一種可攜式巖石膨脹試驗儀的製作方法

2023-12-02 16:46:31

專利名稱：一種可攜式巖石膨脹試驗儀的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及膨脹性巖石試驗測試設備。
背景技術：
膨脹巖是指能與水發生物理化學作用而引起含水量增加、體積增大的巖石，對其膨脹性進行試驗測試是巖土工程領域的一項重要工作。巖石膨脹性試驗主要包括膨脹率試驗和膨脹力試驗，膨脹率試驗是測量膨脹巖遇水後軸向變形的膨脹率，膨脹力試驗是測量膨脹巖遇水後變形趨勢被約束的軸向膨脹力。現有膨脹性試驗設備主要有實驗室用的固結儀，將現場採集的膨脹巖試樣，在實驗室內分別進行膨脹率和膨脹力試驗。實驗室用的固結儀利用安裝在試樣上部的垂直千分表，測取膨脹巖遇水後的軸向變形量，以求得膨脹率；利用儀器加載橫梁懸掛砝碼並通過槓桿原理對試樣施加軸向荷載以約束其膨脹變形趨勢，記錄所施加荷載以求得膨脹力。現有·實驗室固結儀結構笨重、體型較大，便攜性差，只適宜在實驗室使用；而且，巖石膨脹性與初始含水量關係密切，現場採集的試樣再拿到實驗室測試，會增加試驗過程中的數據誤差。現有膨脹性試驗設備也有現場使用的性能單一的試驗儀，主要有測試巖石膨脹率的膨脹率試驗儀和測試巖石膨脹力的膨脹壓力試驗儀。膨脹率試驗儀由上部開口的盒狀試驗倉、測試杆和千分表組成，通過試樣上部安裝的千分表讀取試樣軸向變形量，以求得膨脹率。膨脹壓力試驗儀由試驗倉、反力鋼架、螺紋軸力柱和壓力表組成，通過手動旋轉安裝在反力鋼架上的螺紋軸力柱約束試樣軸向膨脹變形，並由壓力表讀取膨脹力數據。現有膨脹率試驗儀和膨脹壓力試驗儀都具有體積小、重量輕的特點，但是，前者只能進行巖石膨脹率試驗，而後者則只能進行膨脹壓力試驗，存在功能單一、適用性有限的問題。
發明內容針對現有巖石膨脹性試驗設備存在的問題，本實用新型推出可攜式巖石膨脹試驗儀，其目的在於，將壓力傳感器、位移傳感器設置在由上下兩部分組成並通過凹、凸卡槽接合的圓柱狀試驗倉內，壓力傳感器和位移傳感器分別通過壓力柱和位移柱連接試驗倉內土工環刀採集的膨脹巖試樣，以實現在採樣現場及時測量膨脹巖試樣的膨脹率和膨脹力。本實用新型涉及的可攜式巖石膨脹試驗儀包括試驗倉、壓力傳感器、位移傳感器、壓力柱、土工環刀、護環，試驗倉為上部試驗倉和下部試驗倉對接而成的圓柱狀結構，壓力傳感器和位移傳感器設置在上部試驗倉內。壓力傳感器為圓柱狀，由螺栓固定在上部試驗倉內頂面的中心。位移傳感器位於上部試驗倉側壁與壓力傳感器之間的空隙中，由螺栓固定在上部試驗倉的內側壁，位移傳感器伸出的感知位移的位移杆豎直向下。壓力傳感器下部的接觸面和位移傳感器位移杆下端與上部試驗倉卡槽的內埠平齊。上部試驗倉的上頂設置與試驗倉內部相通的注水孔，下部試驗倉上部側壁設置與試驗倉內部相通的溢水孔。土工環刀下端置於下部試驗倉內底部的護環內，護環下端固定在下部試驗倉的下底內，圓筒形護環用於安置土工環刀及其採集的膨脹巖試樣。土工環刀上下兩側設置透水石，底部透水石的下部置於護環內，底部透水石的上面是土工環刀，土工環刀的上面是頂部透水石，頂部透水石的上面放置壓力柱。壓力柱的上端面與下部試驗倉卡槽外埠平齊。上部試驗倉的上頂外側設置選擇開關，選擇開關與試驗倉內的壓力傳感器和位移傳感器通過控制電路連接；上部試驗倉內設置集線盒，集線盒內的控制電路連接選擇開關和上部試驗倉側壁外部設置的讀數接口，讀數接口用於從外部插入讀數儀讀取壓力傳感器和位移傳感器的試驗數據。護環內徑略大於土工環刀外徑，土工環刀及採集的膨脹巖試樣嵌入護環內達到緊密配合。下端置於護環內的透水石的直徑與土工環刀內徑相同土工環刀的上部和頂部透水石的下部由圓形導環連接，導環環繞在土工環刀上部和頂部透水石下部的外側。 壓力柱為短圓柱狀剛體結構，放置在頂部透水石上，其上端面與下部試驗倉卡槽外埠平齊。壓力柱的軸心與頂部透水石下面土工環刀內膨膨脹巖試樣的軸心在同一條軸線上。對接試驗倉的上部試驗倉和下部試驗倉為各有一埠的圓筒體，兩者的內徑和外徑相等，上部試驗倉的下埠和下部試驗倉的上埠分別設置了凹、凸卡槽，兩埠處的凹、凸卡槽相互吻合併可轉動對接。對接後，上部試驗倉卡槽的外埠和下部試驗倉卡槽的內埠平齊，上部試驗倉卡槽的內埠和下部試驗倉卡槽的外埠平齊。上部試驗倉的上頂外側設置氣泡式水平尺，水平尺設在上部試驗倉外頂面中心處預設的圓形淺槽內，試驗前應使氣泡居中，以保證試驗倉水平放置。土工環刀為一端帶刃的不鏽鋼薄壁圓環刀具，用於現場採集膨脹巖試樣，所採集的柱狀膨脹巖試樣置於環刀的內側。本實用新型技術方案的另一種形式是位移柱代替壓力柱放置在頂部透水石的上面。壓力柱和位移柱為選擇性部件，進行膨脹率試驗時選用位移柱，進行膨脹力試驗時則選用壓力柱。位移柱由圓形鋼板及其上表面一側焊接的小圓柱構成，小圓柱外徑小於設置位移傳感器的上部試驗倉側壁與壓力傳感器之間空隙的寬度。位移柱的整體高度與壓力柱一致，位移柱小圓柱的上端面與下部試驗倉卡槽外埠平齊。上部試驗倉側壁與壓力傳感器之間的空隙處設置集線盒，集線盒內設置控制電路，控制電路連接上部試驗倉內的壓力傳感器和位移傳感器，控制電路連接上部試驗倉上頂外側設置的選擇開關和上部試驗倉側壁外部設置的讀數接口。讀數接口用於從外部插入讀數儀讀取壓力傳感器和位移傳感器的試驗數據。本實用新型進行膨脹性試驗時，將土工環刀連同內部的膨脹巖試樣插入下部試驗倉底部的護環內並置於底部透水石之上，土工環刀上面放置頂部透水石，頂部透水石的上面再放置壓力柱或者位移柱。頂部透水石的上面放置壓力柱還是位移柱，要根據不同的膨脹試驗模式確定。測量膨脹力的膨脹力試驗模式下，頂部透水石的上面放置壓力柱；測量膨脹率的膨脹率試驗模式下，頂部透水石的上面放置位移柱。放置壓力柱或者位移柱後，將上部試驗倉和下部試驗倉設置凹、凸卡槽的埠對準並旋轉，使試驗倉成為一體。上部試驗倉和下部試驗倉結合為一體時，內部的壓力柱的上頂面正好與壓力傳感器的下表面緊貼，或者內部的位移柱上端的凸起部位正好與位移傳感器下部設置的位移杆緊貼。上部試驗倉和下部試驗倉結為一體後，調整上部試驗倉上頂外側設置的選擇開關，控制其工作狀態與相應膨脹試驗模式一致。然後，從設在上部試驗倉頂部的注水孔向試驗倉內注水，所注的水到下部試驗倉兩側的溢水孔位置後會自動溢出，以保證試驗水位合適。進行膨脹力試驗時，試樣吸水膨脹產生的軸向膨脹力通過壓力柱傳遞給壓力傳感器，並被從讀數接口外部插入的讀數儀讀取和記錄下來。進行膨脹率試驗時，試樣吸水膨脹產生的軸向位移通過位移柱傳遞給位移傳感器，並被從讀數接口外部插入的讀數儀讀取和記錄下來。本實用新型涉及的可攜式巖石膨脹試驗儀結構緊湊、體型小、重量輕，現場使用方便；既能進行膨脹率試驗，又能進行膨脹力試驗，在巖土工程領域具有廣闊的應用前景。
圖I為可攜式巖石膨脹試驗儀總體外觀示意圖；圖2為膨脹力試驗模式下巖石膨脹試驗儀剖面結構示意圖；圖3為膨脹率試驗模式下巖石膨脹試驗儀剖面結構示意圖。圖中標記說明I、上部試驗倉2、讀數接口3、凸卡槽4、凹卡槽5、溢水孔6、下部試驗倉7、注水孔8、水平尺9、選擇開關10、集線盒11、線路孔12、壓力傳感器13、位移傳感器14、位移杆15、壓力柱16、頂部透水石17、濾紙18、底部透水石19、導環20、土工環刀21、膨脹巖試樣22、護環23、位移柱。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型的技術方案做進一步說明。圖I顯示本實用新型涉及的巖石膨脹試驗儀總體外觀，圖2顯示本實用新型涉及的膨脹力試驗模式下巖石膨脹試驗儀剖面結構，圖3顯示本實用新型涉及的膨脹率試驗模式下巖石膨脹試驗儀剖面結構。實施例一如圖I和圖2所示，在膨脹力試驗模式下，本實用新型涉及的巖石膨脹試驗儀包括試驗倉、壓力傳感器12、位移傳感器13、壓力柱15、土工環刀20、護環22，試驗倉為上部試驗倉I和下部試驗倉6對接而成的圓柱狀結構，其中，壓力傳感器12、位移傳感器13、壓力柱15、土工環刀20和護環22設置在試驗倉內。對接試驗倉的上部試驗倉I和下部試驗倉6為各有一埠的圓筒體，兩者的內徑和外徑相等，上部試驗倉I的下埠和下部試驗倉6的上埠分別設置了凹、凸卡槽，兩埠處的凹卡槽4和凸卡槽3相互吻合併可轉動對接。對接後，上部試驗倉I下埠卡槽的外埠和下部試驗6倉卡槽的內埠平齊,上部試驗倉I下埠卡槽的內埠和下部試驗倉卡槽6的外埠平齊。上部試驗倉I的上頂設置與試驗倉內部相通的注水孔7，下部試驗倉6上部側壁設置與試驗倉內部相通的溢水孔5。上部試驗倉I的上頂外側設置氣泡式水平尺8，水平尺8設在上部試驗倉I外頂面中心處預設的圓形淺槽內，試驗前應使氣泡居中，以保證試驗倉水平放置。上部試驗倉I的上頂外側設置選擇開關9，選擇開關9與試驗倉內的壓力傳感器12和位移傳感器13通過控制電路連接。壓力傳感器12和位移傳感器13設置在上部試驗倉I內。壓力傳感器12為圓柱狀，由螺栓固定在上部試驗倉I內頂面的中心。位移傳感器13位於上部試驗倉I側壁與壓力傳感器12之間的空隙中，由螺栓固定在上部試驗倉I的內側壁，位移傳感器13伸出的感知位移的位移杆14豎直向下。壓力傳感器12下部的接觸面和位移傳感器13的位移杆 14下端與上部試驗倉I卡槽的內埠平齊。土工環刀20為一端帶刃的不鏽鋼薄壁圓環刀具，用於現場採集膨脹巖試樣，所採集的柱狀膨脹巖試樣21置於環刀的內側。土工環刀20下端置於下部試驗倉6內底部的護環22內。護環22為圓筒形，用於安置土工環刀20及其採集的膨脹巖試樣21，護環22下端固定在下部試驗倉6的下底內。護環22內徑略大於土工環刀20外徑，土工環刀20及採集的膨脹巖試樣21嵌入護環22內達到緊密配合。下端置於護環22內的土工環刀20上下兩側設置透水石，透水石的直徑與土工環刀20內徑相同，土工環刀20及採集的膨脹巖試樣21與透水石之間設置濾紙17。底部透水石18的下部置於護環22內，底部透水石18的上面是土工環刀20，土工環刀20的上面是頂部透水石16。土工環刀20的上部和頂部透水石16的下部由圓形導環19連接，導環19環繞在土工環刀20上部和頂部透水石16下部的外側。頂部透水石16的上面放置壓力柱15，壓力柱15為短圓柱狀剛體結構，放置在頂部透水石16上，其上端面與下部試驗倉6卡槽外埠平齊。壓力柱15的軸心與頂部透水石16下面土工環刀20內膨膨脹巖試樣21的軸心在同一條軸線上。上部試驗倉I側壁與壓力傳感器12之間的空隙處設置集線盒10，集線盒10內設置控制電路，控制電路連接上部試驗倉I上頂外側設置的選擇開關9和上部試驗倉I側壁外部設置的讀數接口 2。控制電路通過選擇開關9連接上部試驗倉I內的壓力傳感器12，讀數接口 2用於從外部插入專門的讀數儀，讀取壓力傳感器12的試驗數據。實施例二 如圖I和圖3所示，在膨脹率試驗模式下，本實用新型涉及的巖石膨脹試驗儀包括試驗倉、壓力傳感器12、位移傳感器13、位移柱23、土工環刀20、護環22，試驗倉為上部試驗倉I和下部試驗倉6對接而成的圓柱狀結構，壓力傳感器12、位移傳感器13、位移柱23、土工環刀20和護環22設置在試驗倉內。對接試驗倉的上部試驗倉I和下部試驗倉6為各有一埠的圓筒體，兩者的內徑和外徑相等，上部試驗倉I的下埠和下部試驗倉6的上埠分別設置了凹、凸卡槽，兩埠處的凹卡槽4和凸卡槽3相互吻合併可轉動對接。對接後，上部試驗倉I下埠卡槽的外埠和下部試驗6倉卡槽的內埠平齊,上部試驗倉I下埠卡槽的內埠和下部試驗倉卡槽6的外埠平齊。上部試驗倉I的上頂設置與試驗倉內部相通的注水孔7，下部試驗倉6上部側壁設置與試驗倉內部相通的溢水孔5。上部試驗倉I的上頂外側設置氣泡式水平尺8，水平尺8設在上部試驗倉I外頂面中心處預設的圓形淺槽內，試驗前應使氣泡居中，以保證試驗倉水平放置。上部試驗倉I的上頂外側設置選擇開關9，選擇開關9與試驗倉內的壓力傳感器12和位移傳感器13通過控制電路連接。壓力傳感器12和位移傳感器13設置在上部試驗倉I內。壓力傳感器12為圓柱狀，由螺栓固定在上部試驗倉I內頂面的中心。位移傳感器13位於上部試驗倉I側壁與壓力傳感器12之間的空隙中，由螺栓固定在上部試驗倉I的內側壁，位移傳感器13伸出的感知位移的位移杆14豎直向下。壓力傳感器12下部的接觸面和位移傳感器13的位移杆14 下端與上部試驗倉I卡槽的內埠平齊。土工環刀20為一端帶刃的不鏽鋼薄壁圓環刀具，用於現場採集膨脹巖試樣，所採集的柱狀膨脹巖試樣21置於環刀的內側。土工環刀20下端置於下部試驗倉6內底部的護環22內。護環22為圓筒形，用於安置土工環刀20及其採集的膨脹巖試樣21，護環22下端固定在下部試驗倉6的下底內。護環22內徑略大於土工環刀20外徑，土工環刀20及採集的膨脹巖試樣21插入護環22內達到緊密配合。下端置於護環22內的土工環刀20上下兩側設置透水石，透水石的外徑與土工環刀20外徑相同，土工環刀20及採集的膨脹巖試樣21與透水石之間設置濾紙17。底部透水石18的下部置於護環22內，底部透水石18的上面是土工環刀20，土工環刀20的上面是頂部透水石16。土工環刀20的上部和頂部透水石16的下部由圓形導環19連接，導環19環繞在土工環刀20上部和頂部透水石16下部的外側。頂部透水石16的上面放置位移柱23，位移柱23由圓形鋼板及其上表面一側焊接的小圓柱構成，小圓柱外徑小於設置位移傳感器13的上部試驗倉I側壁與壓力傳感器12之間空隙的寬度。位移柱23的小圓柱上端面與下部試驗倉6卡槽外埠平齊。上部試驗倉I側壁與壓力傳感器12之間的空隙處設置集線盒10，集線盒10內設置控制電路，控制電路連接上部試驗倉I上頂外側設置的選擇開關9和上部試驗倉I側壁外部設置的讀數接口 2。控制電路通過選擇開關9連接上部試驗倉I內的位移傳感器13，讀數接口 2用於從外部插入專門的讀數儀讀取位移傳感器13的試驗數據。
權利要求1.一種可攜式巖石膨脹試驗儀，其特徵在於所述膨脹試驗儀包括試驗倉、壓力傳感器(12)、位移傳感器(13)、壓力柱(15)、土工環刀(20)、護環(22)，試驗倉為上部試驗倉(I)和下部試驗倉(6)對接而成的圓柱狀結構，壓力傳感器(12)和位移傳感器(13)設置在上部試驗倉(I)內；壓力傳感器(12)為圓柱狀，由螺栓固定在上部試驗倉(I)內頂面的中心，位移傳感器(13)位於上部試驗倉(I)側壁與壓力傳感器(12)之間的空隙中，由螺栓固定在上部試驗倉(I)的內側壁，位移傳感器(13)伸出的感知位移的位移杆(14)豎直向下；壓力傳感器(12)下部的接觸面和位移傳感器(13)的位移杆(14)下端與上部試驗倉(I)卡槽的內埠平齊；上部試驗倉(I)的上頂設置與試驗倉內部相通的注水孔(7)，下部試驗倉(6)上部側壁設置與試驗倉內部相通的溢水孔(5);土工環刀(20)下端置於下部試驗倉(6)內底部的護環(22)內，護環(22)下端固定在下部試驗倉(6)的下底內，圓筒形護環(22)用於安置土工環刀(20)及其採集的膨脹巖試樣(21);土工環刀(20)上下兩側設置透水石，底部透水石(18)的下部置於護環(22)內，底部透水石(18)的上面是土工環刀(20)，土工環刀(20)的上面是頂部透水石(16)，頂部透水石(16)的上面放置壓力柱(15)，壓力柱(15)的上端面與下部試驗倉(6)卡槽外埠平齊；上部試驗倉(I)的上頂外側設置選擇開關(9)，選擇開關(9)與試驗倉內的壓力傳感器(12)和位移傳感器(13)通過控制電路連接；上部試驗倉(I)內設置集線盒(10)，集線盒(10)內的控制電路連接選擇開關(9)和上部試驗倉(I)側壁外部設置的讀數接口(2)，讀數接口(2)用於從外部插入讀數儀讀取壓力傳感器(12)的試驗數據。
2.根據權利要求I所述的可攜式巖石膨脹試驗儀，其特徵在於所述護環(22)內徑略大於土工環刀(20 )外徑，土工環刀(20 )及採集的膨脹巖試樣(21)嵌入護環(22 )內達到緊密配合。
3.根據權利要求I所述的可攜式巖石膨脹試驗儀，其特徵在於所述下端置於護環(22)內的土工環刀(20)的上部和頂部透水石(16)的下部由圓形導環(19)連接，導環(19)環繞在土工環刀(20)上部和頂部透水石(16)下部的外側。
4.根據權利要求I所述的可攜式巖石膨脹試驗儀，其特徵在於所述壓力柱(15)為短圓柱狀剛體結構，壓力柱(15)的軸心與頂部透水石(16)下面土工環刀(20)內膨脹巖試樣(21)的軸心在同一條軸線上。
5.一種可攜式巖石膨脹試驗儀，其特徵在於所述膨脹試驗儀包括試驗倉、壓力傳感器(12)、位移傳感器(13)、位移柱(23)、土工環刀(20)、護環(22)，試驗倉為上部試驗倉(I)和下部試驗倉(6)對接而成的圓柱狀結構，壓力傳感器(12)和位移傳感器(13)設置在上部試驗倉(I)內；壓力傳感器(12)為圓柱狀，由螺栓固定在上部試驗倉(I)內頂面的中心，位移傳感器(13)位於上部試驗倉(I)側壁與壓力傳感器(12)之間的空隙中，由螺栓固定在上部試驗倉(I)的內側壁，位移傳感器(13)伸出的感知位移的位移杆(14)豎直向下；壓力傳感器(12)下部的接觸面和位移傳感器(13)的位移杆(14)下端與上部試驗倉(I)卡槽的內埠平齊；上部試驗倉(I)的上頂設置與試驗倉內部相通的注水孔(7)，下部試驗倉(6)上部側壁設置與試驗倉內部相通的溢水孔(5);土工環刀(20)下端置於下部試驗倉(6)內底部的護環(22)內，護環(22)下端固定在下部試驗倉(6)的下底內，圓筒形護環(22)用於安置土工環刀(20)及其採集的膨脹巖試樣(21);土工環刀(20)上下兩側設置透水石，底部透水石(18)的下部置於護環(22)內，底部透水石(18)的上面是土工環刀(20)，土工環刀(20)的上面是頂部透水石(16)，頂部透水石(16)的上面放置位移柱(23)，位移柱(23)的上端面與下部試驗倉(6)卡槽外埠平齊；上部試驗倉(I)的上頂外側設置選擇開關(9)，選擇開關(9)與試驗倉內的壓力傳感器(12)和位移傳感器(13)通過控制電路連接；上部試驗倉(I)內設置集線盒(10)，集線盒(10)內的控制電路連接選擇開關(9)和上部試驗倉(I)側壁外部設置的讀數接口(2)，讀數接口(2)用於從外部插入讀數儀讀取位移傳感器(13)的試驗數據。
6.根據權利要求I所述的可攜式巖石膨脹試驗儀，其特徵在於所述位移柱(23)由圓形鋼板及其上表面一側焊接的小圓柱構成，小圓柱外徑小於設置位移傳感器(13)的上部試 驗倉(I)側壁與壓力傳感器(12 )之間空隙的寬度。
專利摘要本實用新型公開了一種可攜式巖石膨脹試驗儀，壓力傳感器和位移傳感器設置在由上下兩部分組成並通過凹、凸卡槽旋轉對接的圓柱狀試驗倉內，壓力傳感器和位移傳感器分別通過壓力柱和位移柱連接試驗倉內用土工環刀採集的膨脹巖試樣，以實現在採樣現場及時測量膨脹巖試樣的膨脹率和膨脹力。本實用新型涉及的巖石膨脹試驗儀結構緊湊、體型小、重量輕，現場使用方便；既能進行膨脹率試驗，又能進行膨脹力試驗，在巖土工程領域具有廣闊的應用前景。
文檔編號G01N3/02GK202562812SQ20122000262
公開日2012年11月28日 申請日期2012年1月5日 優先權日2012年1月5日
發明者孫元春, 許再良, 李國和, 李懷鑑, 侯佔林, 李鵬 申請人:鐵道第三勘察設計院集團有限公司