側(cè)向圍壓可控的巖石側(cè)向約束膨脹率測定裝置的制造方法
【專利摘要】一種側(cè)向圍壓可控的巖石側(cè)向約束膨脹率測定裝置，包括液壓缸，液壓缸內(nèi)設(shè)有活塞，通過進油管、出油管分別與油箱、壓力表和側(cè)向約束壓力儀連接；通過杠桿控制活塞的上下運動，將油箱里的油通過管道傳遞到密閉室中，控制密閉室內(nèi)橡膠圈的收縮變形，并可通過節(jié)流閥對側(cè)向圍壓進行調(diào)節(jié)；所述側(cè)向約束壓力儀通過支柱與頂盤連接，在頂盤上固定有伸縮桿，伸縮桿上設(shè)置有縱向位移引伸計，通過數(shù)據(jù)線接入含有數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的計算機，實時采集巖石試樣吸水膨脹的縱向變形，求得巖石膨脹率。本發(fā)明專利提供的側(cè)向圍壓可控的巖石膨脹率測定裝置，克服了傳統(tǒng)的巖石膨脹率試驗裝置側(cè)向圍壓無法精準控制、變形測量精度較差、變形與精確讀數(shù)不同步的缺陷。
【專利說明】
側(cè)向圍壓可控的巖石側(cè)向約束膨脹率測定裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種測定巖石水理性質(zhì)的實驗裝置及其使用方法，尤其是涉及一種側(cè)向圍壓可控的巖石側(cè)向約束膨脹率測定裝置及其使用方法。
【背景技術(shù)】
[0002]巖石側(cè)向約束膨脹率是在側(cè)向約束條件下，不易崩解的巖石試樣在浸水后產(chǎn)生的膨脹變形與試件的原尺寸之比。傳統(tǒng)的巖石側(cè)向約束膨脹率試驗儀利用金屬套環(huán)直接限制巖石試樣的側(cè)向膨脹變形，無法對巖石試樣的側(cè)向圍壓進行精確約束。同時，傳統(tǒng)的巖石側(cè)向約束膨脹率試驗儀采用千分表人工讀數(shù)的方法對膨脹變形進行測量，精度較低，且容易產(chǎn)生人為讀數(shù)誤差，不能實現(xiàn)膨脹變形與精確讀數(shù)的實時同步測量。因此，有必要對現(xiàn)有的巖石側(cè)向約束膨脹率試驗儀進行改進，開發(fā)出一種可以調(diào)節(jié)側(cè)向圍壓的高精度的巖石側(cè)向約束膨脹率測定裝置。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于解決巖石試樣側(cè)向圍壓無法精準控制、膨脹變形測量精度較差、膨脹變形與精確讀數(shù)不同步的問題，提供一種可以調(diào)節(jié)側(cè)向圍壓的高精度的巖石側(cè)向約束膨脹率測定裝置。
[0004]本發(fā)明為實現(xiàn)上述目的采用以下技術(shù)方案:
[0005]—種側(cè)向圍壓可控的巖石側(cè)向約束膨脹率測定裝置，包括液壓缸，所述液壓缸內(nèi)設(shè)有可上下移動的活塞，通過進油管、出油管分別與油箱、壓力表和側(cè)向約束壓力儀連接；通過上部杠桿控制活塞的運動，將油箱里的油通過進油管、出油管和進(出)油口傳遞到密閉室中，從而控制密閉室中橡膠圈的收縮變形，并通過回油管中的節(jié)流閥對側(cè)向圍壓進行調(diào)節(jié);所述側(cè)向約束壓力儀通過支柱與頂盤連接，在頂盤上固定有伸縮桿，該伸縮桿上設(shè)置有縱向位移引伸計，通過數(shù)據(jù)線接入含有數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的計算機，實時采集巖石試樣吸水膨脹的縱向變形。
[0006]作為優(yōu)選，所述進油管、出油管中均接有單向閥，所述回油管中接有節(jié)流閥。
[0007]進一步優(yōu)選，所述出油管通過進(出)油口與密閉室密封性固接。
[0008]進一步優(yōu)選，所述橡膠圈內(nèi)放置待測巖石試樣，巖石試樣上方放置透水板;所述待測巖石試樣、透水板均為圓柱體狀;巖石試樣直徑50mm，高度<200_。
[0009]進一步優(yōu)選，所述壓力表為真空壓力表。
[0010]進一步優(yōu)選，所述伸縮桿包括底片、頂片、彈簧和螺栓，所述底片向上延伸有一段空心柱，所述空心柱向上延伸有一段圓角矩形空心管，所述圓角矩形空心管向上延伸有一段圓角矩形柱;所述頂片通過磁鐵與頂盤連接，所述底片抵在巖石試樣上方的透水板上;所述縱向位移引伸計的兩個刀口分別卡在圓角矩形空心管和空心柱上，通過數(shù)據(jù)線與計算機相連接。
[0011]進一步優(yōu)選，所述彈簧置于圓角矩形空心管與空心柱之間，所述圓角矩形空心管套在空心柱內(nèi)并可上下滑動;所述圓角矩形柱套在圓角矩形空心管內(nèi)并可上下滑動，并通過螺栓對圓角矩形柱進行固定。
[0012]進一步優(yōu)選，所述伸縮桿的頂片中間設(shè)有一凹槽，所述磁鐵置于凹槽內(nèi)，利用磁鐵使得伸縮桿與頂盤相互吸粘。
[0013]進一步優(yōu)選，所述磁鐵為圓柱體狀強磁鐵。
[0014]進一步優(yōu)選，所述支柱數(shù)量為3根，上端與頂盤焊接，下端通過磁鐵與側(cè)向約束壓力儀呈正三角形插接。
[0015]進一步優(yōu)選，所述頂盤、支柱均為圓盤形狀，由鐵質(zhì)材料制成。
[0016]進一步優(yōu)選，所述伸縮桿材質(zhì)為招合金材料。
[0017]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比有如下優(yōu)點:巖石試樣側(cè)向圍壓可調(diào)節(jié)、膨脹變形測量精度高、結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、性能可靠。
[0018]本發(fā)明提供一種上述側(cè)向圍壓可控的巖石側(cè)向約束膨脹率測定裝置的使用方法，包括以下步驟:
[0019](I)將待測巖石試樣裝入側(cè)向約束壓力儀的橡膠圈內(nèi)，在待測巖石試樣的上方放置薄型濾紙和透水板，巖石試樣為圓柱體狀，直徑50mm，高度可以在200mm以內(nèi)自由靈活調(diào)整；
[0020](2)用3根支柱及磁鐵將頂盤與側(cè)向約束壓力儀呈正三角形插接；
[0021](3)在待測巖石試樣上方放置一伸縮桿，伸縮桿的底片與巖石試樣頂部的透水板貼合，頂片通過磁鐵與頂盤相互吸粘；
[0022](4)在伸縮桿上安裝縱向位移引伸計，縱向位移引伸計通過數(shù)據(jù)線與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)相連接，中間的位移收斂通過彈簧調(diào)節(jié)；
[0023](5)通過杠桿控制液壓缸內(nèi)活塞的上下移動，將油箱里的油傳遞到側(cè)向約束壓力儀的密閉室中，通過觀察壓力表和調(diào)節(jié)節(jié)流閥使巖石試樣的側(cè)向圍壓保持恒定；
[0024](6)向橡膠圈內(nèi)注入純水，根據(jù)巖石試樣的高度合理確定注水量；
[0025](7)啟動數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，實時采集縱向位移引伸計測得的縱向膨脹變形，試驗過程中注意讀數(shù)的變化情況，試驗結(jié)束后記錄描述巖石試樣的崩解、掉塊、表面泥化或軟化等現(xiàn)象；
[0026](8)試驗過程中保持水位不變，水溫變化不大于2°C，浸水后試驗時間不得小于48h；
[0027](9)根據(jù)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集的讀數(shù)計算所測巖石試樣的側(cè)向約束膨脹率。
【附圖說明】
[0028]圖1為本發(fā)明涉及的側(cè)向圍壓可控的巖石側(cè)向約束膨脹率測定裝置的整體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0029]圖2為伸縮桿的分解結(jié)構(gòu)示意圖。
[0030]附圖標記說明:
[0031]1-杠桿、2-液壓缸、3-活塞、4-單向閥①、5-進油管、6_出油管、7_單向閥②、8_壓力表、9-節(jié)流閥、I O-回油管、11 -油箱、12-進(出)油口、13-密閉室、14-橡膠圈、15-巖石試樣、16-透水板、17-伸縮桿、18-底片、19-空心柱、20-圓角矩形空心管、21-圓角矩形柱、22-頂片、23-彈簧、24-螺栓、25-磁鐵①、26-側(cè)向約束壓力儀、27-支柱、28-頂盤、29-磁鐵②、30-縱向位移引伸計、31-數(shù)據(jù)線。
【具體實施方式】
[0032]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面結(jié)合附圖和實施例，對本發(fā)明中的側(cè)向圍壓可控的巖石側(cè)向約束膨脹率測定裝置及其使用方法進行清楚、完整地描述。
[0033]如圖1所示，本發(fā)明提供的側(cè)向圍壓可控的巖石側(cè)向約束膨脹率測定裝置，包括液壓缸2，所述液壓缸2內(nèi)設(shè)有可上下移動的活塞3，通過進油管5、出油管6分別與油箱11、壓力表8和側(cè)向約束壓力儀26連接;通過上部杠桿I控制活塞3的運動，將油箱11里的油通過進油管5、出油管6和進(出)油口 12傳遞到密閉室13中，從而控制密閉室13中橡膠圈14的收縮變形，并通過回油管10中的節(jié)流閥9對側(cè)向圍壓進行調(diào)節(jié);所述側(cè)向約束壓力儀26通過支柱27與頂盤28連接，在頂盤28上固定有伸縮桿17，該伸縮桿17上設(shè)置有縱向位移引伸計30，通過數(shù)據(jù)線31接入含有數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的計算機，實時采集巖石試樣15吸水膨脹的縱向變形。
[0034]本發(fā)明提供的側(cè)向圍壓可控的巖石側(cè)向約束膨脹率測定裝置，所述進油管5中接有單向閥4，使得油箱11里的油只能往液壓缸2單向移動;所述出油管6中接有單向閥7，使得密閉室13內(nèi)的油不會在高壓條件下向液壓缸2方向回流。
[0035]本發(fā)明提供的側(cè)向圍壓可控的巖石側(cè)向約束膨脹率測定裝置，所述出油管6通過進(出)油口 12與密閉室13密封性固接。
[0036]本發(fā)明提供的側(cè)向圍壓可控的巖石側(cè)向約束膨脹率測定裝置，所述橡膠圈14內(nèi)放置待測巖石試樣15，巖石試樣15上方放置透水板16;所述待測巖石試樣15、透水板16均為圓柱體狀;巖石試樣15直徑50_，高度可以在200_以內(nèi)自由靈活調(diào)整。
[0037]本發(fā)明提供的側(cè)向圍壓可控的巖石側(cè)向約束膨脹率測定裝置，所述壓力表8為真空壓力表，可準確反映密閉室13內(nèi)油的壓力。通過該表的讀數(shù)，來控制杠桿I的操作和節(jié)流閥9的調(diào)節(jié)。
[0038]進一步地，圖2為本發(fā)明伸縮桿17的分解結(jié)構(gòu)示意圖，所述伸縮桿17包括底片18、頂片22、彈簧23和螺栓24，所述底片18向上延伸有一段空心柱19，所述空心柱19向上延伸有一段圓角矩形空心管20，所述圓角矩形空心管20向上延伸有一段圓角矩形柱21;所述頂片22通過磁鐵25與頂盤27連接，所述底片18抵在巖石試樣15上方的透水板16上;所述縱向位移引伸計30的兩個刀口分別卡在圓角矩形空心管20和空心柱19上，通過數(shù)據(jù)線31與計算機相連接。
[0039]本發(fā)明提供的側(cè)向圍壓可控的巖石側(cè)向約束膨脹率測定裝置，所述彈簧23置于圓角矩形空心管20與空心柱19之間，所述圓角矩形空心管20套在空心柱19內(nèi)并可上下滑動；所述圓角矩形柱21套在圓角矩形空心管20內(nèi)并可上下滑動，并通過螺栓24對圓角矩形柱21進行固定，使得巖石試樣15的高度可以在某一范圍內(nèi)(<200_)靈活調(diào)整，而不用局限于固定的高度。
[0040]本發(fā)明提供的側(cè)向圍壓可控的巖石側(cè)向約束膨脹率測定裝置，所述支柱27數(shù)量為3根，上端與頂盤28焊接，下端通過磁鐵29與側(cè)向約束壓力儀26呈正三角形插接。利用三角形的穩(wěn)定性和磁鐵29的吸粘性使得頂盤28與側(cè)向約束壓力儀的連接更加穩(wěn)固，而且通過插接可以實現(xiàn)裝置的靈活可拆裝組裝的功能，使得本發(fā)明裝置結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，自由靈活。
[0041]本發(fā)明提供的側(cè)向圍壓可控的巖石側(cè)向約束膨脹率測定裝置，所述頂盤28由圓形鐵質(zhì)材料制成;所述頂片22中間位置設(shè)有一凹槽，所述磁鐵25置于凹槽內(nèi)，所述伸縮桿17通過磁鐵25與頂盤28相互吸粘，使得本發(fā)明裝置結(jié)構(gòu)簡單、拆裝方便。
[0042]本發(fā)明提供的側(cè)向圍壓可控的巖石側(cè)向約束膨脹率測定裝置，縱向位移引伸計30通過數(shù)據(jù)線31與裝有數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的計算機相連，可以實時顯示試驗過程中巖石試樣15的縱向位移變化情況，并記錄巖石試樣15的縱向位移數(shù)據(jù)，測量精度高，數(shù)據(jù)讀取方便，測試人員工作量少，原始數(shù)據(jù)不易丟失。
[0043]為了更好地理解本發(fā)明，下面結(jié)合實施例，對本發(fā)明的側(cè)向圍壓可控的巖石側(cè)向約束膨脹率測定裝置的使用方法進行詳細說明。
[0044]本發(fā)明提供一種上述側(cè)向圍壓可控的巖石側(cè)向約束膨脹率測定裝置的使用方法，依次包括以下步驟:
[0045](I)將待測巖石試樣15裝入側(cè)向約束壓力儀的橡膠圈14內(nèi)，在待測巖石試樣15的上方放置薄型濾紙和透水板16，巖石試樣15為圓柱體狀，直徑50mm，高度可以在200mm以內(nèi)自由靈活調(diào)整；
[0046](2)用3根支柱27及磁鐵29將頂盤28與側(cè)向約束壓力儀26呈正三角形插接；
[0047](3)在待測巖石試樣15上方放置一伸縮桿17，伸縮桿17的底片18與巖石試樣15頂部的透水板16貼合，頂片22通過磁鐵25與頂盤28相互吸粘；
[0048](4)在伸縮桿17上安裝縱向位移引伸計30，縱向位移引伸計30通過數(shù)據(jù)線31與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)相連接，中間的位移收斂通過彈簧23調(diào)節(jié)；
[0049](5)通過杠桿I控制液壓缸2內(nèi)活塞3的上下移動，將油箱11里的油傳遞到側(cè)向約束壓力儀26的密閉室13中，通過觀察壓力表8和調(diào)節(jié)節(jié)流閥9使巖石試樣15的側(cè)向圍壓保持恒定；
[0050](6)向橡膠圈14內(nèi)注入純水，根據(jù)巖石試樣15的高度合理確定注水量；
[0051](7)啟動數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，實時采集縱向位移引伸計30測得的縱向膨脹變形，試驗過程中注意讀數(shù)的變化情況，試驗結(jié)束后記錄描述巖石試樣15的崩解、掉塊、表面泥化或軟化等現(xiàn)象；
[0052](8)試驗過程中保持水位不變，水溫變化不大于2°C，浸水后試驗時間不得小于48h；
[0053](9)根據(jù)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集的讀數(shù)計算所測巖石試樣15的側(cè)向約束膨脹率。
[0054]需要說明的是，以上實施例僅用于說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對其限制，任何不經(jīng)過創(chuàng)造性勞動所作出的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護范圍內(nèi)；基于本發(fā)明的技術(shù)思想，結(jié)合現(xiàn)有技術(shù)，上述側(cè)向圍壓可控的巖石側(cè)向約束膨脹率測定裝置還可以做出諸多的變形，均將落入在本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種側(cè)向圍壓可控的巖石側(cè)向約束膨脹率測定裝置，其特征在于:包括液壓缸2，所述液壓缸2內(nèi)設(shè)有可上下移動的活塞3，通過進油管5、出油管6分別與油箱11、壓力表8和側(cè)向約束壓力儀26連接;通過上部杠桿I控制活塞3的運動，將油箱11里的油通過進油管5、出油管6和進(出)油口 12傳遞到密閉室13中，從而控制密閉室13中橡膠圈14的收縮變形，并通過回油管10中的節(jié)流閥9對側(cè)向圍壓進行調(diào)節(jié);所述側(cè)向約束壓力儀26通過支柱27與頂盤28連接，在頂盤28上固定有伸縮桿17，該伸縮桿17上設(shè)置有縱向位移引伸計30，通過數(shù)據(jù)線31接入含有數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的計算機，實時采集巖石試樣15吸水膨脹的縱向變形。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的側(cè)向圍壓可控的巖石側(cè)向約束膨脹率測定裝置，其特征在于:所述進油管5中接有單向閥4，所述出油管6中接有單向閥7，所述回油管10中接有節(jié)流閥9。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的側(cè)向圍壓可控的巖石側(cè)向約束膨脹率測定裝置，其特征在于:所述橡膠圈14內(nèi)放置待測巖石試樣15，巖石試樣15上方放置透水板16;所述待測巖石試樣15、透水板16均為圓柱體狀;巖石試樣15直徑50mm，高度<200_。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的側(cè)向圍壓可控的巖石側(cè)向約束膨脹率測定裝置，其特征在于:所述伸縮桿17包括底片18、頂片22、彈簧23和螺栓24，所述底片18向上延伸有一段空心柱19，所述空心柱19向上延伸有一段圓角矩形空心管20，所述圓角矩形空心管20向上延伸有一段圓角矩形柱21;所述頂片22通過磁鐵25與頂盤27連接，所述底片18抵在巖石試樣15上方的透水板16上;所述縱向位移引伸計30的兩個刀口分別卡在圓角矩形空心管20和空心柱19上，通過數(shù)據(jù)線31與計算機相連接。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的側(cè)向圍壓可控的巖石側(cè)向約束膨脹率測定裝置，其特征在于:所述彈簧23置于圓角矩形空心管20與空心柱19之間，所述圓角矩形空心管20套在空心柱19內(nèi)并可上下滑動;所述圓角矩形柱21套在圓角矩形空心管20內(nèi)并可上下滑動，并通過螺栓24對圓角矩形柱21進行固定。6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的側(cè)向圍壓可控的巖石側(cè)向約束膨脹率測定裝置，其特征在于:所述伸縮桿17的頂片22中間設(shè)有一凹槽，所述磁鐵25置于凹槽內(nèi)，利用磁鐵25使得伸縮桿17與頂盤28相互吸粘。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的側(cè)向圍壓可控的巖石側(cè)向約束膨脹率測定裝置，其特征在于:所述支柱27數(shù)量為3根，上端與頂盤28焊接，下端通過磁鐵29與側(cè)向約束壓力儀26呈正三角形插接。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的側(cè)向圍壓可控的巖石側(cè)向約束膨脹率測定裝置，其特征在于:所述頂盤28、支柱27均為圓形柱體，由鐵質(zhì)材料制成。9.一種如權(quán)利要求1所述的側(cè)向圍壓可控的巖石側(cè)向約束膨脹率測定裝置的使用方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)將待測巖石試樣15裝入側(cè)向約束壓力儀26的橡膠圈14內(nèi)，在待測巖石試樣15的上方放置薄型濾紙和透水板16，巖石試樣15為圓柱體狀，直徑50mm，高度可以在200mm以內(nèi)自由靈活調(diào)整； (2)用3根支柱27及磁鐵29將頂盤28與側(cè)向約束壓力儀26呈正三角形插接； (3)在待測巖石試樣15上方放置一伸縮桿17，伸縮桿17的底片18與巖石試樣15頂部的透水板16貼合，頂片22通過磁鐵25與頂盤28相互吸粘； (4)在伸縮桿17上安裝縱向位移引伸計30，縱向位移引伸計30通過數(shù)據(jù)線31與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)相連接，中間的位移收斂通過彈簧23調(diào)節(jié)； (5)通過杠桿I控制液壓缸2內(nèi)活塞3的上下移動，將油箱11里的油傳遞到側(cè)向約束壓力儀26的密閉室13中，通過觀察壓力表8、調(diào)節(jié)節(jié)流閥9使巖石試樣15的側(cè)向圍壓保持恒定； (6)向橡膠圈14內(nèi)注入純水，根據(jù)巖石試樣15的高度合理確定注水量； (7)啟動數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，實時采集縱向位移引伸計30測得的縱向膨脹變形，試驗過程中注意讀數(shù)的變化情況，試驗結(jié)束后記錄描述巖石試樣15的崩解、掉塊、表面泥化或軟化等現(xiàn)象； (8)試驗過程中保持水位不變，水溫變化不大于2°C，浸水后試驗時間不得小于48h; (9)根據(jù)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集的讀數(shù)計算所測巖石試樣15的側(cè)向約束膨脹率。
【文檔編號】G01N3/12GK106018111SQ201610524481
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年7月1日
【發(fā)明人】高召寧, 潘繼良, 張陽, 鄭志偉
【申請人】安徽理工大學