CN2881537Y - 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，涉及岩石径向变形测量，主要用于测量岩石试样的径向膨胀和收缩变形。该装置由圆环框架(1)、垫片(2)、活塞式变形传力柱(3)、变形片(4)、电阻应变片(5)、支座(6)和弹簧(7)组成；本实用新型的优点为：通过弹簧(7)施加的压力将圆环框架(1)固定在岩样上，通过弹簧(7)和活塞式变形传力柱(3)使变形片(4)产生预先变形，从而测量圆柱形岩样径向膨胀和收缩变形，且测量点不会随岩样变形而变动，能准确反映同一点的应变变化规律。另一特点是，变形片(4)比现有的短，因此，岩样较小的径向变形，就能引起变形片(4)和电阻应变片(5)较大的变形，从而能更灵敏地反映岩样的径向变形。

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，更具体涉及岩石径向变形测量。主要用于测量圆柱形岩样的径向膨胀变形，以及径向收缩变形。

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。其中，电阻应变片是一种能够将被测岩样的应变量转化为电阻变化量的敏感元件。工作过程中，岩样发生变形，引起电阻应变片的电阻变化，通过测量桥路可将此微小的电阻变化转化为电压或电流的变化，再经过电子放大器放大，并依据某一比例常数关系，将其变换为岩样的应变值在应变仪上显示出来。由于电测方法具有灵敏度高、测量环境适应性强、用途广泛等优点，而成为岩石变形测量的主要手段。最简单的电测方法是把电阻应变片贴在被测岩样的表面进行直接测量，但是，这种方法只能测量岩样表面一点的变形。因此，在此方法的基础上，已经发展了多种用于岩样变形测量的电测装置，其中，用于圆柱形岩样径向变形测量的装置主要有环链式、变形片式等。这些装置可分为两类：①将测量装置固定在岩样表面上进行测量：这类装置能够准确测量岩样同一点的径向膨胀变形，但无法测量岩样的径向收缩变形(当在大幅度提高围压或者某些岩石(如岩盐)的岩样因溶液渗透作用而溶解等条件下，岩样将产生径向收缩变形)；②将测量装置固定在试验机某些不动的部件(如压头)上进行测量：这类装置能够测量岩样的径向收缩变形，但测量接触点随岩样变形而变动，不能准确反映岩样同一点的径向变化规律。

发明内容：

本实用新型的目的是提供一种岩石径向应变测量装置，该装置通过弹簧施加的压力将圆环框架固定在岩样上，通过弹簧和活塞式变形传力柱使变形片产生预先变形，从而能测量圆柱形岩样径向膨胀和收缩变形，且测量点不会随岩样变形而变动，能准确反映同一点的径向应变变化规律。

为了达到上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

岩石径向应变测量装置由圆环框架、活塞式变形传力柱、弹簧、垫片、支座、变形片和电阻应变片组成。圆环框架为圆环形，将圆环上任意一点定义为0°角，在圆环的0°、90°、180°、270°角上分别开有圆孔；四个活塞式变形传力柱是一端为外螺纹、中间为圆柱形、另一端为圆帽顶的螺杆，螺杆中间圆柱的大小与圆环框架上的圆孔相匹配，分别从外面插入圆环框架的四个圆孔中；四根弹簧分别套在四个活塞式变形传力柱上，垫片为圆弧形，其内圆曲率半径与圆环框架内圆的曲率半径相同，中间有内螺纹，内螺纹的大小与活塞式变形传力柱外螺纹的大小相匹配，垫片拧在活塞式变形传力柱的外螺纹上；支座的一端为与圆环框架外环曲率半径相同的弧形，另一端为直角形，两个支座的弧形端分别用螺钉固定在圆环框架的45°和225°角或者135°和315°角上，支座直角边的延伸线与活塞式变形传力柱的圆帽顶相切；四条变形片分别固定在两个支座的四个直角边上，变形片的顶端超过活塞式变形传力柱的圆帽顶外侧帽沿；在变形片上靠支座端的2/5处贴有电阻应变片。

本实用新型在放入岩样前，弹簧松弛，变形片无挠度，电阻应变片无变形。试验时，先压缩弹簧，将圆环框架套在岩样上，然后松开弹簧，在弹簧的压力下，垫片与岩样表面紧密接触，从而使圆环框架牢固地固定在岩样上，保证试验过程中圆环框架与岩样在轴向上不会发生滑移，能准确测量岩样同一点的径向变形。由于弹簧压缩，活塞式变形传力柱向圆环外法线方向移动，使与帽顶接触的变形片在岩样未受力之前就有一定的挠度，电阻应变片也随之变形。在岩样受力后，如果发生的是径向收缩变形，活塞式变形传力柱在弹簧的作用下向内法线方向移动，变形片挠度减小，电阻应变片变形减小；如果发生的是径向膨胀变形，则推动活塞式变形传力柱进一步沿外法线方向移动，变形片挠度增加，电阻应变片变形增加。因此，既能测量径向膨胀变形，又能测量径向收缩变形。

本实用新型的有益效果是，由于变形片和电阻应变片在岩样变形前就有一定的变形，同时圆环框架和岩样在轴向上没有滑移，因此，可以准确测量岩样同一点的径向膨胀和收缩变形，使用灵活方便，能在岩样的不同的轴向高度上放置，一个岩样能放置多个此装置。而且，由于变形片的长度短，因此，当岩样产生较小的径向变形时，就能引起变形片和电阻应变片较大的变形，从而能更灵敏地反映岩样的径向变形。

附图说明：

图1为本实用新型的结构示意图。

其中：1为圆环框架、2为垫片、3为活塞式变形传力柱、4为变形片、5为电阻应变片、6为支座、7为弹簧。

图2活塞式变形传力柱结构示意图。

图3为本实用新型在进行试验时的示意图。

其中：1为圆环框架、2为垫片、3为活塞式变形传力柱、4为变形片、5为电阻应变片、6为支座、7为弹簧、8为岩样。

具体实施方式：

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

实施例1：

由图1可知，圆环框架1为圆环形，材料为铝合金，其内环直径为70mm，外环直径为80mm，高10mm，将圆环上某一点定义为0°，在圆环的0°、90°、180°、270°角上分别开有直径为6mm的圆孔。四个活塞式变形传力柱3为铝合金材料，长20mm，活塞式变形传力柱3是一端为外螺纹、中间为圆柱形、另一端为圆帽顶的螺杆，螺杆中间圆柱的大小与圆环框架1上的圆孔相匹配，外螺纹的长度为5mm，分别从外面插入圆环框架1的四个圆孔中。活塞式变形传力柱3与圆环框架1之间为活塞式联接，使得活塞式变形传力柱3只能沿圆环框架1径向移动，不能沿其他方向移动，活塞结构应充分润滑，不能约束活塞式变形传力柱3径向移动，使得活塞式变形传力柱3能自由、灵敏地沿圆环框架1径向移动。弹簧7为钢性材料，松弛时长12mm，完全压缩时长4mm，四根弹簧7分别套在四个活塞式变形传力柱3上，弹簧7两端圈并紧并磨平，其弹性系数为30～80N/mm。弹性系数要适当，既不能没有足够大的压力，导致垫片2与岩样8表面出现滑移；又不能太大，导致对岩样8的径向变形有过大的约束作用。垫片2是在内径为70mm，外径为80mm铝合金圆环上截取的圆弧，垫片2的内圆曲率半径要比岩样8的大10mm，以便预留给岩样8发生膨胀变形的空间，其弧长为1/15圆周长，外环上有直径为6mm的内螺纹，内螺纹长为3mm，垫片2拧在活塞式变形传力柱3的外螺纹上。以上保证了圆环框架1通过活塞式变形传力柱3牢固地固定在试样表面，不会与岩样8发生相对滑移，而且岩样8也能自由变形。支座6为铝合金材料，支座6的高度与圆环框架1高度相同，一端为与圆环框架1外环曲率半径相同的弧形，另一端为直角形，两个支座6的弧形端分别用螺钉固定在圆环框架1的45°和225°角或者135°和315°角上。支座6的直角的角点到圆心的距离为63mm，支座6直角边的延伸线与活塞式变形传力柱3的圆帽顶相切。变形片4为弹性材料，长50mm，四条变形片4的一端分别固定在两个支座6的四个直角边上，另一端与活塞式变形传力柱3的圆形帽顶接触，且这一端的横截面超过活塞式变形传力柱3的圆帽顶的外侧帽沿；变形片4到圆环框架1圆心的垂直距离与圆形帽顶顶点到圆心的距离相同。在变形片4上靠支座6端的2/5处贴有电阻应变片5。

由图2可知，活塞式变形传力柱3也可采用由套杆和螺杆两部分组成，套杆长为18mm，套杆的一端有10mm长、直径为3mm的内螺纹，另一端有5mm长、直径为6mm的外螺纹；螺杆长13mm，螺杆的一端为圆形帽顶，另一端为10mm长、直径为3mm的外螺纹，把螺杆拧进套杆组成活塞式变形传力柱3。通过拧动螺杆调整活塞式变形传力柱3的长度，从而可以使变形片4在岩样8受力变形前能发生适当的变形。

实施例2：

由图3，本实用新型在进行试验时的示意图可知：

1、试验前先用四个楔形块顶住活塞式变形传力柱3的圆形帽顶，使弹簧7压缩。

2、然后将圆环框架1套在岩样8上，调整圆环框架1的位置后，拿走楔形块，松开弹簧7。垫片2则在弹簧7的压力下固定在岩样8是上，保证了试验过程中圆环框架1不会与岩样8发生滑移。

3、此时，岩样8未受力，但弹簧7已经被压缩，活塞式变形传力柱3沿圆环框架1外法线方向有位移，同时通过拧动带圆形帽顶的螺杆，调节活塞式变形传力柱3的长度，使变形片4发生适当的弯曲变形，从而电阻应变片5在岩样8未试验前就有一定的电阻变化，记录下此时应变仪读数。

4、岩样8进行试验时，如果发生径向膨胀变形，则活塞式变形传力柱3沿圆环框架1外法线方向移动，从而使变形片4挠度增加，电阻应变片5的变形也增加，将此时的读数与开始的读数相减就能得到岩样8的径向膨胀变形量；如果发生径向收缩变形，则活塞式变形传力柱3沿圆环框架1内法线方向移动，从而使变形片4挠度减小，电阻应变片5的变形也减小，将此时的读数与开始的读数相减就能得到岩样8的径向收缩变形量。

Claims (2)

1、一种岩石径向应变测量装置，其特征在于，该装置由圆环框架(1)、垫片(2)、活塞式变形传力柱(3)、变形片(4)、电阻应变片(5)、支座(6)和弹簧(7)组成；圆环框架(1)为圆环，在圆环的0°、90°、180°、270°角上分别开有圆孔；四个活塞式变形传力柱(3)是顶端为圆帽形、中间为圆柱形、另一端有由外螺纹的螺杆，中间圆柱与圆环框架(1)上的圆孔相匹配，分别插入圆环框架(1)的四个圆孔中；四根弹簧(7)分别套在四个活塞式变形传力柱(3)上；四个垫片(2)为圆弧形，其内圆曲率半径与圆环框架(1)内圆的曲率半径相同，中间的内螺纹与活塞式变形传力柱(3)的外螺纹相匹配，拧在活塞式变形传力柱(3)的外螺纹上；支座(6)的一端为与圆环框架(1)外环曲率半径相同的弧形，另一端为直角形，两个支座(6)的弧形端分别用螺钉固定在圆环框架(1)的45°和225°角或者135°和315°角上，支座(6)直角边的延伸线与活塞式变形传力柱(3)的圆帽顶相切；四条变形片(4)分别固定在两个支座(6)的直角边上，变形片(4)的顶端超过活塞式变形传力柱(3)的圆帽顶的外侧帽沿；在变形片(4)上靠支座(6)端的2/5处贴有电阻应变片(5)。

2、根据权利要求1所述的一种径向应变测量装置，其特征在于，所述的活塞式变形传力柱(3)采用由套杆和螺杆两部分组成，套杆的一端有内螺纹，另一端有外螺纹；螺杆的一端为圆形帽顶，另一端的外螺纹与套杆的内螺纹相匹配，把螺杆拧进套杆即为活塞式变形传力柱(3)。

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