專利名稱：軟巖大變形三軸蠕變試驗橫向應變測量引伸計及方法
技術領域：
本發(fā)明屬于試件的橫向應變測量儀器與方法，特別涉及一種用于軟巖試件橫向應變 測量的儀器及方法。
背景技術：
軟巖是一種變形較大的巖石，由于至今還沒有能夠測量20%以上應變的應變計和引 伸計，因此，在常圍壓三軸試驗中，對于軟巖橫向大變形的測量， 一般釆用以下兩種方法(1)間接測量方法，通過測量巖樣的體積變化(即測量壓力室內(nèi)油液的排出量)和軸向變形量，計算出軟巖的橫向變形量。(2)試驗完成后測量試樣的最終橫向變形。上述這兩種方法存在的問題是前者測量到的是軟巖的平均橫向變形，與一般試驗測到的 橫向應變有一定差別；后者則不能測到試驗過程中每個階段試樣的橫向應變。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術的不足，提供一種用于軟巖三軸蠕變試驗橫向大變 形測量的引伸計及橫向應變測量方法，以準確地測量試驗過程中每個階段軟巖試樣的橫向應變。本發(fā)明所述引伸計包括滑環(huán)、支架、引伸臂、敏感元件和彈簧；滑環(huán)為一個，其 內(nèi)徑大于上壓頭與下壓頭最大變形后的外徑(上下壓頭的最大徑向變形依據(jù)其彈性常數(shù) 和試驗機的最大荷載計算或?qū)崪y確定)，以保證滑環(huán)在測量過程中沿上壓頭和/或下壓頭 的軸向自由滑動，其軸向高度和壁厚無嚴格要求；支架為兩付，對稱安裝在滑環(huán)的外環(huán) 面兩側(cè)并與滑環(huán)固連；引伸臂為兩條，兩引伸臂的一端分別與一付支架鉸接，兩引伸臂 的另一端均安裝有觸頭和彈簧掛鉤，所述觸頭垂直于引伸臂安裝(引伸臂的長度根據(jù)試 件尺寸、縱向變形范圍、測量斷面的位置綜合考慮，可設計不同長度的引伸臂，以滿足 測量的需要)；敏感元件為兩件，兩敏感元件的一端分別固定在兩支架上，兩敏感元件 的另一端固定在與所述支架鉸接的引伸臂的鉸接端端部；彈簧為兩根，兩彈簧的兩端分 別與安裝在兩條引伸臂上的彈簧掛鉤連接；兩支架上和兩引伸臂的鉸接端均設置有引伸 臂定位孔并配備有定位銷。實驗表明，滑環(huán)內(nèi)徑的優(yōu)選方案是滑環(huán)內(nèi)徑比上壓頭與下壓頭最大變形后的外徑大0.1 mm ~lmm。上述引伸計中的敏感元件由彈性體和貼在彈性體上的電阻應變片構(gòu)成，組裝時，彈 性體的兩端分別與支架和引伸臂的鉸接端端部固連。所述彈性體為弧形體或平直狀體。 上述引伸計中的引伸臂為矩形桿狀體或圓形桿狀體。本發(fā)明所述軟巖大變形三軸蠕變試驗橫向應變測量方法，必須使用本發(fā)明所述的引伸計進行測量，引伸計的數(shù)量與軟巖試件待測斷面的數(shù)量相同，操作步驟如下(1) 將軟巖試件置于試驗機的上壓頭與下壓頭之間并套上密封套；(2) 將引伸計的滑環(huán)套裝在上壓頭或/和下壓頭上；(3) 拔出引伸計上的定位銷，使引伸計的引伸臂處于可轉(zhuǎn)動狀態(tài)；(4) 將兩引伸臂端部的觸頭調(diào)整至軟巖試件的待測斷面處，使兩彈簧形成的彈性 環(huán)套在軟巖試件上；(5) 操作試驗機，使上壓頭與下壓頭對軟巖試件施壓，軟巖試件軸向壓縮，橫向 膨脹，致使引伸臂繞與支架的鉸接處轉(zhuǎn)動，導致敏感元件的彈性體變形并引起敏感元件 的電阻應變片阻值發(fā)生變化，然后采用電阻應變測量法(見《巖體測試與探測》第3章， 程久龍等編著，地震出版社，2000年)得到軟巖試件的橫向應變值。本發(fā)明具有以下有益效果1、 本發(fā)明所述引伸計測量量程大，保證了軟巖發(fā)生大變形時橫向應變的測量，并 且可準確地測量試驗過程中每個階段軟巖試樣的橫向應變。2、 使用多個引伸臂長度不同的引伸計，可同時測量一個試件上多個斷面的橫向應變。3、 本發(fā)明所述引伸計結(jié)構(gòu)簡單，易于制作，本發(fā)明所述方法操作簡便，易于掌握。4、 本發(fā)明填補了軟巖大變形三軸蠕變試驗橫向應變電子自動測量的空白。


圖1是本發(fā)明所述引伸計的一種結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是圖1的A-A剖視圖； 圖3是圖1的B-B剖視圖；圖4是本發(fā)明所述引伸計的又一種結(jié)構(gòu)示意圖；圖5是敏感元件的一種結(jié)構(gòu)示意圖；圖6是圖5的俯視圖；圖7是敏感元件的又一種結(jié)構(gòu)示意圖；圖8是圖7的俯視圖；圖9是軟巖三軸蠕變試驗橫向應變測量時，試件與引伸計的安裝方式圖。 圖中，l一滑環(huán)、2—支架、3—引伸臂、4—觸頭、5—彈簧掛鉤、6—敏感元件、7 —定位銷、8—鉸軸、9一彈簧、IO—引伸臂定位孔、ll一彈性體、12—電阻應變片、13 一上壓頭、14一引伸計I、 15—軟巖試件、16—引伸計IK 17—引伸計in、 18—下壓頭。
具體實施方式
實施例l本實施例中，引伸計的結(jié)構(gòu)如圖l、圖2、圖3所示，包括滑環(huán)l、支架2、引伸臂 3、觸頭4、彈簧掛鉤5、敏感元件6、定位銷7、鉸軸8和彈簧9?；h(huán)1為一個，其內(nèi) 徑比上壓頭與下壓頭最大變形后的外徑大1 mm (根據(jù)上下壓頭的彈性常數(shù)和試驗機的 最大荷載計算，上下壓頭的徑向最大變形為0.5mm)、軸向高度10mm、壁厚2mm，制 作材料為鋁合金或鈦合金；支架2為兩付，結(jié)構(gòu)為矩形管式結(jié)構(gòu)，制作材料為鋁合金或 鈦合金，其上安裝有鉸軸8并設置有引伸臂定位孔10，兩支架相隔180°對稱安裝在滑 環(huán)1的外環(huán)面兩側(cè)并與滑環(huán)固連；引伸臂3為兩條，形狀為矩形桿狀體，制作材料為鋁 合金或鈦合金，兩引伸臂的一端分別與一付支架的鉸軸8鉸接(即一條引伸臂與一付支 架的鉸軸鉸接)，兩引伸臂的另一端均安裝有觸頭4和彈簧掛鉤5，所述觸頭4垂直于引 伸臂安裝，兩引伸臂的鉸接端設置有與支架2上的定位孔10相對應和匹配的定位孔； 彈簧9為兩根，兩彈簧的兩端分別與安裝在兩條引伸臂上的彈簧掛鉤5連接，形成彈性 環(huán)，如圖3所示；敏感元件6由彈性體11和貼在彈性體上的電阻應變片12構(gòu)成，彈性 體ll為弧形片狀體，所述弧形片狀體的兩個弧面上各貼一個電阻應變片，如圖5、圖6 所示；敏感元件6為兩件， 一條引伸臂配置一件，安裝時，彈性體ll的一端固定在支 架2的內(nèi)側(cè)壁，彈性體11的另一端固定在與所述支架鉸接的引伸臂3的鉸接端端部側(cè) 面，如圖l所示；定位銷7為兩根， 一條引伸臂配置一根，當引伸計處于非工作狀態(tài)時， 將兩定位銷7分別插入兩引伸臂和兩支架的定位孔中，則可使引伸臂固定，不發(fā)生轉(zhuǎn)動， 當引伸計處于工作狀態(tài)時，取出兩定位銷，則可使引伸臂在試樣的作用下發(fā)生轉(zhuǎn)動，導 致彈性體ll變形。本實施例中，根據(jù)需要設計了長度不同的系列引伸臂。實施例2本實施例中，引伸計的結(jié)構(gòu)如圖4所示，與實施例1不同之處是(1)滑環(huán)1的內(nèi)徑比上壓頭與下壓頭最大變形后的外徑大0.5mm、軸向高度5mm; (2)兩條引伸臂3的形狀為圓形桿狀體；G)構(gòu)成敏感元件6的彈性體11為平直片狀體，如圖7、圖8 所示，安裝時，彈性體ll的一端固定在支架2的下部墊板，彈性體ll的另一端固定在 與所述支架鉸接的引伸臂3的鉸接端端部，如圖4所示。 實施例3本實施例中，使用三套實施例1所述的引伸臂長度不同的引伸計同時測量軟巖三個斷面的橫向應變，安裝方式如圖9所示；在正式試驗前，用應變儀和標準位移計對引伸 計進行標定，得出應變與位移的關系。 測試操作步驟如下(1) 將軟巖試件15置于試驗機的上壓頭13與下壓頭18之間并套上密封套；(2) 將各套引伸計的滑環(huán)1套裝在上壓頭13或下壓頭18上；(3) 拔出各套引伸計上的定位銷7，使各套引伸計的引伸臂3處于可轉(zhuǎn)動狀態(tài)；(4) 將各套引伸計的兩引伸臂端部的觸頭4調(diào)整至軟巖試件15的待測斷面處，使兩彈簧9形成的彈性環(huán)套在軟巖試件上；(5) 操作試驗機，使上壓頭13與下壓頭18對軟巖試件15施壓，軟巖試件15軸 向壓縮，橫向膨脹，致使各套引伸計的引伸臂3繞鉸軸8轉(zhuǎn)動，導致敏感元件的彈性體 11變形并引起敏感元件的電阻應變片12的阻值發(fā)生變化，然后采用電阻應變測量法得 到軟巖試件15的三個斷面的橫向應變值。
權(quán)利要求
1、一種軟巖三軸蠕變試驗橫向應變測量的引伸計，其特征在于所述引伸計包括滑環(huán)(1)、支架(2)、引伸臂(3)、敏感元件(6)和彈簧(9)；滑環(huán)(1)為一個，滑環(huán)內(nèi)徑大于上壓頭與下壓頭最大變形后的外徑；支架(2)為兩付，對稱安裝在滑環(huán)(1)的外環(huán)面兩側(cè)并與滑環(huán)固連；引伸臂(3)為兩條，兩引伸臂的一端分別與一付支架鉸接，兩引伸臂的另一端均安裝有觸頭(4)和彈簧掛鉤(5)，所述觸頭(4)垂直于引伸臂安裝；敏感元件(6)為兩件，兩敏感元件的一端分別固定在兩支架(2)上，兩敏感元件的另一端固定在與所述支架(2)鉸接的引伸臂(3)的鉸接端端部；彈簧(9)為兩根，兩彈簧的兩端分別與安裝在兩條引伸臂上的彈簧掛鉤(5)連接；兩支架(2)上和兩引伸臂(3)的鉸接端均設置有引伸臂定位孔(10)并配備有定位銷(7)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的軟巖三軸蠕變試驗橫向應變測量的引伸計，其特征在于 滑環(huán)(1)內(nèi)徑比上壓頭與下壓頭最大變形后的外徑大0.1mm lmm。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的軟巖三軸蠕變試驗橫向應變測量的引伸計，其特征 在于敏感元件(6)由彈性體(11)和貼在彈性體上的電阻應變片(12)構(gòu)成，彈性體(11)的兩端分別與支架(2)和引伸臂(3)的鉸接端端部固連。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的軟巖三軸蠕變試驗橫向應變測量的引伸計，其特征在于 彈性體(11)為弧形體或平直狀體。
5、 一種軟巖大變形三軸蠕變試驗橫向應變測量方法，其特征在于使用權(quán)利要求1 至4所述的任一引伸計進行測量，引伸計的數(shù)量與軟巖試件待測斷面的數(shù)量相同，操作 步驟如下(1) 將軟巖試件(15)置于試驗機的上壓頭(13)與下壓頭(18)之間并套上密封套；(2) 將引伸計的滑環(huán)(1)套裝在上壓頭(13)或/和下壓頭(18)上；(3) 拔出引伸計上的定位銷(7)，使引伸計的引伸臂(3)處于可轉(zhuǎn)動狀態(tài)；(4) 將兩引伸臂(3)端部的觸頭(4)調(diào)整至軟巖試件(15)的待測斷面處，使 兩彈簧(9)形成的彈性環(huán)套在軟巖試件(15)上；(5) 操作試驗機，使上壓頭(13)與下壓頭(18)對軟巖試件U5)施壓，軟巖 試件軸向壓縮，橫向膨脹，致使引伸臂(3)繞與支架的鉸接處轉(zhuǎn)動，導致敏感元件的 彈性體(11)變形并引起敏感元件的電阻應變片(12)阻值發(fā)生變化，然后采用電阻應 變測量法得到軟巖試件的橫向應變值。
全文摘要
一種軟巖三軸蠕變試驗橫向應變測量的引伸計，包括滑環(huán)、支架、引伸臂、敏感元件和彈簧；滑環(huán)為一個，其內(nèi)徑大于上壓頭與下壓頭最大變形后的外徑；支架為兩付，對稱安裝在滑環(huán)的外環(huán)面兩側(cè)；引伸臂為兩條，兩引伸臂的一端分別與一付支架鉸接，另一端均安裝有觸頭和彈簧掛鉤；敏感元件為兩件，兩敏感元件的一端分別固定在兩支架上，另一端固定在與支架鉸接的引伸臂的鉸接端端部；彈簧為兩根，兩彈簧的兩端分別與安裝在兩條引伸臂上的彈簧掛鉤連接；兩支架和兩引伸臂的鉸接端設置有引伸臂定位孔并配備有定位銷。一種軟巖大變形三軸蠕變試驗橫向應變測量方法，使用上述結(jié)構(gòu)的引伸計進行測量，引伸計的數(shù)量與軟巖試件待測斷面的數(shù)量相同。
文檔編號G01N33/24GK101221162SQ20081004527
公開日2008年7月16日 申請日期2008年1月28日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月28日
發(fā)明者劉建鋒, 進 徐, 謝和平 申請人:四川大學