CN108548727A - 一种用于原位测试的便携式多功能岩石压缩试验仪 - Google Patents
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Abstract
一种用于原位测试的便携式多功能岩石压缩试验仪，液压千斤顶安装在支撑结构的上部，压力仓室作为独立结构位于支撑框架的下部，液压千斤顶的输出端与压力传动轴之间通过连接转换头连接，压力传动轴穿过带***孔的圆筒，带***孔的圆筒安装在压力仓室的顶板上，位于压力仓室的压力传动轴的末端设置钢制上圆柱，压力仓室的底部设有钢制下圆柱，钢制上圆柱与钢制下圆柱之间为测试工位，钢制下圆柱上安装轴压传感器，压力仓室的顶板上设有液压管，液压管与压力仓室内腔连通，液压管处安置围压传感器。本发明简单便携，方便使用，功能齐全，对试验试件既能进行轴向加压，又能实现围压加压。
Description
技术领域
本发明涉及可以在野外和工程现场实现对岩石试件加围压和轴向加压的装置，尤其是一种可用于原位测试的便携式多功能岩石压缩试验仪。
背景技术
岩石的单轴抗压强度和三轴抗压强度对岩体的工程分级和得到岩石强度参数有重要的作用，而且通过系列三轴试验数据处理可以获得岩石的内聚力和内摩擦角的参数，这对大型的岩体工程，特别是岩质边坡稳定性分析，矿山和大型的岩体工程的支护以及围岩稳定性分析有重要的参考作用。
当前岩石三轴抗压强度试验只能利用大型仪器在室内进行，并且进行试验的试件搬运困难加工繁琐，使试验成本高昂并且操作麻烦，无法进行快速的原位试验来获取所需的岩石工程参数是当前的工程现状。而我们研究利用岩石的尺寸效应，对小试件岩芯利用便携式的试验仪对岩芯进行单轴和三轴试验，既可以节约成本，又可以迅速获取现场岩石的强度参考值。这对工程规划有重要作用。
自1911年意大利人冯·卡门完成经典性的三轴压缩试验至今，三轴试验仍是只能在室内进行大型仪器的试验，而2002年日本东京大学的大久保城介研制了小型化可视化的可进行三轴压缩试验的压力仓室，但该试验需要在500kN的数字控制式试服试验机上进行。
发明内容
为了克服已有岩石三轴抗压强度试验只能利用大型仪器在室内进行的不足，本发明提供一种便携式多功能岩石压缩试验仪，该试验仪可以对直径2-3cm高度4-6cm的柱状岩芯进行单轴压缩试验和三轴抗压强度测试。试验样品在试验现场利用小型化取样工具获取，并通过便携式多功能岩石压缩试验仪进行现场试验。并且可以利用手机软件进行记录分析岩石的单轴抗压强度，岩石的粘聚力和内摩擦角的参考值，并且利用岩石的尺寸效应分析岩石和岩体的工程参考值。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种用于原位测试的便携式多功能岩石压缩试验仪，所述试验仪包括试验主机，所述试验主机包括支撑框架、液压千斤顶、压力仓室、压力传动轴、带***孔的圆筒以及连接转换头，所述液压千斤顶安装在所述支撑结构的上部，所述压力仓室作为独立结构位于所述支撑框架的下部，所述液压千斤顶的输出端与压力传动轴之间通过连接转换头连接，所述压力传动轴穿过所述带***孔的圆筒，所述带***孔的圆筒安装在压力仓室的顶板上，位于所述压力仓室的压力传动轴的末端设置钢制上圆柱，所述压力仓室的底部设有钢制下圆柱，所述钢制上圆柱与所述钢制下圆柱之间为测试工位，所述钢制下圆柱上安装轴压传感器，所述压力仓室的顶板上设有液压管，所述液压管与压力仓室内腔连通，所述液压管处安置围压传感器。
进一步，所述压力仓室包括压力仓室底座、丙烯玻璃圆筒、和压力仓室顶板，将钢制台座与压力仓室底座用连接栓连接，所述钢制下圆柱位于所述钢制台座上，所述丙烯玻璃圆筒底部与压力仓室底座固定连接，所述丙烯玻璃圆筒的顶部与压力仓室顶板固定连接。
所述围压传感器与外置油压表连接，所述轴压传感器与液晶显示仪连接。
所述试验仪还包括压力控制***，所述压力控制***包括手动液压油泵、蓄能器、溢流阀、转换阀、截止阀和单向阀，所述油箱连接溢流阀，所述油箱与单向手动压力泵连接，所述单向手动压力泵与二位三通换向阀的进口连接，所述二位三通换向阀的第一出口与千斤顶的油压口连接，所述千斤顶的第二出口与压力仓室的油压口连接，所述压力仓室的油压口同时依次与单向阀、截止阀和蓄能器连接，所述千斤顶的回油口连接油箱，所述压力仓室的回油口通过截止阀连接油箱。
所述支撑结构包括下垫座、上顶板和四立柱荷载加载支柱，所述压力仓室放置在所述下垫座的凹槽上，所述立柱的下端固定在下垫座上，所述立柱的上端与上顶板通过锁紧螺母连接，所述液压千斤顶固定在所述上顶板上。
所述支撑结构还包括中间横板，所述中间横板与所述立柱的中部固定连接，所述压力仓室的顶板固定在所述中间横板上。
本发明的技术构思为：便携式多功能岩石压缩试验仪采用小型化的压力仓室，并利用外置的压力回路为压力仓室提供稳定的围压稳定值，在轴压施加过程中保持围压稳定性。并利用电子***记录测量参数，不需记录，现场生成参数相关图像。为野外试验提供可靠的试验工具。
所述利用可视化的压力仓室可以观察试验试件的破坏过程和试件的放置，小型化的压力仓室是可以野外试验的基础，并且能为小型仓室提供稳定围压和保持压力仓压力是重要的技术创新。所述利用轴压传感器测定试件的破坏强度值，利用围压传感器测定压力仓室的围压值并能使围压达到指定值后停止加压，且设定蓄能器的保压值，保持围压的稳定。外置液压***通过溢流阀，转向阀，单向阀，截止阀以及带有油压泵的油箱组成，***的默认值来设定阀门的开关，并通过传感器信息利用PLC进行***控制。
本发明的有益效果主要表现在：本试验仪具有简单便携，方便使用，功能齐全的优点。本实验装置对试验试件既能进行轴向加压，又能实现围压加压的功能。主要实现在工程原位测定岩芯的单轴抗压强度以及具有结构面的岩芯的三轴抗压强度两大功能。
附图说明
图1为用于原位测试的便携式多功能岩石压缩试验仪的正面视图。
图2为用于原位测试的便携式多功能岩石压缩试验仪的俯视图。
图3为用于原位测试的便携式多功能岩石压缩试验仪的综合图。
图4为用于原位测试的便携式多功能岩石压缩试验仪的被外部油压***图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。
参照图1～图4，一种用于原位测试的便携式多功能岩石压缩试验仪，包括试验主机、压力控制***和传感测量***，所述试验主机包括下垫座(1)、立柱(2)、上顶板(3)以及锁紧螺母(20)，将压力仓室放置在下垫座凹槽(4)之上，增加稳定性，压力仓室由压力仓室底座(5)丙烯玻璃圆筒(6)和压力仓室顶板(7)组成。将钢制台座(8)与压力仓室底座(5)用连接栓(9)连接，试验时将加工过的岩芯放入压力仓室中，安置在下部钢制圆柱(10)之上，下部钢制圆柱(10)之上安装轴压传感器(11)，测定轴向压力。利用传动轴(12)将液压千斤顶(13)施加的轴压传递到岩芯试件，在只施加轴压的条件下，岩石试件破坏荷载可反映岩石的单轴抗压强度。传动轴通过带***孔圆筒(14)与压力仓室连接，并利用在压力仓室顶板(7)的液压管(15)向油压压力仓室施加围压，在给定围压的条件下，测定含有结构面的岩芯试件破坏时的轴压和围压，并在油压管处安置围压传感器(16)并显示在外置油压表(17)之上。经过一系列试验后得到岩石的内摩擦角和粘聚力。
在液压千斤顶(13)与传动轴(12)连接处由连接转换头(19)连接。
中间横板(21)是为了让轴压加载稳定，同时可以在试验时固定压力仓室和通过传动轴之间的稳定性。
液压千斤顶油压口(18)与压力仓室的液压管(15)与单向手动压力泵(22)连接提供轴压和围压。压力控制***包括油箱(23)、单向手动压力泵(22)、二位三通换向阀(24)、溢流阀(25)、单向阀(26)、截止阀(27)和蓄能器(28)，所述油箱连接溢流阀，所述油箱与单向手动压力泵连接，所述单向手动压力泵与二位三通换向阀的进口连接，所述二位三通换向阀的第一出口与千斤顶的油压口连接，所述千斤顶的第二出口与压力仓室的油压口连接，所述压力仓室的油压口同时依次与单向阀、截止阀和蓄能器连接，所述千斤顶的回油口连接油箱，所述压力仓室的回油口通过截止阀连接油箱。压力控制***由油箱提供油源，油箱(23)直接和单向手动压力泵(22)相连，先给压力仓室提供围压，使岩石块体立在钢制圆柱(10)上，再利用二位三通换向阀(24)使油压泵为千斤顶工作提供轴压，在此过程中利用蓄能器(28)保证压力仓室油压稳定。实现三轴试验的围压和轴压加载。
轴压传感器(11)与钢制圆柱(10)连接，是试验试件受到的轴压准确传递到显示器。
围压传感器(16)与油压仓室顶板(7)相连，可以及时准确的反馈围压值到油压表(17)。
野外便携式多功能岩石压缩试验仪由试验主机，压力控制***和传感测量***三大部分组成。在野外环境中，我们首先利用小型化的取样工具获取直径2-3cm高度4-6cm基本满足高径比2:1的目标试件。对获取的岩芯进行削平磨光后加工后，用透明热缩管将试件固定在钢制圆柱(10)之上，随后由支撑框架下垫座处将压力仓室整体放入，并安置于下垫座凹槽上，完成试验前准备。如果测定岩石的单轴压缩强度值，利用油压泵(22)泵取油箱中的透明油使千斤顶向试件施加轴向压力，压力通过传动轴施加到钢制圆柱上，直至岩芯破坏，轴压传感器(11)通过显示器记录岩石的单轴抗压强度值。如果测定有结构面的岩块试件时，同样的获取试件的方式，将岩芯固定在钢制圆柱(10)上之后，将压力仓室内注满油之后，利用油压泵(22)对试件施加围压，利用围压传感器(16)和围压油压表(17)围压达到目标值后，转动换向阀(24)，利用油压泵(22)和千斤顶(13)对试件施加轴压，同时利用蓄能器保证压力仓室压力值稳定，直至试件破坏，传感器将压力值传递显示在显示器上记录岩石破坏时的围压值和轴向压力值。继续下一组试验时，利用连接转换头(19)，首先将压力仓室与蓄能器断开进行围压卸荷，再将转动连接转化头(19)上的螺纹将使其与上部千斤顶(13)的行程压头脱离，将连接转化头(19)和传动轴(12)整体下压，然后将压力仓室从下垫座凹槽(4)中提出，再将连接转化头(19)、传动轴(12)、破坏的试件与透明热缩管以及下部钢制圆柱(10)整体抽取出，重复上面的步骤进行下一组试验。
Claims (6)
1.一种用于原位测试的便携式多功能岩石压缩试验仪，其特征在于，所述试验仪包括试验主机，所述试验主机包括支撑结构、液压千斤顶、压力仓室、压力传动轴、带***孔的圆筒以及连接转换头，所述液压千斤顶安装在所述支撑结构的上部，所述压力仓室作为独立结构位于所述支撑框架的下部，所述液压千斤顶的输出端与压力传动轴之间通过连接转换头连接，所述压力传动轴穿过所述带***孔的圆筒，所述带***孔的圆筒安装在压力仓室的顶板上，位于所述压力仓室的压力传动轴的末端设置钢制上圆柱，所述压力仓室的底部设有钢制下圆柱，所述钢制上圆柱与所述钢制下圆柱之间为测试工位，所述钢制下圆柱上安装轴压传感器，所述压力仓室的顶板上设有液压管，所述液压管与压力仓室内腔连通，所述液压管处安置围压传感器。
2.如权利要求1所述的用于原位测试的便携式多功能岩石压缩试验仪，其特征在于，所述压力仓室包括压力仓室底座、丙烯玻璃圆筒、和压力仓室顶板，将钢制台座与压力仓室底座用连接栓连接，所述钢制下圆柱位于所述钢制台座上，所述丙烯玻璃圆筒底部与压力仓室底座固定连接，所述丙烯玻璃圆筒的顶部与压力仓室顶板固定连接。
3.如权利要求1或2所述的用于原位测试的便携式多功能岩石压缩试验仪，其特征在于，所述围压传感器与外置油压表连接，所述轴压传感器与液晶显示仪连接。
4.如权利要求1或2所述的用于原位测试的便携式多功能岩石压缩试验仪，其特征在于，所述试验仪还包括压力控制***，所述压力控制***包括手动液压油泵、蓄能器、溢流阀、转换阀、截止阀和单向阀，所述油箱连接溢流阀，所述油箱与单向手动压力泵连接，所述单向手动压力泵与二位三通换向阀的进口连接，所述二位三通换向阀的第一出口与千斤顶的油压口连接，所述千斤顶的第二出口与压力仓室的油压口连接，所述压力仓室的油压口同时依次与单向阀、截止阀和蓄能器连接，所述千斤顶的回油口连接油箱，所述压力仓室的回油口通过截止阀连接油箱。
5.如权利要求1或2所述的用于原位测试的便携式多功能岩石压缩试验仪，其特征在于，所述支撑结构包括下垫座、上顶板和四立柱荷载加载支柱，所述压力仓室放置在所述下垫板的凹槽上，所述立柱的下端固定在下垫板上，所述立柱的上端与上顶板通过锁紧螺母连接，所述液压千斤顶固定在所述上顶板上。
6.如权利要求5所述的用于原位测试的便携式多功能岩石压缩试验仪，其特征在于，所述支撑结构还包括中间横板，所述中间横板与所述立柱的中部固定连接，所述压力仓室的顶板固定在所述中间横板上。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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