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一種巖石試樣體積變形測(cè)量裝置及測(cè)量方法
【專利摘要】一種巖石試樣體積變形測(cè)量裝置及測(cè)量方法，屬于巖石力學(xué)測(cè)試【技術(shù)領(lǐng)域】。本發(fā)明包括大主應(yīng)力測(cè)量單元、中主應(yīng)力測(cè)量單元及小主應(yīng)力測(cè)量單元，大、中主應(yīng)力測(cè)量單元均通過LVDT位移傳感器的鐵芯與觸針相接觸測(cè)量；小主應(yīng)力測(cè)量單元的LVDT位移傳感器通過支臂及磁鐵固定，LVDT位移傳感器的鐵芯通過另一組支臂及磁鐵固定。本發(fā)明摒棄了傳統(tǒng)的采用應(yīng)變片配合應(yīng)變式傳感器的測(cè)量方式，利用LVDT位移傳感器進(jìn)行測(cè)量，由于LVDT位移傳感器具有無摩擦測(cè)量、理論上無限的壽命、無限的分辨率及環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，使本發(fā)明的裝置具有受溫度影響小、測(cè)量精度高及測(cè)量穩(wěn)定性高的特點(diǎn)，成本更加適中，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且方便安裝，更容易推廣使用。
【專利說明】一種巖石試樣體積變形測(cè)量裝置及測(cè)量方法【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于巖石力學(xué)測(cè)試【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是涉及一種巖石試樣體積變形測(cè)量裝置及測(cè)量方法，具體用于硬巖真三軸試驗(yàn)中的巖石試樣體積變形的測(cè)量。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)階段，通過硬巖真三軸試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行巖石試樣體積變形的測(cè)量(大主應(yīng)力及中主應(yīng)力方向采用剛性加載，小主應(yīng)力方向采用液壓油柔性加載)，最常采用的是應(yīng)變片配合應(yīng)變式傳感器的測(cè)量方式，但是采用應(yīng)變片配合應(yīng)變式傳感器進(jìn)行測(cè)量仍存在以下無法克服的缺點(diǎn):
[0003]1、應(yīng)變片具有測(cè)量局部性，應(yīng)變片的變形信息只能反映巖石試樣局部的變形特征，對(duì)于巖石試樣整體變形的反應(yīng)能力差。
[0004]2、應(yīng)變片的變形容易受到溫度的影響，導(dǎo)致應(yīng)變片的變形不準(zhǔn)確，進(jìn)而影響試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性。
[0005]3、由于應(yīng)變片是直接緊貼在巖石試樣表面的，則應(yīng)變片的信號(hào)傳輸導(dǎo)線需要穿過密封膠，在高油壓下會(huì)導(dǎo)致漏油現(xiàn)象，從而影響試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性。
[0006]4、應(yīng)變式傳感器在使用一段時(shí)間后需要進(jìn)行標(biāo)定，工作量非常大，由于長(zhǎng)期使用還會(huì)導(dǎo)致傳感器出現(xiàn)變形疲勞，造成傳感器的測(cè)量精度不高，測(cè)量穩(wěn)定性差，而采用特種材料和工藝制造的傳感器，價(jià)格極其昂貴，很難推廣使用。

【發(fā)明內(nèi)容】

`[0007]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提供一種受溫度影響小、測(cè)量精度高、測(cè)量穩(wěn)定性高、成本適中及安裝方便的巖石試樣體積變形測(cè)量裝置及測(cè)量方法。
[0008]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:一種巖石試樣體積變形測(cè)量裝置，包括大主應(yīng)力測(cè)量單元、中主應(yīng)力測(cè)量單元及小主應(yīng)力測(cè)量單元；
[0009]所述大主應(yīng)力測(cè)量單元包括第一 LVDT位移傳感器及第一觸針，所述第一 LVDT位移傳感器通過第一傳感器支座安裝在承壓墊塊上，第一觸針通過第一觸針支座安裝在承壓墊塊上，第一觸針與第一 LVDT位移傳感器的第一鐵芯相接觸；
[0010]所述中主應(yīng)力測(cè)量單元包括第二 LVDT位移傳感器及第二觸針，所述第二 LVDT位移傳感器通過第二傳感器支座安裝在承壓墊塊上，第二觸針通過第二觸針支座安裝在承壓墊塊上，第二觸針與第二 LVDT位移傳感器的第二鐵芯相接觸；
[0011]所述小主應(yīng)力測(cè)量單元包括第三LVDT位移傳感器、第一支臂、第二支臂、第一磁鐵、第二磁鐵、第三磁鐵及第四磁鐵，所述第三LVDT位移傳感器安裝在第一支臂的一端，第一磁鐵固裝在第一支臂的另一端，所述第二磁鐵設(shè)置在巖石試樣前表面，第一磁鐵與第二磁鐵相對(duì)應(yīng)；所述第三LVDT位移傳感器的第三鐵芯與第二支臂的一端相連接，第三磁鐵固裝在第二支臂的另一端，所述第四磁鐵設(shè)置在巖石試樣后表面，第三磁鐵與第四磁鐵相對(duì)應(yīng)；[0012]所述大主應(yīng)力測(cè)量單元、中主應(yīng)力測(cè)量單元及小主應(yīng)力測(cè)量單元在小主應(yīng)力方向上彼此之間留有安全間隙；
[0013]所述第一 LVDT位移傳感器、第二 LVDT位移傳感器及第三LVDT位移傳感器均通過數(shù)據(jù)傳輸線與數(shù)據(jù)采集器相連接，數(shù)據(jù)采集器與主計(jì)算機(jī)相連接。
[0014]所述第一鐵芯和第二鐵芯的外端均為圓盤形結(jié)構(gòu)，第一觸針和第二觸針的觸頭端均為弧面結(jié)構(gòu)。
[0015]所述數(shù)據(jù)采集器選用DOL1-EDC控制器。
[0016]采用所述的巖石試樣體積變形測(cè)量裝置的測(cè)量方法，包括如下步驟:
[0017]步驟一:通過夾具將巖石試樣和四塊承壓墊塊預(yù)裝配夾緊，對(duì)巖石試樣涂抹密封膠并安裝第二磁鐵和第四磁鐵，第二磁鐵、第四磁鐵分別位于巖石試樣的前、后表面，且第二磁鐵、第四磁鐵的中心與巖石試樣前、后表面的中心相重合，密封膠表面與第二、第四磁鐵外表面齊平；
[0018]步驟二:將涂膠完成后的巖石試樣送入烘干箱內(nèi)烘干，將烘干后的巖石試樣取出，并在四塊承壓墊塊上分別安裝第一傳感器支座、第一觸針支座、第二傳感器支座及第二觸針支座；
[0019]步驟三:將第三LVDT位移傳感器安裝到第一支臂上，通過第一磁鐵與第二磁鐵相吸合，使第一支臂固定在巖石試樣前表面上方；通過第三磁鐵與第四磁鐵相吸合，使第二支臂固定在巖石試樣后表面上方，再將第二支臂與第三LVDT位移傳感器的第三鐵芯相連接；在一個(gè)承壓墊塊上設(shè)置限位銷，令第一、第二支臂緊靠在限位銷上；
[0020]步驟四:將第二 LVDT位移傳感器安裝到第二傳感器支座上，將第二觸針安裝到第二觸針支座上，令第二觸針與第二 LVDT位移傳感器的第二鐵芯相接觸；
[0021]步驟五:將第一 LVDT位移傳感器安裝到第一傳感器支座上，將第一觸針安裝到第一觸針支座上，令第一觸針與第一 LVDT位移傳感器的第一鐵芯相接觸；
[0022]步驟六:將安裝完LVDT位移傳感器的巖石試樣送入硬巖真三軸試驗(yàn)機(jī)的壓力室內(nèi)，依次將第一、第二、第三LVDT位移傳感器的數(shù)據(jù)傳輸線與壓力室內(nèi)的對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)端口相連接，壓力室內(nèi)的對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)端口與數(shù)據(jù)采集器相連接，數(shù)據(jù)采集器與主計(jì)算機(jī)相連接；
[0023]步驟七:啟動(dòng)主計(jì)算機(jī)，查看第一、第二、第三LVDT位移傳感器的信號(hào)是否接受正常，微調(diào)各個(gè)LVDT位移傳感器的位置及觸針的伸長(zhǎng)量，使各個(gè)LVDT位移傳感器均位于試驗(yàn)量程范圍內(nèi)；
[0024]步驟八:封閉壓力室，充油加壓，完成大主應(yīng)力、中主應(yīng)力及小主應(yīng)力方向的真三軸加載，并記錄下試驗(yàn)數(shù)據(jù)，此時(shí)巖石試樣體積變形的測(cè)量過程結(jié)束。
[0025]本發(fā)明的有益效果:
[0026]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，摒棄了傳統(tǒng)的采用應(yīng)變片配合應(yīng)變式傳感器的測(cè)量方式，轉(zhuǎn)而利用LVDT位移傳感器進(jìn)行測(cè)量，由于LVDT位移傳感器具有無摩擦測(cè)量、理論上無限的壽命、無限的分辨率及環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，使本發(fā)明的裝置具有了受溫度影響小、測(cè)量精度高及測(cè)量穩(wěn)定性高的特點(diǎn)，同時(shí)在成本上更加適中，結(jié)構(gòu)上簡(jiǎn)單且方便安裝，更容易推廣使用。
【專利附圖】

【附圖說明】[0027]圖1為本發(fā)明的一種巖石試樣體積變形測(cè)量裝置的裝配示意圖；
[0028]圖2為圖1的仰視圖；
[0029]圖3為實(shí)施例中巖石試樣的應(yīng)力應(yīng)變曲線圖；
[0030]圖中，I一第一 LVDT位移傳感器，2—第一鐵芯，3—第一觸針，4一第一傳感器支座，5—第一觸針支座，6—第二 LVDT位移傳感器，7—第二鐵芯，8—第二觸針，9一第二傳感器支座，10—第二觸針支座，11 一第三LVDT位移傳感器，12—第一支臂，13—第二支臂，14 一第二鐵芯，15 一第一磁鐵，16—第二磁鐵，17 一第二磁鐵，18 一第四磁鐵，19 一密封月父，20一巖石試樣，21 一限位銷。
【具體實(shí)施方式】
[0031]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
[0032]如圖1、2所示，一種巖石試樣體積變形測(cè)量裝置，包括大主應(yīng)力測(cè)量單元、中主應(yīng)力測(cè)量單元及小主應(yīng)力測(cè)量單元；
[0033]所述大主應(yīng)力測(cè)量單元包括第一 LVDT位移傳感器I及第一觸針3，所述第一 LVDT位移傳感器I通過第一傳感器支座4安裝在承壓墊塊上，第一觸針3通過第一觸針支座5安裝在承壓墊塊上，第一觸針3與第一 LVDT位移傳感器I的第一鐵芯2相接觸；
[0034]所述中主應(yīng)力測(cè)量單元包括第二 LVDT位移傳感器6及第二觸針8，所述第二 LVDT位移傳感器6通過第二傳感器支座9安裝在承壓墊塊上，第二觸針8通過第二觸針支座10安裝在承壓墊塊上，第二觸針8與第二 LVDT位移傳感器6的第二鐵芯7相接觸；
[0035]所述小主應(yīng)力測(cè)量單元包括第三LVDT位移傳感器11、第一支臂12、第二支臂13、第一磁鐵15、第二磁鐵16、第三磁鐵17及第四磁鐵18，所述第三LVDT位移傳感器11安裝在第一支臂12的一端，第一磁鐵15固裝在第一支臂12的另一端，所述第二磁鐵16設(shè)置在巖石試樣20前表面,第一磁鐵15與第二磁鐵16相對(duì)應(yīng)；所述第三LVDT位移傳感器11的第三鐵芯14與第二支臂13的一端相連接，第三磁鐵17固裝在第二支臂13的另一端，所述第四磁鐵18設(shè)置在巖石試樣20后表面,第三磁鐵17與第四磁鐵18相對(duì)應(yīng)；
[0036]所述大主應(yīng)力測(cè)量單元、中主應(yīng)力測(cè)量單元及小主應(yīng)力測(cè)量單元在小主應(yīng)力方向上彼此之間留有安全間隙；
[0037]所述第一 LVDT位移傳感器1、第二 LVDT位移傳感器6及第三LVDT位移傳感器11均通過數(shù)據(jù)傳輸線與數(shù)據(jù)采集器相連接，數(shù)據(jù)采集器與主計(jì)算機(jī)相連接。
[0038]所述第一鐵芯2和第二鐵芯7的外端均為圓盤形結(jié)構(gòu)，第一觸針3和第二觸針8的觸頭端均為弧面結(jié)構(gòu)，保證了巖石試樣變形過程中觸針與鐵芯能夠始終緊密接觸，不會(huì)因?yàn)閹r石試樣的變形而彼此脫離。
[0039]所述數(shù)據(jù)采集器選用DOL1-EDC控制器。
[0040]采用所述的巖石試樣體積變形測(cè)量裝置的測(cè)量方法，包括如下步驟:
[0041]步驟一:通過夾具將巖石試樣20 (尺寸為50X50X IOOmm的花崗巖試樣)和四塊承壓墊塊預(yù)裝配夾緊，對(duì)巖石試樣20涂抹密封膠19并安裝第二磁鐵16和第四磁鐵18，第二磁鐵16、第四磁鐵18分別位于巖石試樣20的前、后表面,且第二磁鐵16、第四磁鐵18的中心與巖石試樣20前、后表面的中心(安裝磁鐵前進(jìn)行測(cè)量標(biāo)記)相重合,密封膠19表面與第二、第四磁鐵外表面齊平；[0042]步驟二:將涂膠完成后的巖石試樣20送入烘干箱內(nèi)烘干，將烘干后的巖石試樣20取出，并在四塊承壓墊塊上分別安裝第一傳感器支座4、第一觸針支座5、第二傳感器支座9及第二觸針支座10 ；
[0043]步驟三:將第三LVDT位移傳感器11安裝到第一支臂12上，通過第一磁鐵15與第二磁鐵16相吸合,使第一支臂12固定在巖石試樣20前表面上方；通過第三磁鐵17與第四磁鐵18相吸合，使第二支臂13固定在巖石試樣20后表面上方，再將第二支臂13與第三LVDT位移傳感器11的第三鐵芯14相連接；在一個(gè)承壓墊塊上設(shè)置限位銷21，令第一、第二支臂緊靠在限位銷21上，以防止第三LVDT位移傳感器11發(fā)生位移；
[0044]步驟四:將第二 LVDT位移傳感器6安裝到第二傳感器支座9上，將第二觸針8安裝到第二觸針支座10上，令第二觸針8與第二 LVDT位移傳感器6的第二鐵芯7相接觸；
[0045]步驟五:將第一 LVDT位移傳感器I安裝到第一傳感器支座4上，將第一觸針3安裝到第一觸針支座5上，令第一觸針3與第一 LVDT位移傳感器I的第一鐵芯2相接觸；
[0046]步驟六:將安裝完LVDT位移傳感器的巖石試樣20送入硬巖真三軸試驗(yàn)機(jī)的壓力室內(nèi)，依次將第一、第二、第三LVDT位移傳感器的數(shù)據(jù)傳輸線與壓力室內(nèi)的對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)端口相連接，壓力室內(nèi)的對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)端口與數(shù)據(jù)采集器相連接，數(shù)據(jù)采集器與主計(jì)算機(jī)相連接；
[0047]步驟七:啟動(dòng)主計(jì)算機(jī)，查看第一、第二、第三LVDT位移傳感器的信號(hào)是否接受正常，微調(diào)各個(gè)LVDT位移傳感器的位置及觸針的伸長(zhǎng)量，使各個(gè)LVDT位移傳感器均位于試驗(yàn)量程范圍內(nèi)，且各個(gè)LVDT位移傳感器的測(cè)量誤差均在±0.1%以內(nèi)；
[0048]步驟八:封閉壓力室，充油加壓，完成大主應(yīng)力、中主應(yīng)力及小主應(yīng)力方向的真三軸加載，并記錄下試驗(yàn)數(shù)據(jù)，此時(shí)巖石試樣體積變形的測(cè)量過程結(jié)束，如圖3所示，為本實(shí)施例中巖石試樣的應(yīng)力應(yīng)變曲線圖。
【權(quán)利要求】
1.一種巖石試樣體積變形測(cè)量裝置，其特征在于:包括大主應(yīng)力測(cè)量單元、中主應(yīng)力測(cè)量單元及小主應(yīng)力測(cè)量單元； 所述大主應(yīng)力測(cè)量單元包括第一 LVDT位移傳感器及第一觸針，所述第一 LVDT位移傳感器通過第一傳感器支座安裝在承壓墊塊上，第一觸針通過第一觸針支座安裝在承壓墊塊上，第一觸針與第一 LVDT位移傳感器的第一鐵芯相接觸； 所述中主應(yīng)力測(cè)量單元包括第二 LVDT位移傳感器及第二觸針，所述第二 LVDT位移傳感器通過第二傳感器支座安裝在承壓墊塊上，第二觸針通過第二觸針支座安裝在承壓墊塊上，第二觸針與第二 LVDT位移傳感器的第二鐵芯相接觸； 所述小主應(yīng)力測(cè)量單元包括第三LVDT位移傳感器、第一支臂、第二支臂、第一磁鐵、第二磁鐵、第三磁鐵及第四磁鐵，所述第三LVDT位移傳感器安裝在第一支臂的一端，第一磁鐵固裝在第一支臂的另一端，所述第二磁鐵設(shè)置在巖石試樣前表面，第一磁鐵與第二磁鐵相對(duì)應(yīng)；所述第三LVDT位移傳感器的第三鐵芯與第二支臂的一端相連接，第三磁鐵固裝在第二支臂的另一端，所述第四磁鐵設(shè)置在巖石試樣后表面，第三磁鐵與第四磁鐵相對(duì)應(yīng)； 所述大主應(yīng)力測(cè)量單元、中主應(yīng)力測(cè)量單元及小主應(yīng)力測(cè)量單元在小主應(yīng)力方向上彼此之間留有安全間隙； 所述第一 LVDT位移傳感器、第二 LVDT位移傳感器及第三LVDT位移傳感器均通過數(shù)據(jù)傳輸線與數(shù)據(jù)采集器相連接，數(shù)據(jù)采集器與主計(jì)算機(jī)相連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求 1所述的一種巖石試樣體積變形測(cè)量裝置，其特征在于:所述第一鐵芯和第二鐵芯的外端均為圓盤形結(jié)構(gòu)，第一觸針和第二觸針的觸頭端均為弧面結(jié)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種巖石試樣體積變形測(cè)量裝置，其特征在于:所述數(shù)據(jù)采集器選用DOL1-EDC控制器。
4.采用權(quán)利要求1所述的巖石試樣體積變形測(cè)量裝置的測(cè)量方法，包括如下步驟: 步驟一:通過夾具將巖石試樣和四塊承壓墊塊預(yù)裝配夾緊，對(duì)巖石試樣涂抹密封膠并安裝第二磁鐵和第四磁鐵，第二磁鐵、第四磁鐵分別位于巖石試樣的前、后表面，且第二磁鐵、第四磁鐵的中心與巖石試樣前、后表面的中心相重合，密封膠表面與第二、第四磁鐵外表面齊平； 步驟二:將涂膠完成后的巖石試樣送入烘干箱內(nèi)烘干，將烘干后的巖石試樣取出，并在四塊承壓墊塊上分別安裝第一傳感器支座、第一觸針支座、第二傳感器支座及第二觸針支座； 步驟三:將第三LVDT位移傳感器安裝到第一支臂上，通過第一磁鐵與第二磁鐵相吸合，使第一支臂固定在巖石試樣前表面上方；通過第三磁鐵與第四磁鐵相吸合，使第二支臂固定在巖石試樣后表面上方，再將第二支臂與第三LVDT位移傳感器的第三鐵芯相連接；在一個(gè)承壓墊塊上設(shè)置限位銷，令第一、第二支臂緊靠在限位銷上； 步驟四:將第二 LVDT位移傳感器安裝到第二傳感器支座上，將第二觸針安裝到第二觸針支座上，令第二觸針與第二 LVDT位移傳感器的第二鐵芯相接觸； 步驟五:將第一 LVDT位移傳感器安裝到第一傳感器支座上，將第一觸針安裝到第一觸針支座上，令第一觸針與第一 LVDT位移傳感器的第一鐵芯相接觸； 步驟六:將安裝完LVDT位移傳感器的巖石試樣送入硬巖真三軸試驗(yàn)機(jī)的壓力室內(nèi)，依次將第一、第二、第三LVDT位移傳感器的數(shù)據(jù)傳輸線與壓力室內(nèi)的對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)端口相連接，壓力室內(nèi)的對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)端口與數(shù)據(jù)采集器相連接，數(shù)據(jù)采集器與主計(jì)算機(jī)相連接； 步驟七:啟動(dòng)主計(jì)算機(jī)，查看第一、第二、第三LVDT位移傳感器的信號(hào)是否接受正常，微調(diào)各個(gè)LVDT位移傳感器的位置及觸針的伸長(zhǎng)量，使各個(gè)LVDT位移傳感器均位于試驗(yàn)量程范圍內(nèi)； 步驟八:封閉壓力室,充油加壓,完成大主應(yīng)力、中主應(yīng)力及小主應(yīng)力方向的真三軸加載，并記錄下試驗(yàn)數(shù)據(jù)，此·時(shí)巖石試樣體積變形的測(cè)量過程結(jié)束。
【文檔編號(hào)】G01B7/16GK103822573SQ201410068145
【公開日】2014年5月28日 申請(qǐng)日期:2014年2月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月27日
【發(fā)明者】張希巍, 馮夏庭, 徐荃, 楊成祥, 孔瑞 申請(qǐng)人:東北大學(xué)