CN206710225U - 适用于岩石剪切的弹簧片法向变形测量计 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种适用于岩石剪切的弹簧片法向变形测量计，涉及岩石力学试验技术。本实用新型是：在岩石（0）的外面包裹有胶套（4），在岩石（0）剪切面（A）中心位置的两侧分别设置有上夹持底座（2‑1）和下夹持底座（2‑2）；在弹簧片（1）的上下两端分别设置有上圆锥形凸脚（1‑1）和下圆锥形凸脚（1‑2）；在弹簧片（1）的中心设置有内应变片（3‑1）和外应变片（3‑2）；通过圆锥形凸脚和夹持底座使弹簧片（1）夹持在岩石（0）上。本实用新型具有安装方便，经久耐用的优点；由于应变片测量精度高、价格低，同时铜片变形好，该变形测量计测量具有物美价廉的优点；适用于高温高压的环境下，在围压室内适用仍具有较高的可靠性。

Description

适用于岩石剪切的弹簧片法向变形测量计

技术领域

本实用新型涉及岩石力学试验技术，尤其涉及一种适用于岩石剪切的弹簧片法向变形测量计。

背景技术

岩石（节理）剪切试验是一种测量岩石力学参数的重要试验，通过剪切试验可以测量岩石或节理的剪切强度及变形等参数，确定其破坏模型。如今常用的剪切试验装置，如剪切盒、围压室剪切（公布号：CN105203411A），这类装置的要么不能测量岩石或节理的法向变形，要么所使用的法向变形测量装置安装复杂、价格昂贵；一般剪切盒要使用4个线性位移传感器，该传感器价格百元到千元不等，使之较大的增加试验装置的成本，且在使用过程中安装不方便。因此一种价廉、便捷、精度高的法向变形测量计为岩石剪切试验装置所急需。

应变片测量变形技术已使用多年，该方法较为成熟、可靠且测量精度较高，也为进行法向变形测量计的发明提供了一种可行的信号转换方法。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种适用于岩石剪切试验的弹簧片法向变形测量计及其方法。该测量计适用于各种剪切试验装置，如岩石剪切盒、围压室剪切装置，该装置也能在绝缘高围压环境下可靠地工作，并能重复使用。

本实用新型的目的是这样实现的：

将岩石剪切法向发生的较大位移转化成弹簧片中部较小的变形，并利用固定在弹簧片中部的应变片测量弹簧片发生的小变形。通过标定方法确定剪切时的法向位移与弹簧片的局部变形的关系，再利用三角函数关系和剪切位移计算出法向位移，最终可实现岩石剪切过程中的法向变形的测量。

具体地说：

一、适用于岩石剪切的弹簧片法向变形测量计（简称变形测量计）

本变形计包括岩石；

设置有弹簧片、上夹持底座、下夹持底座、内应变片、外应变片和胶套；

其位置和连接关系是：

在岩石的外面包裹有胶套，在岩石剪切面中心位置的两侧分别设置有上夹持底座和下夹持底座；

在弹簧片的上下两端分别设置有上圆锥形凸脚和下圆锥形凸脚；

在弹簧片的中心设置有内应变片和外应变片；

通过圆锥形凸脚和夹持底座使弹簧片夹持在岩石上。

二、岩石剪切法向变形的测量方法（简称测量方法）

本方法包括以下步骤：

①变形测量计的标定

当首次使用变形测量计时或使用一定次数精度严重降低时，需要对变形测量计进行标定，利用标定装置得到变形测量计直径变化量与应变计输出信号变化的关系；

②夹持底座安装

将夹持底座用502胶水粘贴在岩石预剪切面的两侧，并使其轴线与预剪切面垂直，两个夹持底座的间距略大于变形测量计的初始直径；

用于围压室剪切时，夹持底座应穿过胶套与岩石直接接触，夹持底座的四周应用密封胶密封好；

用于剪切盒剪切时，夹持底座分别固定在剪切盒上下盒上（或岩石的上下部）；

③变形测量计的安装

将变形测量计端部内侧凸脚卡入夹持底座的凹槽，使变形测量计能够夹紧夹持底座，并且保证变形测量计轴线与预剪切面垂直；连接相应的变形计内外应变片引线，用手略微拉动变形计测试内外应变片工作正常情况；

④试验测量

剪切试验时，记录内外应变片的电信号；

⑤数据处理

将内外应变片的电信号通过转换公式换算成岩石的法向位移。

本实用新型具有下列优点和积极效果：

①该变形测量计具有安装方便，经久耐用的优点；

②由于应变片测量精度高、价格低，同时铜片变形好，该变形测量计测量具有物美价廉的优点；

③该变形测量计也可适用于高温高压的环境下，在围压室内适用仍具有较高的可靠性。

附图说明

图1是本实用新型的结构主视图；

图2是本实用新型的结构左视图；

图3是法向和剪切位移示意图；

图4是法向位移计算原理图。

图中：

0—岩石；

1—弹簧片，1-1—上圆锥形凸脚，1-2—下圆锥形凸脚；

2-1—上夹持底座，2-1—下夹持底座；

3-1—内应变片，3-2—外应变片；

4—胶套（或胶涂层）；

A—剪切面。

具体实施方式

下面结合附图和实施例详细说明：

一、变形计

1、总体

如图1、2，本变形计包括剪切的对象——岩石0；

设置有弹簧片1、上夹持底座2-1、下夹持底座2-2、内应变片3-1、外应变片3-2和胶套4；

其位置和连接关系是：

在岩石0的外面包裹有胶套4，在岩石0剪切面A中心位置的两侧分别设置有上夹持底座2-1和下夹持底座2-2；

在弹簧片1的上下两端分别设置有上圆锥形凸脚1-1和下圆锥形凸脚1-2；

在弹簧片1的中心设置有内应变片3-1和外应变片3-2；

通过圆锥形凸脚和夹持底座使弹簧片1夹持在岩石0上。

2、功能部件

0）岩石0

岩石0是剪切的对象，本实施例为圆柱形。

1）弹簧片1

弹簧片1是一种由铜片弯曲成半圆形的簧片，在弹簧片1的上下两端分别设置有上圆锥形凸脚1-1和下圆锥形凸脚1-2；

其功能是将岩石0的法向变形和剪切变形转换成簧片中部的弯曲变形。

2）上夹持底座2-1、下夹持底座2-2

是外端面带有凹槽的圆柱体；

其功能是连接弹簧片1的两端，并能方便固定在岩石0上。

3）内应变片3-1、外应变片3-2

是一种常用的可测量固体小变形的元件，可将机械变形转换成电信号。

4）胶套（或胶涂层）4

胶套4为三轴试验常用的密封橡胶套。

胶套4仅用于围压室剪切试验；剪切盒剪切试验不需要胶套4。

3、工作原理

半圆形的弹簧片1在直径发生变化时，会引起弹簧片1中部微小的变形，且其直径的变化与弹簧片1中部本身的变形具有一定的线性或非线性关系；该微小的变形可由应变片进行测量，通过标定可找出应变片电信号与弹簧片1直径变化的关系；弹簧片1的直径的变化量就是剪切时岩石0的法向位移与剪切位移的复合量，通过三角函数关系和已测得的剪切位移可计算出剪切时岩石0的法向位移，即可得到法向变形。

如图3、4，当弹簧片1的直径的变化量为ΔL，剪切位移为s，则法向位移f可由公式（1）计算出，

（1）

法向位移f与岩石0的高度h比值即为法向变形。

Claims (3)

1.一种适用于岩石剪切的弹簧片法向变形测量计，包括岩石（0）；

其特征在于：

设置有弹簧片（1）、上夹持底座（2-1）、下夹持底座（2-2）、内应变片（3-1）、外应变片（3-2）和胶套（4）；

其位置和连接关系是：

在岩石（0）的外面包裹有胶套（4），在岩石（0）剪切面（A）中心位置的两侧分别设置有上夹持底座（2-1）和下夹持底座（2-2）；

在弹簧片（1）的上下两端分别设置有上圆锥形凸脚（1-1）和下圆锥形凸脚（1-2）；

在弹簧片（1）的中心设置有内应变片（3-1）和外应变片（3-2）；

通过圆锥形凸脚和夹持底座使弹簧片（1）夹持在岩石（0）上。

2.按权利要求1所述的弹簧片法向变形测量计，其特征在于：

所述的弹簧片（1）是一种半圆形的簧片。

3.按权利要求1所述的弹簧片法向变形测量计，其特征在于：

所述的上夹持底座（2-1）和下夹持底座（2-2）是外端面带有凹槽的圆柱体。