一種巖石試件變形測量裝置及徑向軸向變形測試方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及巖石變形測量技術領域，更具體涉及一種巖石試件變形測量裝置，還 涉及一種測量徑向變形的方法，還涉及一種測量軸向變形的方法，既可運用于巖石室內試 驗時測量軸向變形，也可用于測量徑向變形。
【背景技術】
[0002] 圓柱形試件是巖石室內單軸、常規三軸試驗的標準試件形式，在其它材料測試領 域中也十分常見。試件的軸向及徑向變形測量對于了解巖石物理力學性質、確定巖石強度 參數是必不可少的。
[0003] 目前對于圓柱形巖石標準試件的變形測量主要有三種方式：（1)在試件表面直接 粘貼電阻應變片進行測量，這是最為簡單直觀的方法，具有分辨率高、尺寸小、測量范圍大、 價格低廉等優點，但其測量尺度小，對粘貼質量要求較高，需要熟練的實驗員，另外，在巖石 試件破裂后測量的僅僅是局部變形，結果不可靠，更有甚者，如果應變片正好粘貼在破裂面 上，試件的破裂將會導致應變片斷裂，使測量無法繼續進行。（2)以應變片為敏感元件的引 伸計，具有測量尺度大、安裝方便、可重復使用等優點，其缺點是長期使用后粘貼膠水發生 蠕變，導致引伸記零點漂移，長期穩定性差。尤其是懸臂梁式的應變引伸計，安裝時很難保 證懸臂梁平衡對中，導致測量開始前電橋就不平衡，而且測量時需要將試件變形轉化為懸 臂梁的擾度，引入了額外的系統誤差，另外傳感器在每次安裝時的測量標距也不一樣。（3) LVDT測量系統，LVDT是線性可變差動變壓器，屬于直線位移傳感器。該類傳感器結構簡單、 線性度高、重復性好、長期穩定性高，但是直接用于試件變形測量存在較多問題，目前用于 軸向變形測量時是量測的試件全長度的變形，里面包含了端部效應的影響，不夠準確，用于 徑向變形測量時通常的做法是采用2個共線的LVDT傳感器測量試件直徑的變化，但是在安 裝試件時只能靠肉眼判斷是否對中，難以保證兩個LVDT傳感器所在的直線通過試件截面 的圓心，因而容易造成測量誤差，且造成的測量誤差無法估計。
【發明內容】
[0004] 針對上述存在問題，本發明的目的在于提供一種巖石試件軸向、徑向變形測量裝 置，通過采用不同的安裝方式，將試件的軸向或徑向變形轉換為LVDT傳感器導磁鐵芯在兩 級線圈中位置的變化，從而實現了采用一種巖石試件變形測量裝置既可以測量試件軸向變 形，又可以測量試件徑向變形。
[0005] 為了實現本目的，其技術解決方案為：
[0006] 一種巖石試件變形測量裝置，包括線圈固定套筒，還包括設置在線圈固定套筒中 的線圈組和鐵芯，線圈固定套筒側部設置有滑槽，滑槽內設置有滑桿，滑桿一端與鐵芯固定 支架連接，鐵芯調節桿穿過鐵芯固定支架并通過螺紋與鐵芯固定支架連接，鐵芯調節桿一 端與鐵芯連接。
[0007] 如上所述的線圈固定套筒和滑桿上均設置有刀片，滑槽和滑桿上均設置有定位 孔，還包括依次穿過滑槽和滑桿上的定位孔的定位銷。
[0008] 如上所述的刀片為L形，L形一邊通過壓塊與線圈固定套筒或滑桿連接，另一端為 尖端且垂直于被測樣品的側部，壓塊與刀片之間還壓緊有掛鉤，拉簧沿周向纏繞被測樣品 后兩纟而掛在掛鉤上。
[0009] 如上所述的線圈固定套筒和滑桿上均設置有卡腳，線圈固定套筒與滑桿之間通過 彈簧拉緊，鏈條沿周向纏繞被測樣品后兩端分別掛在線圈固定套筒上的卡腳和滑桿上的卡 腳。
[0010] 如上所述的鏈條包括帶狀分布的滾輪，各個滾輪套設在滾輪軸上，各個滾輪軸之 間通過連接條活動連接。
[0011] 一種測量軸向變形的方法，包括以下步驟：
[0012] 先將定位銷插入定位孔內，用于固定傳感器測量標距，再將線圈固定套筒和滑桿 上的刀片卡在試件同一條母線上，2條拉簧分別繞在試件圓周并分別掛在線圈固定套筒和 滑桿上的掛鉤上，移動鐵芯調節桿的位置調整傳感器零點，然后拔下定位銷開始測量，試驗 時巖石試件產生軸向壓縮變形，從而引起線圈固定套筒和滑桿上的刀片帶動鐵芯固定支架 和線圈固定套筒發生相對移動，鐵芯調節桿上的導磁鐵芯在線圈組中的位置發生變化，數 據采集器通過計算機記錄軸向變形。
[0013] 一種測量徑向變形的方法，包括以下步驟：
[0014] 通過彈簧連接鐵芯固定支架和線圈固定套筒，在滑桿及線圈固定套筒上分別用螺 絲固定一個卡腳，
[0015] 將鏈條水平繞在試件中部，2個卡腳分別卡在鏈條兩端的滾輪軸上，在彈簧的作用 下，鏈條緊貼試件表面，移動鐵芯調節桿的位置調整傳感器零點，試驗時巖石試件產生徑向 膨脹變形，引起2個卡腳張開，從而帶動鐵芯固定支架和線圈固定套筒發生相對移動，鐵芯 調節桿上的導磁鐵芯在線圈組中的位置發生變化，數據采集器記錄下2個卡腳之間的距離 變化，進而測得試件徑向應變
[0016] 如上所述的試件徑向應變\的測量基于以下公式：
【主權項】
1. 一種巖石試件變形測量裝置，包括線圈固定套筒（4)，其特征在于，還包括設置在線 圈固定套筒（4)中的線圈組（3)和鐵芯（14)，線圈固定套筒（4)側部設置有滑槽（17)，滑 槽（17)內設置有滑桿（15)，滑桿（15) -端與鐵芯固定支架⑵連接，鐵芯調節桿⑴穿過 鐵芯固定支架（2)并通過螺紋與鐵芯固定支架（2)連接，鐵芯調節桿（1) 一端與鐵芯（14) 連接。
2. 根據權利要求1所述的一種巖石試件變形測量裝置，其特征在于，所述的線圈固定 套筒（4)和滑桿（15)上均設置有刀片（5)，滑槽（17)和滑桿（15)上均設置有定位孔，還包 括依次穿過滑槽（17)和滑桿（15)上的定位孔的定位銷（8)。
3. 根據權利要求2所述的一種巖石試件變形測量裝置，其特征在于，所述的刀片（5)為 L形，L形一邊通過壓塊（6)與線圈固定套筒（4)或滑桿（15)連接，另一端為尖端且垂直于 被測樣品的側部，壓塊（6)與刀片（5)之間還壓緊有掛鉤（7)，拉簧（10)沿周向纏繞被測樣 品后兩端掛在掛鉤（7)上。
4. 根據權利要求1所述的一種巖石試件變形測量裝置，其特征在于，所述的線圈固定 套筒（4)和滑桿（15)上均設置有卡腳（12)，線圈固定套筒（4)與滑桿（15)之間通過彈 簧（11)拉緊，鏈條（13)沿周向纏繞被測樣品后兩端分別掛在線圈固定套筒（4)上的卡腳 (12)和滑桿（15)上的卡腳（12)。
5. 根據權利要求4所述的一種測量徑向變形的方法，其特征在于，所述的鏈條（13)包 括帶狀分布的滾輪，各個滾輪套設在滾輪軸上，各個滾輪軸之間通過連接條活動連接。
6. -種利用權利要求3所述裝置測量軸向變形的方法，其特征在于，包括以下步驟： 先將定位銷（8)插入定位孔內，用于固定傳感器測量標距，再將線圈固定套筒（4)和滑 桿（15)上的刀片（5)卡在試件同一條母線上，2條拉簧（10)分別繞在試件圓周并分別掛在 線圈固定套筒（4)和滑桿（15)上的掛鉤（7)上，移動鐵芯調節桿（1)的位置調整傳感器零 點，然后拔下定位銷（8)開始測量，試驗時巖石試件產生軸向壓縮變形，從而引起線圈固定 套筒（4)和滑桿（15)上的刀片（5)帶動鐵芯固定支架（2)和線圈固定套筒（4)發生相對 移動，鐵芯調節桿（1)上的導磁鐵芯（14)在線圈組（3)中的位置發生變化，數據采集器通 過計算機記錄軸向變形。
7. -種利用權利要求5所述裝置測量徑向變形的方法，其特征在于，包括以下步驟： 通過彈簧（11)連接鐵芯固定支架（2)和線圈固定套筒（4)，在滑桿（15)及線圈固定套 筒（4)上分別用螺絲固定一個卡腳（12)， 將鏈條（13)水平繞在試件中部，2個卡腳（12)分別卡在鏈條（13)兩端的滾輪軸上， 在彈簧（11)的作用下，鏈條（13)緊貼試件表面，移動鐵芯調節桿（1)的位置調整傳感器零 點，試驗時巖石試件產生徑向膨脹變形，引起2個卡腳（12)張開，從而帶動鐵芯固定支架 (2)和線圈固定套筒（4)發生相對移動，鐵芯調節桿（1)上的導磁鐵芯（14)在線圈組（3) 中的位置發生變化，數據采集器記錄下2個卡腳（12)之間的距離變化，進而測得試件徑向 變形。
8. 根據權利要求7所述的一種測量徑向變形的方法，其特征在于，所述的試件徑向應 變\的測量基于以下公式：
其中，η為鏈條節數，Itl為單節鏈條長度，R i為試件變形前半徑，r為鏈條滾輪半徑，Λ I 為2個卡腳間相對位移量。
【專利摘要】本發明公開了一種巖石試件變形測量裝置，包括線圈固定套筒，還包括設置在線圈固定套筒中的線圈組和鐵芯，線圈固定套筒側部設置有滑槽，滑槽內設置有滑桿，滑桿一端與鐵芯固定支架連接，鐵芯調節桿穿過鐵芯固定支架并通過螺紋與鐵芯固定支架連接，鐵芯調節桿一端與鐵芯連接。線圈固定套筒和滑桿上均設置有刀片或者卡腳，線圈固定套筒與滑桿之間通過定位銷或者彈簧限定相對位置。本發明還公開了一種測量徑向變形的方法，還公開了一種測量軸向變形的方法。本發明的測量裝置結構簡單，易于制造，操作方便，適用性廣，可以用于對當前常見的巖石室內單軸、三軸實驗的變形測量。
【IPC分類】G01B7-16
【公開號】CN104655002
【申請號】CN201510078594
【發明人】高紅, 張華 , 鄭虹, 胡元育
【申請人】中國科學院武漢巖土力學研究所
【公開日】2015年5月27日
【申請日】2015年2月13日