一种用于测试岩石静力变形的实验装置的制作方法

本实用新型属于低强度试件的测试装置技术领域。具体涉及一种用于测试岩石静力变形的实验装置。

背景技术：

在进行岩石力学性能测试试验时，需要借助实验装置来测量试验过程中试件的变形，测量试件变形过程中的径向应变和轴向应变，以计算试件的力学性能参数。现有的实验装置在试件加压测试过程中，虽能同时测量变形试件径向应变和轴向应变，但仍存在如下问题：

1、在对试件进行轴向应变测量的安装调试时使用螺钉横向夹紧的方式固定压头和压盖的相对位置，操作过程繁琐费时，且利用螺钉横向夹紧固定时，可能出现因螺钉未夹紧而导致压盖在自重影响下沿压头轴向下滑，进而导致轴向应变测量的误差增大。

2、在进行低强度试件的静力变形测试中，对试件径向应变测量时，利用螺杆端头与试件侧面点接触，使试件侧面在变形过程中受到点荷载，易造成在低强度试件径向变形过程中螺杆插入试件，进而导致径向应变测量的误差增大。

技术实现要素：

本实用新型旨在克服现有技术缺陷，目的是提供一种安装调试方便、测量误差小的用于测试岩石静力变形的实验装置。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：所述用于测试岩石静力变形的实验装置由测试装置和传压装置组成；测试试件时，将试件置于测试装置上，传压装置放置在试件上，测试装置、试件和传压装置组成试件测试体。

测试装置包括底座、电阻应变片、径向应变测量杆、大头螺杆和轴向应变测量杆。

底座是由大圆柱体和小圆柱体组成的圆形凸台，小圆柱体的直径为试件直径的1.05~1.10倍，大圆柱体的直径是小圆柱体直径的1.80~1.90倍；在大圆柱体的上平面开有环形槽，在环形槽外的环形面均匀地开有8条径向槽，沿大圆柱体的素线均匀地开有8条轴向槽，每个径向槽与对应的轴向槽相通，环形槽外壁设有圆形通孔。

径向应变测量杆的下端和轴向应变测量杆的下端分别通过螺钉固定在对应的轴向槽内，径向应变测量杆和轴向应变测量杆相间分布；大头螺杆与径向应变测量杆的上端通过螺纹连接，每个大头螺杆的轴线延长线和底座的轴线延长线垂直相交于一点。

每个径向应变测量杆和每个轴向应变测量杆分别贴有电阻应变片，每个电阻应变片通过各自的信号线外接应变仪或计算机；所述外接是指将每个信号线沿各自的杆件和对应的径向槽嵌入环形槽中，然后通过环形槽的圆形通孔穿出，再分别与外部的应变仪或计算机相连接。

传压装置由压盖、压头和橡胶垫组成；压盖和压头螺纹连接，压头的上平面粘贴有橡胶垫。

压盖的外形为倒圆台，倒圆台的夹角为45°，倒圆台的中心设有螺纹通孔，倒圆台的上底直径是底座的大圆柱体直径的1.25~1.30倍。

所述压头为圆柱体，圆柱体的下段设有外螺纹，所述圆柱体的直径与底座的小圆柱体的直径相等。

所述轴向应变测量杆的长度等于底座高度、试件高度和压盖高度之和，轴向应变测量杆的横截面为矩形，所述矩形的宽度与底座的轴向槽深度的名义尺寸相同，所述矩形的长度与底座的轴向槽宽度的名义尺寸相同。

所述径向应变测量杆的长度为底座高度与试件高度的0.55倍之和；径向应变测量杆的上端设有螺孔，径向应变测量杆的横截面与轴向应变测量杆的横截面相同。

所述大头螺杆一端的截面为正方形，大头螺杆另一端为球缺，大头螺杆的杆身为外螺纹；所述球缺球面的曲率半径为底座的小圆柱体半径的0.18~0.20倍，球缺的底面半径为球缺的球面曲率半径的0.75~0.80倍。

所述用于测试岩石静力变形的实验装置的使用方法是：

(1)试件材质为岩石或混凝土材料，试件的尺寸为Φ50×100mm。

(2)将试件置于底座上，将压盖旋至压头的上部，再将压头置于试件上；底座中心线、试件中心线和压头中心线为同一条直线，组成试件测试体。

(3)逐个旋扭大头螺杆，每个大头螺杆的球缺曲面紧贴试件的侧面；旋扭压盖至压盖的侧面与轴向应变测量杆顶端相接触；再进行校零。

(4)将校零后的所述试件测试体置于试验机的上压板与下压板之间；将每个电阻应变片通过各自的信号线分别外接应变仪或计算机。

(5)加压，直至试件产生裂纹；停止加压，检查试件破坏状态，保存测试结果。

本实用新型在加压过程中，由于试件的压缩变形，当压头和压盖随试件的上平面下移时，压盖对轴向应变测量杆顶端施加压力，轴向应变测量杆发生变形；同时，试件在受压变形过程中产生的径向变形，亦对大头螺杆施加向外的压力，大头螺杆将压力传至径向应变测量杆，径向应变测量杆产生弯曲变形。径向应变测量杆和轴向应变测量杆的变形使电阻应变片产生相应的电流信号，电流信号由电阻应变片连接的信号线输出到应变仪或计算机进行放大计算，即得试件的径向应变值和轴向应变值。

由于采用上述技术方案，本实用新型与现有技术相比具有如下积极效果：

1、本实用新型利用压头和压盖的螺纹配合，使测量时的安装调试方便快速；采用的螺纹配合方式避免了压盖在自重作用下沿压头轴向滑移，消除了在试件的加载过程中压盖滑移对轴向应变测量杆顶端施加的额外荷载产生的测量误差。

2、本实用新型利用大头螺杆的球缺球面与试件侧面面接触的特点，防止了在低强度试件的静力学性能测试时大头螺杆插进试件，减小了因此产生的测量误差。

因此，本实用新型具有安装调试方便和测量误差小的特点。

附图说明

图1为本实用新型的一种结构示意图；

图2为图1中底座1的俯视示意图；

图3为图1中大头螺杆6的结构放大示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型做进一步描述，并非对本实用新型保护范围的限定。

实施例1

一种用于测试岩石静力变形的实验装置。如图1所示，所述用于测试岩石静力变形的实验装置由测试装置和传压装置组成。测试试件4时，将试件4置于测试装置上，传压装置放置在试件4上，测试装置、试件4和传压装置组成试件测试体。

如图1所示，测试装置包括底座1、电阻应变片3、径向应变测量杆5、大头螺杆6和轴向应变测量杆7。

如图2所示，底座1是由大圆柱体和小圆柱体组成的圆形凸台，小圆柱体的直径为试件4直径的1.05~1.08倍，大圆柱体的直径是小圆柱体直径的1.80~1.85倍；在大圆柱体的上平面开有环形槽12，在环形槽12外的环形面均匀地开有8条径向槽13，沿大圆柱体的素线均匀地开有8条轴向槽14，每个径向槽13与对应的轴向槽14相通，环形槽12外壁设有圆形通孔15。

如图1所示，径向应变测量杆5的下端和轴向应变测量杆7的下端分别通过螺钉2固定在对应的轴向槽14内，径向应变测量杆5和轴向应变测量杆7相间分布；大头螺杆6与径向应变测量杆5的上端通过螺纹连接，每个大头螺杆6的轴线延长线和底座1的轴线延长线垂直相交于一点。

如图1所示，每个径向应变测量杆5和每个轴向应变测量杆7分别贴有电阻应变片3，每个电阻应变片3通过各自的信号线11外接应变仪或计算机。所述外接是指将每个信号线11沿各自的杆件和对应的径向槽13嵌入环形槽12中，然后通过环形槽12的圆形通孔15穿出，再分别与外部的应变仪或计算机相连接。

如图1所示，传压装置由压盖8、压头9和橡胶垫10组成；压盖8和压头9螺纹连接，压头9的上平面粘贴有橡胶垫10。

如图1所示，压盖8的外形为倒圆台，倒圆台的夹角为45°，倒圆台的中心设有螺纹通孔，倒圆台的上底直径是底座1的大圆柱体直径的1.25~1.28倍。

如图1所示，所述压头9为圆柱体，圆柱体的下段设有外螺纹，所述圆柱体的直径与底座1的小圆柱体的直径相等。

如图1所示，所述轴向应变测量杆7的长度等于底座1高度、试件4高度和压盖8高度之和，轴向应变测量杆7的横截面为矩形，所述矩形的宽度与底座1的轴向槽14深度的名义尺寸相同，所述矩形的长度与底座1的轴向槽14宽度的名义尺寸相同。

如图1所示，所述径向应变测量杆5的长度为底座1高度与试件4高度的0.55倍之和；径向应变测量杆5的上端设有螺孔，径向应变测量杆5的横截面与轴向应变测量杆7的横截面相同。

如图3所示，所述大头螺杆6一端的截面为正方形，大头螺杆6另一端为球缺，大头螺杆6的杆身为外螺纹；所述球缺球面的曲率半径为底座1的小圆柱体半径的0.18~0.19倍，球缺的底面半径为球缺的球面曲率半径的0.75~0.78倍。

所述用于测试岩石静力变形的实验装置的使用方法是：

(1)试件4材质为岩石或混凝土材料，试件4的尺寸为Φ50×100mm。

(2)将试件4置于底座1上，将压盖8旋至压头9的上部，再将压头9置于试件4上；底座1中心线、试件4中心线和压头9中心线为同一条直线，组成试件测试体。

(3)逐个旋扭大头螺杆6，每个大头螺杆6的球缺曲面紧贴试件4的侧面；旋扭压盖8至压盖8的侧面与轴向应变测量杆7顶端相接触；再进行校零。

(4)将校零后的所述试件测试体置于试验机的上压板与下压板之间；将每个电阻应变片3通过各自的信号线11分别外接应变仪或计算机。

(5)加压，直至试件4产生裂纹；停止加压，检查试件4破坏状态，保存测试结果。

实施例2

一种用于测试岩石静力变形的实验装置。除下述技术参数外，其余同实施例1：

所述小圆柱体的直径为试件4直径的1.07~1.10倍，大圆柱体的直径是小圆柱体直径的1.85~1.90倍；

所述倒圆台的上底直径是底座1的大圆柱体直径的1.27~1.30倍；

所述球缺球面的曲率半径为底座1的小圆柱体半径的0.19~0.20倍，球缺的底面半径为球缺的球面曲率半径的0.77~0.80倍。

本具体实施方式在加压过程中，由于试件4的压缩变形，当压头9和压盖8随试件4的上平面下移时，压盖8对轴向应变测量杆7顶端施加压力，轴向应变测量杆7发生变形；同时，试件4在受压变形过程中产生的径向变形，亦对大头螺杆6施加向外的压力，大头螺杆6将压力传至径向应变测量杆5，径向应变测量杆5产生弯曲变形。径向应变测量杆5和轴向应变测量杆7的变形使电阻应变片3产生相应的电流信号，电流信号由电阻应变片3连接的信号线11输出到应变仪或计算机进行放大计算，即得试件4的径向应变值和轴向应变值。

由于采用上述技术方案，本具体实施方式与现有技术相比具有如下积极效果：

1、本具体实施方式利用压头9和压盖8的螺纹配合，使测量时的安装调试方便快速；采用的螺纹配合方式避免了压盖8在自重作用下沿压头9轴向滑移，消除了在试件4的加载过程中压盖8滑移对轴向应变测量杆7顶端施加的额外荷载产生的测量误差。

2、本具体实施方式利用大头螺杆6的球缺球面与试件4侧面面接触的特点，防止了在低强度试件的静力学性能测试时大头螺杆6插进试件4，减小了因此产生的测量误差。

因此，本具体实施方式具有安装调试方便和测量误差小的特点。