專利名稱：一種巖體試件超聲波測(cè)試設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及巖石力學(xué)中聲波速度與波幅測(cè)試技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種巖體試件超聲波測(cè)試設(shè)備。
背景技術(shù)：
在實(shí)驗(yàn)室條件下測(cè)定巖體試件的聲波速度和波幅通常需要超聲波測(cè)試儀、超聲波換能器、特定的夾具和加壓系統(tǒng)組成，每次實(shí)驗(yàn)時(shí)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)均需根據(jù)特定的目的要求來(lái)設(shè)計(jì)夾具和加壓系統(tǒng)，目前還尚無(wú)通用的儀器，使用十分不方便，同時(shí)換能器的抗壓穩(wěn)定性和加壓后試件有效長(zhǎng)度影響波速和波幅的精度。對(duì)于含有多條節(jié)理的巖體試件，由于結(jié)構(gòu)面受壓閉合和完整塊體的相對(duì)移動(dòng)、變形導(dǎo)致試件有效長(zhǎng)度隨著施加壓力增大而變小，因此必須實(shí)時(shí)測(cè)量不同壓力下的有效長(zhǎng)度，否則波速測(cè)試結(jié)果誤差較大。同時(shí)對(duì)于含傾斜節(jié)理的巖體，加壓時(shí)巖體試件必須有側(cè)向的約束以保證試件加壓時(shí)穩(wěn)定，并且要求約束裝置和試件應(yīng)該安裝拆卸方便、簡(jiǎn)單。基于以上應(yīng)用需求發(fā)明了一種巖體試件聲波速度和波幅測(cè)試儀，可以用來(lái)測(cè)量不同法向壓力下完整巖體試件、平行節(jié)理巖體試件、傾斜節(jié)理巖體試件的聲波速度和幅度，能對(duì)試件的長(zhǎng)度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，換能器能夠承壓且穩(wěn)定性好，避免了波速的測(cè)量誤差。本儀器能滿足實(shí)驗(yàn)室不同結(jié)構(gòu)巖體試件的聲波測(cè)試要求，試件安裝移除方便，通用性好，測(cè)量精度 聞。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題為提供一種巖體試件超聲波測(cè)試設(shè)備，該測(cè)試設(shè)備的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)能夠用來(lái)測(cè)量不同法向壓力下完整巖體試件、平行節(jié)理巖體試件、傾斜節(jié)理巖體試件等不同類型的巖石試件的聲波速度和幅度。為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種巖體試件超聲波測(cè)試設(shè)備，包括框架裝置、巖體試件約束裝置、兩個(gè)超聲波換能器和加壓裝置；所述巖體試件約束裝置為固定于框架裝置內(nèi)部的套筒，巖體試件及設(shè)于該巖體試件兩端的兩個(gè)超聲波換能器由該套筒支撐；所述框架裝置的底部設(shè)有加壓裝置，該加壓裝置抵接加壓巖體試件底端的超聲波換能器，同時(shí)巖體試件頂端的超聲波換能器抵接所述框架裝置的頂部。優(yōu)選地，所述巖體試件超聲波測(cè)試設(shè)備還包括試件長(zhǎng)度實(shí)時(shí)測(cè)量裝置。優(yōu)選地，所述套筒的筒壁開(kāi)設(shè)有與其軸向平行的導(dǎo)槽，所述巖體試件兩端的超聲波換能器分別伸出有與所述導(dǎo)槽位置對(duì)應(yīng)的橫向伸出臂；所述試件長(zhǎng)度實(shí)時(shí)測(cè)量裝置為游標(biāo)卡尺，該游標(biāo)卡尺的兩個(gè)支撐腳分別固定于兩個(gè)所述橫向伸出臂上。優(yōu)選地，所述框架裝置包括基座、以一端支撐于該基座上的兩個(gè)立柱、及該兩個(gè)立柱的另一端所支撐的橫梁。
優(yōu)選地，所述橫梁上連接有伸入所述框架裝置的內(nèi)部的豎向支撐臂，該豎向支撐臂連接有兩個(gè)橫臂，所述套筒連接支撐于兩個(gè)所述橫臂上。優(yōu)選地，所述加壓裝置為油壓千斤頂，并該油壓千斤頂支撐于所述基座上。優(yōu)選地，所述超聲波換能器通過(guò)引線連接有超聲波測(cè)試儀。優(yōu)選地，所述超聲波換能器包括圓柱形金屬外殼和圓形外罩，并所述圓柱形金屬外殼與所述圓形外罩之間設(shè)有凸圓柱形金屬墊塊、壓電陶瓷片、圓盤(pán)形金屬墊塊和彈簧。在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上，本發(fā)明所提供的測(cè)試設(shè)備包括框架 裝置、巖體試件約束裝置、兩個(gè)超聲波換能器和加壓裝置；所述巖體試件約束裝置為固定于框架裝置內(nèi)部的套筒，巖體試件及設(shè)于該巖體試件兩端的兩個(gè)超聲波換能器由該套筒支撐；所述框架裝置的底部設(shè)有加壓裝置，該加壓裝置抵接加壓巖體試件底端的超聲波換能器，同時(shí)巖體試件頂端的超聲波換能器抵接所述框架裝置的頂部。在上述結(jié)構(gòu)中，所述巖體試件約束裝置為固定于框架裝置內(nèi)部的套筒，因而無(wú)論是完整巖體試件，還是平行節(jié)理巖體試件或傾斜節(jié)理巖體試件，都可以至于該套筒中，其兩端設(shè)置超聲波換能器便可進(jìn)行測(cè)試。由此可知，本發(fā)明所提供的測(cè)試設(shè)備能夠用來(lái)測(cè)量不同法向壓力下完整巖體試件、平行節(jié)理巖體試件、傾斜節(jié)理巖體試件等不同類型的巖石試件的聲波速度和幅度。


圖I為本發(fā)明一種實(shí)施例中巖體試件超聲波測(cè)試設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為圖I中的套筒的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為圖I中超聲波換能器的結(jié)構(gòu)示意圖。其中，圖I至圖3中附圖標(biāo)記與部件名稱之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系為I橫梁；2立柱；3豎向支撐臂；4圓柱形金屬外殼；5橫向伸出臂；6彈簧；7圓形外罩；8壓電陶瓷片；9套筒；91導(dǎo)槽；10巖體試件；11銷釘；12凸圓柱形金屬墊塊；13圓盤(pán)形金屬墊塊；14游標(biāo)卡尺；15超聲波測(cè)試儀；16油壓千斤頂；17壓力表；18基座。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的核心為提供一種巖體試件超聲波測(cè)試設(shè)備，該測(cè)試設(shè)備的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)能夠用來(lái)測(cè)量不同法向壓力下完整巖體試件、平行節(jié)理巖體試件、傾斜節(jié)理巖體試件等不同類型的巖石試件的聲波速度和幅度。為了使本領(lǐng)域的技術(shù)人員更好地理解本發(fā)明的技術(shù)方案，下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。請(qǐng)參考圖I、圖2和圖3，圖I為本發(fā)明一種實(shí)施例中巖體試件超聲波測(cè)試設(shè)備的結(jié)構(gòu)不意圖；圖2為圖I中的套筒的結(jié)構(gòu)不意圖；圖3為圖I中超聲波換能器的結(jié)構(gòu)不意圖。在一種實(shí)施例中，本發(fā)明所提供的測(cè)試設(shè)備包括框架裝置、巖體試件約束裝置、兩個(gè)超聲波換能器和加壓裝置；巖體試件約束裝置為固定于框架裝置內(nèi)部的套筒9，巖體試件10及設(shè)于該巖體試件10兩端的兩個(gè)超聲波換能器由該套筒9支撐；框架裝置的底部設(shè)有加壓裝置，該加壓裝置抵接加壓巖體試件10底端的超聲波換能器，同時(shí)巖體試件10頂端的超聲波換能器抵接框架裝置的頂部。在上述結(jié)構(gòu)中，巖體試件約束裝置為固定于框架裝置內(nèi)部的套筒9，因而無(wú)論是完整巖體試件，還是平行節(jié)理巖體試件或傾斜節(jié)理巖體試件，都可以至于該套筒9中，其兩端設(shè)置超聲波換能器便可進(jìn)行測(cè)試。由此可知，本發(fā)明所提供的測(cè)試設(shè)備能夠用來(lái)測(cè)量不同法向壓力下完整巖體試件、平行節(jié)理巖體試件、傾斜節(jié)理巖體試件等不同類型的巖石試件的聲波速度和幅度。在上述技術(shù)方案中，可以作出進(jìn)一步具體設(shè)計(jì)。比如，巖體試件10超聲波測(cè)試設(shè)備還包括試件長(zhǎng)度實(shí)時(shí)測(cè)量裝置。 具體地，如圖I和圖2所示，套筒9的筒壁開(kāi)設(shè)有與其軸向平行的導(dǎo)槽91，巖體試件10兩端的超聲波換能器分別伸出有與導(dǎo)槽91位置對(duì)應(yīng)的橫向伸出臂5 ;試件長(zhǎng)度實(shí)時(shí)測(cè)量裝置為游標(biāo)卡尺14，該游標(biāo)卡尺14的兩個(gè)支撐腳分別固定于兩個(gè)橫向伸出臂5上。在該種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，隨著加壓裝置加壓通過(guò)超聲波換能器加壓巖體試件10，隨著巖體試件10受壓變短，游標(biāo)卡尺14的的移動(dòng)支撐腳隨著在卡尺移動(dòng)，從而測(cè)得受壓后的試件的實(shí)際長(zhǎng)度。如圖I所示，在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，可以對(duì)框架裝置作出具體設(shè)計(jì)。比如，框架裝置包括基座18、以一端支撐于該基座18上的兩個(gè)立柱2、及該兩個(gè)立柱2的另一端所支撐的橫梁I。需要說(shuō)明的是，基座18。立柱2和橫梁I三者之間可以通過(guò)螺栓進(jìn)行可拆卸配合。在此基礎(chǔ)上，可以具體設(shè)計(jì)對(duì)套筒9的固定結(jié)構(gòu)。比如，如圖I所示，橫梁I上連接有伸入框架裝置的內(nèi)部的豎向支撐臂3，該豎向支撐臂3連接有兩個(gè)橫臂，套筒9連接支撐于兩個(gè)橫臂上。如圖I所示，在上述結(jié)構(gòu)中，兩個(gè)橫臂通過(guò)銷釘11與豎向支撐臂3固定連接。此外，如圖I所示，加壓裝置為油壓千斤頂16，并該油壓千斤頂16支撐于基座18上。該油壓千斤頂16還連接有壓力表17，該壓力表17通過(guò)螺母固定于基座18上。在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，還可以對(duì)超聲波換能器作出具體介紹。比如，如圖3所示，超聲波換能器包括圓柱形金屬外殼4和圓形外罩7，并圓柱形金屬外殼4與圓形外罩7之間設(shè)有凸圓柱形金屬墊塊12、壓電陶瓷片8、圓盤(pán)形金屬墊塊13和彈簧6。具體地，如圖I和圖3所示，圓柱形金屬外殼4的前部端面中間開(kāi)有圓柱形槽，前部側(cè)面加工有螺紋，后部端面開(kāi)有圓柱形螺紋槽，側(cè)面開(kāi)有導(dǎo)線孔和圓形螺紋槽；圓形外罩7的外徑和圓柱形金屬外殼4的外徑一樣，一端加工有圓柱形螺紋槽，另一端的中心加工有一個(gè)圓柱孔，孔徑剛好能讓凸圓柱形金屬墊塊12的前部自由伸縮；圓柱形金屬外殼4和橫梁I的下延伸臂、圓形外罩7均通過(guò)螺紋連接；圓盤(pán)形金屬墊塊13另一端連接彈簧6，壓電陶瓷片8放置在凸圓柱形金屬墊塊12、圓盤(pán)形金屬墊塊13的中間，三者通過(guò)耦合劑膠結(jié)；彈簧6使凸圓柱形金屬墊塊12前部始終與巖石試件接觸，并且在不同的法向壓力下始終使壓電陶瓷片8所受壓力恒定以保證使傳感器的穩(wěn)定；引出線通過(guò)圓柱形金屬外殼4的小孔連接到外部的超聲波測(cè)試儀15上。以下具體介紹上述測(cè)試設(shè)備的測(cè)試原理測(cè)試之前先將油壓千斤頂16泄壓，安裝好上下兩個(gè)超聲波換能器，在兩個(gè)換能器上分別安裝橫向伸出臂5，調(diào)節(jié)其相對(duì)位置使上下兩個(gè)伸出臂在同一豎直線上。在橫向伸出臂5上安裝好游標(biāo)卡尺14，調(diào)節(jié)油壓千斤頂16使上下兩個(gè)超聲波換能器剛好接觸，此時(shí)調(diào)節(jié)游標(biāo)卡尺14的刻度為零，同時(shí)調(diào)節(jié)此時(shí)的超聲波測(cè)試儀15的走時(shí)為O。將油壓千斤頂16泄壓使上下兩個(gè)超聲波換能器之間有充足的位置，然后放置套筒9和巖體試件10，將套筒9和豎向支撐臂3用銷釘11連接起來(lái)。用油壓千斤頂16對(duì)試件加壓，由于套筒9右端的導(dǎo)槽91能保證游標(biāo)卡尺14兩支撐腳在豎直方向自由移動(dòng)，故可測(cè)出不同壓力下的有效長(zhǎng)度。通過(guò)超聲測(cè)試儀可測(cè)得不同法向壓力下聲波的幅度和聲波走時(shí)，聲波的速度等于有效長(zhǎng)度除以聲波走時(shí)。以上對(duì)本發(fā)明所提供的一種巖體試件超聲波測(cè)試設(shè)備進(jìn)行了詳細(xì)介紹。本文中應(yīng)用了具體個(gè)例對(duì)本發(fā)明的原理及實(shí)施方式進(jìn)行了闡述，以上實(shí)施例的說(shuō)明只是用于幫助理 解本發(fā)明的方法及其核心思想。應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行若干改進(jìn)和修飾，這些改進(jìn)和修飾也落入本發(fā)明權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種巖體試件超聲波測(cè)試設(shè)備，其特征在于，包括框架裝置、巖體試件約束裝置、兩個(gè)超聲波換能器和加壓裝置； 所述巖體試件約束裝置為固定于框架裝置內(nèi)部的套筒(9)，巖體試件(10)及設(shè)于該巖體試件(10 )兩端的兩個(gè)超聲波換能器由該套筒(9 )支撐；所述框架裝置的底部設(shè)有加壓裝置，該加壓裝置抵接加壓巖體試件(10)底端的超聲波換能器，同時(shí)巖體試件(10)頂端的超聲波換能器抵接所述框架裝置的頂部。
2.如權(quán)利要求I所述的一種巖體試件超聲波測(cè)試設(shè)備，其特征在于，所述巖體試件超聲波測(cè)試設(shè)備還包括試件長(zhǎng)度實(shí)時(shí)測(cè)量裝置。
3.如權(quán)利要求2所述的一種巖體試件超聲波測(cè)試設(shè)備，其特征在于，所述套筒(9)的筒壁開(kāi)設(shè)有與其軸向平行的導(dǎo)槽(91)，所述巖體試件(10)兩端的超聲波換能器分別伸出有與所述導(dǎo)槽(91)位置對(duì)應(yīng)的橫向伸出臂(5)； 所述試件長(zhǎng)度實(shí)時(shí)測(cè)量裝置為游標(biāo)卡尺(14)，該游標(biāo)卡尺(14)的兩個(gè)支撐腳分別固定于兩個(gè)所述橫向伸出臂(5 )上。
4.如權(quán)利要求I至3任一項(xiàng)所述的一種巖體試件超聲波測(cè)試設(shè)備，其特征在于，所述框架裝置包括基座(18)、以一端支撐于該基座(18)上的兩個(gè)立柱(2)、及該兩個(gè)立柱(2)的另一端所支撐的橫梁(I)。
5.如權(quán)利要求4所述的一種巖體試件超聲波測(cè)試設(shè)備，其特征在于，所述橫梁(I)上連接有伸入所述框架裝置的內(nèi)部的豎向支撐臂(3)，該豎向支撐臂(3)連接有兩個(gè)橫臂，所述套筒(9)連接支撐于兩個(gè)所述橫臂上。
6.如權(quán)利要求4所述的一種巖體試件超聲波測(cè)試設(shè)備，其特征在于，所述加壓裝置為油壓千斤頂(16)，并該油壓千斤頂(16)支撐于所述基座(18)上。
7.如權(quán)利要求I至3任一項(xiàng)所述的一種巖體試件超聲波測(cè)試設(shè)備，其特征在于，所述超聲波換能器通過(guò)弓I線連接有超聲波測(cè)試儀(15 )。
8.如權(quán)利要求I至3任一項(xiàng)所述的一種巖體試件超聲波測(cè)試設(shè)備，其特征在于，所述超聲波換能器包括圓柱形金屬外殼(4)和圓形外罩(7),并所述圓柱形金屬外殼(4)與所述圓形外罩(7)之間設(shè)有凸圓柱形金屬墊塊(12)、壓電陶瓷片(8)、圓盤(pán)形金屬墊塊(13)和彈簧(6)。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種巖體試件超聲波測(cè)試設(shè)備，包括框架裝置、巖體試件約束裝置、兩個(gè)超聲波換能器和加壓裝置；所述巖體試件約束裝置為固定于框架裝置內(nèi)部的套筒(9)，巖體試件(10)及設(shè)于該巖體試件(10)兩端的兩個(gè)超聲波換能器由該套筒(9)支撐；所述框架裝置的底部設(shè)有加壓裝置，該加壓裝置抵接加壓巖體試件(10)底端的超聲波換能器，同時(shí)巖體試件(10)頂端的超聲波換能器抵接所述框架裝置的頂部。該測(cè)試設(shè)備的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)能夠用來(lái)測(cè)量不同法向壓力下完整巖體試件、平行節(jié)理巖體試件、傾斜節(jié)理巖體試件等不同類型的巖石試件的聲波速度和幅度。
文檔編號(hào)G01N29/07GK102830171SQ20121027564
公開(kāi)日2012年12月19日 申請(qǐng)日期2012年8月3日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月3日
發(fā)明者黃曉林, 祁生文, 郭松峰 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所