一種劈裂和壓縮綜合試驗系統及試驗方法
【專利摘要】本發明提供一種劈裂和壓縮綜合試驗系統及試驗方法，包括萬能試驗機、計算機、劈裂實驗模具和壓縮試驗模具，壓縮試驗模具包括上模塊和下模塊，上模塊的下端固定有巖石上壓部，下模塊的上端固定有巖石下壓部，巖石下壓部上沿其圓周方向分布設置有橫向位移傳感器和縱向位移傳感器，橫向位移傳感器通過支撐座固定于巖石下壓部上，傳感器均與計算機相連。以解決現有研究巖體強度和變形模量的設備體積較大，一般均為一體式結構，設備部件不易維修和替換，且移動和運輸不便，測量的變量都較為單一，不能對多個變量進行測定，造成試驗室儀器繁多不便管理，增加初期投入以及后期的運行和維護費用的問題。本發明屬于固體材料研究領域。
【專利說明】
一種劈裂和壓縮綜合試驗系統及試驗方法
技術領域
[0001]本發明涉及一種固體材料劈裂和壓縮綜合試驗系統及試驗方法，屬于固材測量和測試領域。
【背景技術】
[0002]進行工程巖體分類時，巖體強度和變形模量被作為重要分類指標，此時就需要研究巖體的物理力學性質。巖塊是巖體的組成部分，當研究巖體的性質時，不能忽視巖塊的性質，當巖體性質接近巖塊性質時，可以通過研究巖塊的性質來外推巖體的性質，解決有關的巖體力學問題。
[0003]目前，對于研究巖體強度和變形模量的方法較多，常用的有劈裂法、點荷載法等，儀器也較為繁多，包括劈裂試驗裝置、點荷載裝置和壓縮試驗儀等，但這些裝置和儀器所測量的變量都較為單一，不能對多個變量進行測定，這就造成試驗室儀器繁多不便管理，而且這些儀器裝置體積都比較大，不方便搬運使用。
[0004]因此，如何將單性能測定儀器裝置進行綜合開發利用成為研究熱點問題，得到了學者及工程人員的普遍關注。
【發明內容】
[0005]本發明的目的在于:提供一種劈裂和壓縮綜合試驗系統及試驗方法，以解決現有研究巖體強度和變形模量的設備體積較大，一般均為一體式結構，即整體形態，設備部件不易維修和替換，且移動和運輸不便，每種設備所測量的變量都較為單一，不能對多個變量進行測定，造成試驗室儀器繁多不便管理，且設備成本較高，增加初期投入以及后期的運行和維護費用的問題。
[0006]本發明的方案如下:一種劈裂和壓縮綜合試驗系統，包括萬能試驗機、計算機和可拆卸式地固定于萬能試驗機上的劈裂實驗模具或壓縮試驗模具，所述壓縮試驗模具包括上模塊和下模塊，上模塊的下端固定有巖石上壓部，下模塊的上端固定有巖石下壓部，巖石下壓部上沿其圓周方向分布設置有橫向位移傳感器和縱向位移傳感器，橫向位移傳感器通過支撐座固定于巖石下壓部上，橫向位移傳感器的傳感器探頭均指向巖石下壓部的中心線，縱向位移傳感器的傳感器探頭均朝上設置，所述傳感器均與計算機相連。
[0007]所述劈裂實驗模具包括劈裂上模具和劈裂下模具，劈裂上模具設置于萬能試驗機的移動橫梁上，劈裂下模具設置于萬能試驗機的底部平臺上，劈裂上模具和劈裂下模具之間設置有沿豎向設置的導向桿，劈裂上模具和劈裂下模具通過導向桿沿豎向相對運動，劈裂上模具的下側設置有刃口朝下的巖石上劈裂器，劈裂下模具上設置有與巖石上劈裂器相匹配的巖石下劈裂器；
所述壓縮試驗模具還包括壓縮上模具和壓縮下模具，壓縮上模具固定于萬能試驗機的移動橫梁上，壓縮下模具設置于萬能試驗機的底部平臺上，壓縮上模具和壓縮下模具之間設置有沿豎向設置的導向桿，壓縮上模具和壓縮下模具通過導向桿沿豎向相對運動，所述上模塊設置于壓縮上模具的下側，上模塊設置于壓縮下模具的上側，且巖石上壓部和巖石下壓部沿豎向正對設置；
縱向位移傳感器的長度及高度位置均相同，且橫向位移傳感器的高度位置與縱向位移傳感器中部的高度位置相同。
[0008]所述橫向位移傳感器和縱向位移傳感器各有四個，且二者交錯設置，橫向位移傳感器和縱向位移傳感器均分別沿巖石下壓部的圓周方向均勻分布設置；
橫向位移傳感器、上模塊的下端面及下模塊的上端面均兩兩相互平行，縱向位移傳感器與上述三者均相互垂直；
所述巖石上壓部和巖石下壓部均為二階圓盤，且所述二階圓盤由內向外厚度遞減，所述支撐座和縱向位移傳感器均固定于巖石下壓部的外階上，巖石上壓部和巖石下壓部相互平行，且均與橫向位移傳感器相平行。
[0009]一種劈裂和壓縮綜合試驗方法，包括:
萬能試驗機、計算機、劈裂實驗模具和壓縮試驗模具；
劈裂實驗模具和壓縮試驗模具均由上下兩部分模具組成，根據試驗要求選擇使用模具，將上部分模具固定于萬能試驗機的移動橫梁上，下部分模具則對應設置于萬能試驗機的底部平臺上，通過萬能試驗機控制上下兩部分模具在豎向的相對運動，上下兩部分模具之間設置有沿豎向設置的導向桿，導向桿起到上下兩部分模具在豎向相對運動的導向作用；
壓縮試驗模具包括有用于檢測巖石橫向形變的橫向形變傳感器和用于檢測巖石縱向形變的縱向位移傳感器，橫向形變傳感器和縱向位移傳感器的檢測信號均傳遞給計算機進行數據處理和分析，萬能試驗機的試驗數據也傳遞給計算機進行數據處理和分析。
[0010]劈裂實驗模具中的上下兩部分模具分別為劈裂上模具和劈裂下模具，劈裂上模具的下側設置有刃口朝下的巖石上劈裂器，劈裂下模具上設置有與巖石上劈裂器相匹配的巖石下劈裂器，巖石放于兩個劈裂器之間，通過萬能試驗機控制巖石上劈裂器向下運動實現巖石劈裂試驗；
壓縮試驗模具中的上下兩部分模具分別為壓縮上模具和壓縮下模具，還包括上模塊和下模塊，上模塊固定于壓縮上模具上，下模塊固定于壓縮下模具上，上模塊的下端固定有巖石上壓部，下模塊的上端固定有巖石下壓部，石上壓部和巖石下壓部均為二階圓盤，且所述二階圓盤由內向外厚度遞減，支撐座和縱向位移傳感器均沿巖石下壓部的圓周方向分布設置于巖石下壓部的外階上，橫向位移傳感器固定設置于支撐座上，橫向位移傳感器的傳感器探頭均指向巖石下壓部的中心線，巖石上壓部和巖石下壓部相互平行，且均與橫向位移傳感器相平行，縱向位移傳感器的傳感器探頭均朝上設置。
[0011]本發明所述系統及方法適用于固體材料的劈裂和壓縮試驗，尤其適用于巖石/巖體材料的性能研究，與現有技術相比，主要優點是該系統各個部件間均能設置成可拆卸式結構，結構簡單，利用一臺萬能試驗機及少量模具配件即能實現劈裂試驗和壓縮試驗，能夠開展多個試驗參數的測定，具有多功能性，系統構件簡單，整體尺寸較小，便于移動和運輸；各部件相互獨立，方便維修與替換，制作成本相對較低，試驗方法簡單，面向市場廣泛，適于推廣使用。
【附圖說明】
[0012]圖1是壓縮試驗模具安裝于萬能試驗機上時，本發明的主視結構示意圖；
圖2是圖1中壓縮試驗模具的主視結構示意圖；
圖3是圖2中上下模塊及傳感器部分的主視結構示意圖；
圖4是圖3中傳感器及下模塊部分的俯視圖；
圖5是劈裂實驗模具安裝于萬能試驗機上時，本發明的主視結構示意圖；
圖6是本發明信號傳遞原理圖。
【具體實施方式】
[0013]為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將參照附圖對本發明作進一步地詳細描述，
實施例:
參照圖1至圖6，本實施例提供一種劈裂和壓縮綜合試驗系統，包括萬能試驗機1、計算機2和可拆卸式地固定于萬能試驗機I上的劈裂實驗模具3或壓縮試驗模具4，根據試驗要求選擇使用何種模具；
劈裂實驗模具3包括劈裂上模具31和劈裂下模具32，劈裂上模具31設置于萬能試驗機I的移動橫梁11上，劈裂下模具32設置于萬能試驗機I的底部平臺上，劈裂上模具31和劈裂下模具32之間設置有沿豎向設置的導向桿5，劈裂上模具31和劈裂下模具32通過導向桿5沿豎向相對運動，劈裂上模具31的下側設置有刃口朝下的巖石上劈裂器33，劈裂下模具32上設置有與巖石上劈裂器33相匹配的巖石下劈裂器34;
壓縮試驗模具4包括上模塊41和下模塊42，上模塊41的下端固定有巖石上壓部43，下模塊42的上端固定有巖石下壓部44，巖石下壓部44上沿其圓周方向分布設置有橫向位移傳感器45和縱向位移傳感器46，橫向形變傳感器45和縱向位移傳感器46的檢測信號均傳遞給計算機2進行數據處理和分析，萬能試驗機I的試驗數據也傳遞給計算機2進行數據處理和分析；
橫向位移傳感器45通過支撐座47固定于巖石下壓部44上，橫向位移傳感器45的傳感器探頭均指向巖石下壓部44的中心線，縱向位移傳感器46的傳感器探頭均朝上設置，所述傳感器均與計算機2相連，壓縮試驗模具4還包括壓縮上模具48和壓縮下模具49，壓縮上模具48固定于萬能試驗機I的移動橫梁11上，壓縮下模具49設置于萬能試驗機I的底部平臺上，壓縮上模具48和壓縮下模具49之間設置有沿豎向設置的導向桿5，壓縮上模具48和壓縮下模具49通過導向桿5沿豎向相對運動，所述上模塊41設置于壓縮上模具48的下側，上模塊42設置于壓縮下模具49的上側，且巖石上壓部43和巖石下壓部44沿豎向正對設置；
縱向位移傳感器46的長度及高度位置均相同，且橫向位移傳感器45的高度位置與縱向位移傳感器46中部的高度位置相同，所述橫向位移傳感器45和縱向位移傳感器46各有四個，且二者交錯設置，橫向位移傳感器45和縱向位移傳感器46均分別沿巖石下壓部44的圓周方向均勻分布設置，橫向位移傳感器45、上模塊41的下端面及下模塊42的上端面均兩兩相互平行，縱向位移傳感器46與上述三者均相互垂直，巖石上壓部43和巖石下壓部44均為二階圓盤，且所述二階圓盤由內向外厚度遞減，所述支撐座47和縱向位移傳感器46均固定于巖石下壓部44的外階上，巖石上壓部43和巖石下壓部44相互平行，且均與橫向位移傳感器45相平行。
【主權項】
1.一種劈裂和壓縮綜合試驗系統，其特征在于:包括萬能試驗機(I)、計算機(2)和可拆卸式地固定于萬能試驗機(I)上的劈裂實驗模具(3)或壓縮試驗模具(4)，所述壓縮試驗模具(4)包括上模塊(41)和下模塊(42)，上模塊(41)的下端固定有巖石上壓部(43)，下模塊(42)的上端固定有巖石下壓部(44)，巖石下壓部(44)上沿其圓周方向分布設置有橫向位移傳感器(45)和縱向位移傳感器(46)，橫向位移傳感器(45)通過支撐座(47)固定于巖石下壓部(44)上，橫向位移傳感器(45)的傳感器探頭均指向巖石下壓部(44)的中心線，縱向位移傳感器(46)的傳感器探頭均朝上設置，所述傳感器均與計算機(2)相連。2.根據權利要求1所述一種劈裂和壓縮綜合試驗系統，其特征在于:所述劈裂實驗模具(3)包括劈裂上模具(31)和劈裂下模具(32)，劈裂上模具(31)設置于萬能試驗機(I)的移動橫梁(11)上，劈裂下模具(32)設置于萬能試驗機(I)的底部平臺上，劈裂上模具(31)和劈裂下模具(32)之間設置有沿豎向設置的導向桿(5)，劈裂上模具(31)和劈裂下模具(32)通過導向桿(5)沿豎向相對運動，劈裂上模具(31)的下側設置有刃口朝下的巖石上劈裂器(33)，劈裂下模具(32)上設置有與巖石上劈裂器(33)相匹配的巖石下劈裂器(34)。3.根據權利要求1所述一種劈裂和壓縮綜合試驗系統，其特征在于:所述壓縮試驗模具(4)還包括壓縮上模具(48)和壓縮下模具(49)，壓縮上模具(48)固定于萬能試驗機(I)的移動橫梁(11)上，壓縮下模具(49)設置于萬能試驗機(I)的底部平臺上，壓縮上模具(48)和壓縮下模具(49)之間設置有沿豎向設置的導向桿(5)，壓縮上模具(48)和壓縮下模具(49)通過導向桿(5)沿豎向相對運動，所述上模塊(41)設置于壓縮上模具(48)的下側，上模塊(42)設置于壓縮下模具(49)的上側，且巖石上壓部(43)和巖石下壓部(44)沿豎向正對設置。4.根據權利要求1所述一種劈裂和壓縮綜合試驗系統，其特征在于:縱向位移傳感器(46)的長度及高度位置均相同，且橫向位移傳感器(45)的高度位置與縱向位移傳感器(46)中部的高度位置相同。5.根據權利要求1所述一種劈裂和壓縮綜合試驗系統，其特征在于:所述橫向位移傳感器(45)和縱向位移傳感器(46)各有四個，且二者交錯設置，橫向位移傳感器(45)和縱向位移傳感器(46)均分別沿巖石下壓部(44)的圓周方向均勻分布設置。6.根據權利要求1所述一種劈裂和壓縮綜合試驗系統，其特征在于:橫向位移傳感器(45)、上模塊(41)的下端面及下模塊(42)的上端面均兩兩相互平行，縱向位移傳感器(46)與上述三者均相互垂直。7.根據權利要求1所述一種劈裂和壓縮綜合試驗系統，其特征在于:所述巖石上壓部(43)和巖石下壓部(44)均為二階圓盤，且所述二階圓盤由內向外厚度遞減，所述支撐座(47)和縱向位移傳感器(46)均固定于巖石下壓部(44)的外階上，巖石上壓部(43)和巖石下壓部(44)相互平行，且均與橫向位移傳感器(45)相平行。8.一種劈裂和壓縮綜合試驗方法，其特征在于，包括: 萬能試驗機(1)、計算機(2)、劈裂實驗模具(3)和壓縮試驗模具(4); 劈裂實驗模具(3)和壓縮試驗模具(4)均由上下兩部分模具組成，根據試驗要求選擇使用模具，將上部分模具固定于萬能試驗機(I)的移動橫梁(11)上，下部分模具則對應設置于萬能試驗機(I)的底部平臺上，通過萬能試驗機(I)控制上下兩部分模具在豎向的相對運動，上下兩部分模具之間設置有沿豎向設置的導向桿(5)，導向桿(5)起到上下兩部分模具在豎向相對運動的導向作用； 壓縮試驗模具(4)包括有用于檢測巖石橫向形變的橫向形變傳感器(45)和用于檢測巖石縱向形變的縱向位移傳感器(46)，橫向形變傳感器(45)和縱向位移傳感器(46)的檢測信號均傳遞給計算機(2)進行數據處理和分析，萬能試驗機(I)的試驗數據也傳遞給計算機(2)進行數據處理和分析。9.根據權利要求8所述一種劈裂和壓縮綜合試驗方法，其特征在于:劈裂實驗模具(3)中的上下兩部分模具分別為劈裂上模具(31)和劈裂下模具(32)，劈裂上模具(31)的下側設置有刃口朝下的巖石上劈裂器(33)，劈裂下模具(32)上設置有與巖石上劈裂器(33)相匹配的巖石下劈裂器(34)，巖石放于兩個劈裂器之間，通過萬能試驗機(I)控制巖石上劈裂器(33)向下運動實現巖石劈裂試驗。10.根據權利要求8所述一種劈裂和壓縮綜合試驗方法，其特征在于:壓縮試驗模具(4)中的上下兩部分模具分別為壓縮上模具(48)和壓縮下模具(49)，還包括上模塊(41)和下模塊(42)，上模塊(41)固定于壓縮上模具(48)上，下模塊(42)固定于壓縮下模具(49)上，上模塊(41)的下端固定有巖石上壓部(43)，下模塊(42)的上端固定有巖石下壓部(44)，石上壓部(43)和巖石下壓部(44)均為二階圓盤，且所述二階圓盤由內向外厚度遞減，支撐座(47)和縱向位移傳感器(46)均沿巖石下壓部(44)的圓周方向分布設置于巖石下壓部(44)的外階上，橫向位移傳感器(45)固定設置于支撐座(47)上，橫向位移傳感器(45)的傳感器探頭均指向巖石下壓部(44)的中心線，巖石上壓部(43)和巖石下壓部(44)相互平行，且均與橫向位移傳感器(45)相平行，縱向位移傳感器(46)的傳感器探頭均朝上設置。
【文檔編號】G01N3/00GK106018061SQ201610458881
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年6月23日
【發明人】趙健, 葛云峰, 劉超, 黃 隆, 劉國勇, 楊澤偉, 楊建華, 吳敏, 胡紅兵, 唐錫彬
【申請人】貴州電力設計研究院