一种岩石试件变形测量装置及径向轴向变形测试方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及岩石变形测量技术领域，更具体涉及一种岩石试件变形测量装置，还 涉及一种测量径向变形的方法，还涉及一种测量轴向变形的方法，既可运用于岩石室内试 验时测量轴向变形，也可用于测量径向变形。
【背景技术】
[0002] 圆柱形试件是岩石室内单轴、常规三轴试验的标准试件形式，在其它材料测试领 域中也十分常见。试件的轴向及径向变形测量对于了解岩石物理力学性质、确定岩石强度 参数是必不可少的。
[0003] 目前对于圆柱形岩石标准试件的变形测量主要有三种方式：（1)在试件表面直接 粘贴电阻应变片进行测量，这是最为简单直观的方法，具有分辨率高、尺寸小、测量范围大、 价格低廉等优点，但其测量尺度小，对粘贴质量要求较高，需要熟练的实验员，另外，在岩石 试件破裂后测量的仅仅是局部变形，结果不可靠，更有甚者，如果应变片正好粘贴在破裂面 上，试件的破裂将会导致应变片断裂，使测量无法继续进行。（2)以应变片为敏感元件的引 伸计，具有测量尺度大、安装方便、可重复使用等优点，其缺点是长期使用后粘贴胶水发生 蠕变，导致引伸记零点漂移，长期稳定性差。尤其是悬臂梁式的应变引伸计，安装时很难保 证悬臂梁平衡对中，导致测量开始前电桥就不平衡，而且测量时需要将试件变形转化为悬 臂梁的扰度，引入了额外的系统误差，另外传感器在每次安装时的测量标距也不一样。（3) LVDT测量系统，LVDT是线性可变差动变压器，属于直线位移传感器。该类传感器结构简单、 线性度高、重复性好、长期稳定性高，但是直接用于试件变形测量存在较多问题，目前用于 轴向变形测量时是量测的试件全长度的变形，里面包含了端部效应的影响，不够准确，用于 径向变形测量时通常的做法是采用2个共线的LVDT传感器测量试件直径的变化，但是在安 装试件时只能靠肉眼判断是否对中，难以保证两个LVDT传感器所在的直线通过试件截面 的圆心，因而容易造成测量误差，且造成的测量误差无法估计。
【发明内容】
[0004] 针对上述存在问题，本发明的目的在于提供一种岩石试件轴向、径向变形测量装 置，通过采用不同的安装方式，将试件的轴向或径向变形转换为LVDT传感器导磁铁芯在两 级线圈中位置的变化，从而实现了采用一种岩石试件变形测量装置既可以测量试件轴向变 形，又可以测量试件径向变形。
[0005] 为了实现本目的，其技术解决方案为：
[0006] 一种岩石试件变形测量装置，包括线圈固定套筒，还包括设置在线圈固定套筒中 的线圈组和铁芯，线圈固定套筒侧部设置有滑槽，滑槽内设置有滑杆，滑杆一端与铁芯固定 支架连接，铁芯调节杆穿过铁芯固定支架并通过螺纹与铁芯固定支架连接，铁芯调节杆一 端与铁芯连接。
[0007] 如上所述的线圈固定套筒和滑杆上均设置有刀片，滑槽和滑杆上均设置有定位 孔，还包括依次穿过滑槽和滑杆上的定位孔的定位销。
[0008] 如上所述的刀片为L形，L形一边通过压块与线圈固定套筒或滑杆连接，另一端为 尖端且垂直于被测样品的侧部，压块与刀片之间还压紧有挂钩，拉簧沿周向缠绕被测样品 后两纟而挂在挂钩上。
[0009] 如上所述的线圈固定套筒和滑杆上均设置有卡脚，线圈固定套筒与滑杆之间通过 弹簧拉紧，链条沿周向缠绕被测样品后两端分别挂在线圈固定套筒上的卡脚和滑杆上的卡 脚。
[0010] 如上所述的链条包括带状分布的滚轮，各个滚轮套设在滚轮轴上，各个滚轮轴之 间通过连接条活动连接。
[0011] 一种测量轴向变形的方法，包括以下步骤：
[0012] 先将定位销插入定位孔内，用于固定传感器测量标距，再将线圈固定套筒和滑杆 上的刀片卡在试件同一条母线上，2条拉簧分别绕在试件圆周并分别挂在线圈固定套筒和 滑杆上的挂钩上，移动铁芯调节杆的位置调整传感器零点，然后拔下定位销开始测量，试验 时岩石试件产生轴向压缩变形，从而引起线圈固定套筒和滑杆上的刀片带动铁芯固定支架 和线圈固定套筒发生相对移动，铁芯调节杆上的导磁铁芯在线圈组中的位置发生变化，数 据采集器通过计算机记录轴向变形。
[0013] 一种测量径向变形的方法，包括以下步骤：
[0014] 通过弹簧连接铁芯固定支架和线圈固定套筒，在滑杆及线圈固定套筒上分别用螺 丝固定一个卡脚，
[0015] 将链条水平绕在试件中部，2个卡脚分别卡在链条两端的滚轮轴上，在弹簧的作用 下，链条紧贴试件表面，移动铁芯调节杆的位置调整传感器零点，试验时岩石试件产生径向 膨胀变形，引起2个卡脚张开，从而带动铁芯固定支架和线圈固定套筒发生相对移动，铁芯 调节杆上的导磁铁芯在线圈组中的位置发生变化，数据采集器记录下2个卡脚之间的距离 变化，进而测得试件径向应变
[0016] 如上所述的试件径向应变\的测量基于以下公式：
【主权项】
1. 一种岩石试件变形测量装置，包括线圈固定套筒（4)，其特征在于，还包括设置在线 圈固定套筒（4)中的线圈组（3)和铁芯（14)，线圈固定套筒（4)侧部设置有滑槽（17)，滑 槽（17)内设置有滑杆（15)，滑杆（15) -端与铁芯固定支架⑵连接，铁芯调节杆⑴穿过 铁芯固定支架（2)并通过螺纹与铁芯固定支架（2)连接，铁芯调节杆（1) 一端与铁芯（14) 连接。
2. 根据权利要求1所述的一种岩石试件变形测量装置，其特征在于，所述的线圈固定 套筒（4)和滑杆（15)上均设置有刀片（5)，滑槽（17)和滑杆（15)上均设置有定位孔，还包 括依次穿过滑槽（17)和滑杆（15)上的定位孔的定位销（8)。
3. 根据权利要求2所述的一种岩石试件变形测量装置，其特征在于，所述的刀片（5)为 L形，L形一边通过压块（6)与线圈固定套筒（4)或滑杆（15)连接，另一端为尖端且垂直于 被测样品的侧部，压块（6)与刀片（5)之间还压紧有挂钩（7)，拉簧（10)沿周向缠绕被测样 品后两端挂在挂钩（7)上。
4. 根据权利要求1所述的一种岩石试件变形测量装置，其特征在于，所述的线圈固定 套筒（4)和滑杆（15)上均设置有卡脚（12)，线圈固定套筒（4)与滑杆（15)之间通过弹 簧（11)拉紧，链条（13)沿周向缠绕被测样品后两端分别挂在线圈固定套筒（4)上的卡脚 (12)和滑杆（15)上的卡脚（12)。
5. 根据权利要求4所述的一种测量径向变形的方法，其特征在于，所述的链条（13)包 括带状分布的滚轮，各个滚轮套设在滚轮轴上，各个滚轮轴之间通过连接条活动连接。
6. -种利用权利要求3所述装置测量轴向变形的方法，其特征在于，包括以下步骤： 先将定位销（8)插入定位孔内，用于固定传感器测量标距，再将线圈固定套筒（4)和滑 杆（15)上的刀片（5)卡在试件同一条母线上，2条拉簧（10)分别绕在试件圆周并分别挂在 线圈固定套筒（4)和滑杆（15)上的挂钩（7)上，移动铁芯调节杆（1)的位置调整传感器零 点，然后拔下定位销（8)开始测量，试验时岩石试件产生轴向压缩变形，从而引起线圈固定 套筒（4)和滑杆（15)上的刀片（5)带动铁芯固定支架（2)和线圈固定套筒（4)发生相对 移动，铁芯调节杆（1)上的导磁铁芯（14)在线圈组（3)中的位置发生变化，数据采集器通 过计算机记录轴向变形。
7. -种利用权利要求5所述装置测量径向变形的方法，其特征在于，包括以下步骤： 通过弹簧（11)连接铁芯固定支架（2)和线圈固定套筒（4)，在滑杆（15)及线圈固定套 筒（4)上分别用螺丝固定一个卡脚（12)， 将链条（13)水平绕在试件中部，2个卡脚（12)分别卡在链条（13)两端的滚轮轴上， 在弹簧（11)的作用下，链条（13)紧贴试件表面，移动铁芯调节杆（1)的位置调整传感器零 点，试验时岩石试件产生径向膨胀变形，引起2个卡脚（12)张开，从而带动铁芯固定支架 (2)和线圈固定套筒（4)发生相对移动，铁芯调节杆（1)上的导磁铁芯（14)在线圈组（3) 中的位置发生变化，数据采集器记录下2个卡脚（12)之间的距离变化，进而测得试件径向 变形。
8. 根据权利要求7所述的一种测量径向变形的方法，其特征在于，所述的试件径向应 变\的测量基于以下公式：
其中，η为链条节数，Itl为单节链条长度，R i为试件变形前半径，r为链条滚轮半径，Λ I 为2个卡脚间相对位移量。
【专利摘要】本发明公开了一种岩石试件变形测量装置，包括线圈固定套筒，还包括设置在线圈固定套筒中的线圈组和铁芯，线圈固定套筒侧部设置有滑槽，滑槽内设置有滑杆，滑杆一端与铁芯固定支架连接，铁芯调节杆穿过铁芯固定支架并通过螺纹与铁芯固定支架连接，铁芯调节杆一端与铁芯连接。线圈固定套筒和滑杆上均设置有刀片或者卡脚，线圈固定套筒与滑杆之间通过定位销或者弹簧限定相对位置。本发明还公开了一种测量径向变形的方法，还公开了一种测量轴向变形的方法。本发明的测量装置结构简单，易于制造，操作方便，适用性广，可以用于对当前常见的岩石室内单轴、三轴实验的变形测量。
【IPC分类】G01B7-16
【公开号】CN104655002
【申请号】CN201510078594
【发明人】高红, 张华 , 郑虹, 胡元育
【申请人】中国科学院武汉岩土力学研究所
【公开日】2015年5月27日
【申请日】2015年2月13日