[发明专利]岩石平面应变仪

说明书

技术领域

本发明涉及一种岩石力学试验装置，具体地说，涉及用于中硬岩石平面应变力学实验的实验装置。

背景技术

由于许多岩土工程中的岩石类材料都处于平面应变应力状态，因此，研究岩石类材料在平面应变下的变形破坏特征具有实际的工程意义，研究岩石在平面应变状态下的变形破坏特征须要借助平面应变实验装置来完成。平面应变实验装置的原理主要是通过严格限制试件在一个方向上的变形，继而观察和测试试件在平面应变状态下的变形和强度特性及相关的物理力学参数。目前，平面应变实验装置按其对某个方向上变形控制的方式主要分为两大类，一类是被动式的刚性实验装置，其对某个方向变形的控制主要是通过刚性构架的刚度来进行，由于任何刚性构架本身刚度都是有限的，所以不能完全限制试件在该方向上的变形，只能近似模拟平面应变条件，其优点是结构简单，制造容易，拆装方便，实验操作简单易行。另一类是主动式，这类装置主要通过液压施加合适的围压精确控制试件在一个方向的变形从而真实地模拟平面应变条件，其缺点是构造复杂，造价昂贵，实验程序较为繁琐。岩石的平面应变实验相比其他实验更加困难，其主要原因在于实验的精度难以得到保证，平面应变实验的实验误差来源于如下几个方面：(1)刚性加载所引起的端部效应致使应力场分布不均匀；(2)试件加工精度达不到要求；(3)试件和装置的装配误差较大；(4)侧限的刚度达不到要求。只要存在固体的刚性接触，就不可避免地存在端部效应，但端部效应可以通过使用合适的润滑剂得到有效改善或通过改变加载方式而得以基本上完全消除；试件的加工精度可以使用精度较高的机械磨床得到提高，但加工费用较高；试件和装置的装配误差是平面应变实验最大误差源，减少装配的环节是降低传递误差的有效方法；侧限的刚度可以提高侧限装置的强度和增大尺寸的方式来实现，也可以通过适当减少试件的尺寸来实现。

发明内容

本发明的目的在于简化平面应变仪的结构，从而减小装配误差，最终提高实验精度。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种岩石平面应变仪，包括液压缸和侧限装置，液压缸由上端盖、缸体和底座经螺杆连接而成，缸体中部设有上下贯通的圆形内腔，该圆形内腔的底部设有承压柱，承压柱上放置有下压板，下压板上设有所述侧限装置，该侧限装置包括两块相对设置的侧压板，侧限装置上方设有上压板，该上压板和下压板两侧安装有传感器，上压板上放置万向压头，该万向压头的顶端与加压活塞杆的下端相连，该加压活塞杆的上端从所述上端盖的中部伸出，加压活塞杆与上端盖之间设有密封装置；所述缸体上径向设有与该缸体内腔相通的引线孔，引线孔内设有密封螺杆，内腔内设有导线，该导线经密封螺杆穿出液压缸之外；内腔内设有应变计，该应变计和所述传感器与导线相连，液压缸上设有油路系统，通过该油路系统向内腔内供给恒定的液压，其改进之处在于：所述缸体的内腔的上部向内收缩形成定位台，该定位台位于所述承压柱与万向压头之间，定位台的内壁上相对地设有一对平行槽，所述两侧压板分别放入该两平行槽内，这样，由两侧压板、定位台和液压缸壁一起构成侧限装置，来限制被测试件在侧向方向上的变形；两侧压板中一块较厚，另一块较薄，厚侧压板外侧与平行槽的底面靠紧，薄侧压板的外侧设有互锁的固定楔块和活动楔块，活动楔块的外侧与平行槽的底面靠紧，固定楔块位于该侧压板和活动楔块之间，设置两侧压板和互锁的固定楔块和活动楔块的目的在于安装的方便，安装时，先将试件及其粘连在一起的侧压板、上下压板整体小心放入液压缸，再将活动楔块敲入与互锁的固定楔块齐平，保证试件侧向约束是均匀的和紧密的；所述传感器由金属片、应变计及基板组成，应变计安装在金属片上，金属片和基板经螺杆安装在两侧压板的两侧，由传感器来测试实验过程中试件在围压测向方向的变形，其原理是在具有良好线弹性性质的金属片上粘贴应变计并接成全桥，用标准弹性试件标定后就可以作为一种测量变形的精密传感器。

本发明针对平面应变实验当中最大可能产生误差的环节，加以改进，通过设计计算，将缸体的内腔的上部向内收缩形成定位台，两侧压板放入定位台的平行槽内，由侧压板和定位台以及液压缸缸壁一起形成侧限装置，从而将侧限装置和液压缸融为一体，这样，一方面使装置的结构更为紧凑；另一方面通过简化装配环节，降低实验误差，从而提高实验精度。

为了安装拆卸和实验操作的方便，上述上端盖的下部设有空腔，该空腔与所述内腔相通，空腔内安装有所述万向压头，所述内腔的上端设有台阶。