板(4)一端的斜面接触。

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