专利名称：岩石有侧向约束膨胀试验用组合式加荷组件的制作方法
技术领域：
本发明属于建筑工程岩石膨胀试验仪器，特别是涉及一种岩石有侧向约束膨胀试验用组合式加荷组件。
背景技术：
本发明涉及的有侧向约束膨胀试验包括岩石有侧向约束膨胀率试验和有侧向约束膨胀压力试验。岩石有侧向约束膨胀率试验是指某一规定形状岩石试样(一般米用直径Φ50-80的圆柱体)的侧向用金属构件对其进行包裹紧固，保证在任何状态下不产生侧向变形的条件下在岩石试样上下两端设置金属透水板，然后将其置入并固定于浸水容器的底部，在其顶部施加5kpa的恒定预置压力，当其垂直变形稳定后开始浸水饱和，并按时测记垂直变形
直至稳定，此时测得的变形增量Λ h与岩石在浸水前原始高度H之比即为岩石有侧向约束膨胀率Vhp (%)。膨胀压力试验是将被整体金属套环包裹紧固的岩石试样固定于膨胀仪饱和水箱底部中心，其顶面经金属透水板上的加荷组件与膨胀仪加压杆、测力传感器、垂直加荷丝杠连接，垂直加荷丝杠与龙门架相对固定。在岩石试样垂直、水平方向均不产生变形的条件下对其施加IOkpa的预置压力，并在浸水饱和过程中对其垂直方向产生的压力进行测记直至稳定，此时岩石试样在所述条件下产生的最大压力值即为该岩石试样的膨胀压力。根据铁路工程岩石试验规程(TB10115-98)和水利工程岩石试验规程(SL264-2001)的有关规定，上述试验的岩石试样的尺寸一般为Φ50-80的圆柱体，但是由于制样过程或现场钻探取样情况的不同，往往会出现很多不同直径的岩石试样，如何满足众多不同直径岩石试样准确施加规定的预置压力，能够有一种计算精确、结构简单、易于操作的加荷组件是一个非常实际的研究课题。

发明内容
本发明的目的是公开一种岩石有侧向约束膨胀试验用组合式加荷组件，本加荷组件具有经简单组合叠加可适用于各种常见直径的岩石试样分别施加5kpa预置压力或IOkpa预置压力即可进行前述有侧向约束膨胀率或膨胀压力试验的特点。本发明为实现上述目的采取以下技术方案本组合式加荷组件由一个共用测量托盘、三个直径系列加压头及其金属透水板构成，所述共用测量托盘顶部中心设有连接于加压杆的内螺孔和以该螺孔为圆心的环形位移测量槽，共用测量托盘底面设有与其顶部内螺孔同心、用于连接加压头的螺柱，共用测量托盘质量为720g ;所述加压头顶部中心设有与共用测量托盘底面螺柱配接的螺孔，加压头底面设有透水槽，所述加压头是圆柱体，按加压头圆柱体直径和加压头整体质量分别设置以下三种，即第一直径系列加压头直径为48mm，质量为150g，第二直径系列加压头直径为68mm，质量为995. 8g，第三直径系列加压头直径为87mm,质量为2044. 26g,所述第一直径系列加压头配有直径分别为48mm、49mm和50mm、相应质量依次为36. 2g、37. 7g和39. 3g的金属透水板，所述第二直径系列加压头设有直径分别为 68mm、70mm、72mm 和 74mm、相应质量依次为 100. 02g、105. 85g、lll. 98g 和 118. 28g 的金属透水板，所述第三直径系列加压头设有直径分别为87mm、89mm、9Imm和93mm、相应质量依次为208. 08g、217. 74g、227. 64g和237. 76g的金属透水板，所述第三直径系列加压头还设有可旋入共用测量托盘顶部内螺孔的130g配重盘和连接于共用测量托盘顶部内螺孔或130g配重盘顶部中心螺孔的52g配重盘。本发明还可以采取以下技术措施所述共用测量托盘为上下各具有半截圆锥形的圆柱体，顶部半截圆锥形中心设有连接于加压杆的内螺孔，其底部半截圆锥形中心设有与各系列加压头相接的螺柱。所述共用测量托盘、各直径系列加压头和130g配重盘、52g配重盘的外圆均设有防滑竖纹。所述第一直径系列加压头的圆柱体上部为半截圆锥形。所述第一、第二、第三直径系列加压头的各加压头底面设有圆形透水槽以及与其圆心和各直径圆形透水槽交汇的十字凹槽。本发明的有益效果和优点在于本发明按常见岩石试样直径分为Φ50、Φ70和Φ90 (mm)三个直径系列，每个直径系列按其直径变化范围级差设相应直径、厚度和质量的金属透水板，选择与岩石试样直径最为接近的金属透水板，经相应直径的加压头和共用测量托盘组合叠加作用于试样形成5kpa预置压力，可进行有侧向约束膨胀率试验。本发明的任一种由共用测量托盘、相应直径的加压头构成的组合式加荷组件与试验仪器的加压杆连接后作用于一块与试样直径最为接近的金属透水板上，通过膨胀仪加压杆对试样施加IOkpa固定压力并进行固定后都能够用于岩石试样的膨胀压力试验。显然，本发明可以省去岩石试样二次加工修整的过程而有利于保持岩石试样的原始状态，对于提高岩石有侧向约束膨胀试验的准确性具有积极意义。本发明具有设计简洁准确、组合操作简单、高效率、高精度可适应多系列、多种直径岩石试样进行有侧向约束岩石膨胀试验的突出优点。


附图I是共用测量托盘结构半剖面示意图。附图2是第一直径系列组合式加荷组件半剖面示意图。附图3是第二直径系列组合式加荷组件半剖面示意图。附图4是第三直径系列组合式加荷组件半剖面示意图。附图5是第一直径系列加压头底面透水槽示意图。图中标记1共用测量托盘，1-1内螺孔，1-2环形位移测量槽，1-3螺柱，2第一直径系列加压头，2-1透水槽，2-2-1第一直径系列金属透水板A，2-2-2第一直径系列金属透水板B，2-2-3第一直径系列金属透水板C，3第二直径系列加压头，3-1透水槽，3-2-1第二直径系列金属透水板D，3-2-2第二直径系列金属透水板E，3-2-3第二直径系列金属透水板F，3-3-4第二直径系列金属透水板G，4第三直径系列加压头，4-1透水槽，4_2_1第三直径系列金属透水板H, 4-2-2第三直径系列金属透水板1,4-2-3第三直径系列金属透水板J,4-2-4第三直径系列金属透水板K, 4-3 130g配重盘,4-4 52g配重盘。
具体实施例方式下面结合实施例及其附图进一步说明本发明。如图I所示，本组合式加荷组件中一个共用测量托盘I为上下均呈半截圆锥形的圆柱体，半截圆锥形顶部中心设有连接于加压杆的内螺纹孔1-1和以该内螺纹孔为圆心的环形位移测量槽1-2，环形位移测量槽用于千分表测杆的定位。共用测量托盘I下部的半截圆锥形底部设有与其顶部内螺孔1-1同心的连接用螺柱1-3。共用测量托盘I质量为720g。如图2所示，本发明的第一直径系列组合式加荷组件由共用测量托盘I、第一直径系列加压头2和分别与该直径系列相对应的三块金属透水板构成，三块金属透水板分别是第一直径系列金属透水板A2-2-1、第一直径系列金属透水板B 2-2-2和第一直径系列金属
透水板C 2-2-3。第一直径系列加压头2顶部中心设有与共用测量托盘I底面螺柱1-3相配合的螺孔，第一直径系列加压头2底面设有如图5所示的由同心圆凹槽和交汇于圆心的十字凹槽构成相互贯通的透水槽2-1。第一系列加压头2的圆柱体上部为半截圆锥形，圆柱体直径为该系列可遇岩石试样最小直径即48mm，整体质量为150g。第一直径系列金属透水板A 2-2-1、第一直径系列金属透水板B2-2-2和第一直径系列金属透水板C 2-2-3的直径分别为48mm、49mm和50mm,厚度均为4mm,密度为5. Og/cm3,相应质量依次为36. 2g、37. 7g和39. 3g。图2所示组合式加荷组件适用于直径48mnT50mm之间的所有直径岩石试样的有侧向约束膨胀试验。直径48mm的岩石试样其圆面积18. IOcm2,计算预压值(圆面积X50g,下同)为904. 78g，共用测量托盘I、第一直径系列加压头2和第一直径系列金属透水板A 2_2_1组合的总质量为906. 19g，相差+1. 41g，相对误差为+0. 156%。直径49mm的岩石试样其圆面积18. 90cm2,计算预压值为942. 87g,共用测量托盘I、第一直径系列加压头2和第一直径系列金属透水板A 2-2-1、第一直径系列金属透水板B
2-2-2组合的总质量为943. 90g，相差+1. 03g，相对误差为+0. 109%。直径50mm的岩石试样其圆面积19. 60cm2,计算预压值为981. 75g,共用测量托盘I、第一直径系列加压头2和第一直径系列金属透水板A 2-2-1、第一直径系列金属透水板B
2-2-2、第一直径系列金属透水板C 2-2-3组合的总质量为981. 78g，相差+0. 03g,相对误差为 +0. 003%。如图3所示，本发明的第二直径系列组合式加荷组件由共用测量托盘I、第二直径系列加压头3和分别与该直径系列相对应的四块金属透水板构成。四块金属透水板分别是第二直径系列金属透水板D3-2-1、第二直径系列金属透水板E 3-2-2，第二直径系列金属透水板F 3-2-3和第二直径系列金属透水板G 3-3-4。第二直径系列加压头顶部中心设有与共用测量托盘I底面螺柱1-3相配合的螺孔，第二直径系列加压头3底面设有由同心圆凹槽和交汇于圆心的十字凹槽构成相互贯通的透水槽3-1。第二直径系列加压头3呈圆柱体，直径为68mm，质量为995. 8g，第二直径系列金属透水板D、E、F、G直径分别为68mm、70mm、72mm和74mm,厚度均为5. 5mm,密度为5. Og/cm3,相应质量依次为 100. 02g、105. 85g、lll. 98g 和 118. 28g。图3所示第二直径系列组合式加荷组件适用于直径由68mnT74mm之间的所有直径岩石试样的5kpa预置压力设置需要。直径68mm的岩石试样其圆面积36. 37cm2,计算预压值(圆面积X50g,下同)为1815. 84g，共用测量托盘I、第二直径系列加压头3和第二直径系列金属透水板D 3-2-1组合的总质量为1815. 82g，相差-O. 02g，相对误差可忽略不计。直径70mm的岩石试样其圆面积38. 49cm2,计算预压值为1924. 22g,共用测量托盘I、第二直径系列加压头3和第二直径系列金属透水板D 3-2-1、第二直径系列金属透水板E3-2-2组合的总质量为1921. 67g，相差-2. 55g，相对误差为-O. 133%。直径72mm的岩石试样其圆面积40. 72cm2,计算预压值为2035. 75g，共用测量托盘I、第二直径系列加压头3和第二直径系列金属透水板D 3-2-1、第二直径系列金属透水板E
3-2-2、第二直径系列金属透水板F 3-2-3组合的总质量为2033. 65g，相差-2. lg，相对误差为-O. 103%。直径74mm的岩石试样其圆面积43. Olcm2,计算预压值为2150. 42g，共用测量托盘I、第二直径系列加压头3和第二直径系列金属透水板D 3-2-1、第二直径系列金属透水板E
3-2-2、第二直径系列金属透水板F 3-2-3、第二直径系列金属透水板G 3_2_4组合的总质量为2151. 93g，相差+1. 51g，相对误差为+0. 07%。如图4所示，本发明的第三直径系列组合式加荷组件由共用测量托盘I、第三直径系列加压头4和分别与该直径系列相对应的四块金属透水板构成。四块金属透水板是第三直径系列金属透水板H 4-2-1、第三直径系列金属透水板I 4-2-2、第三直径系列金属透水板J 4-2-3和第三直径系列金属透水板K 4-2-4。第三直径系列加压头顶部中心设有与共用测量托盘I底面螺柱1-3相配合的螺孔，第三直径系列加压头底面设有由同心圆凹槽和交汇于圆心的十字凹槽构成相互贯通的透水槽4-1。第三直径系列加压头4呈圆柱体，直径为87mm，整体质量为2044. 26g。第三直径系列金属透水板H、I、J、K直径分别为87mm、89mm、9Imm和93mm,厚度均为7mm,设计密度为
5.Og/cm3，相应质量依次为 208. 08g、217. 74g、227. 64g 和 237. 76g。第三直径系列加压头4还设有可旋入共用测量托盘I顶部内螺纹孔的130g配重盘4-3和连接于共用测量托盘顶部I内螺纹孔或130g配重盘顶部中心螺纹孔的52g配重盘 4-4。图4所示组合式加荷组件适用于直径分别为87mnT93mm的所有直径范围的岩石试样。直径87mm的岩石试样其圆面积59. 45cm2,计算预压值(圆面积X50g,下同)为2972. 34g，共用测量托盘I、第三直径系列加压头4和第三直径系列金属透水板H 4-2-1组合的总质量为2972. 34g，误差可忽略。直径89mm的岩石试样其圆面积62. 21cm2,计算预压值为3110. 57g,共用测量托盘I、第三直径系列加压头4和第三直径系列金属透水板I 4-2-2、130g配重盘4_3组合的总质量为31128，相差+1.438，相对误差为+0. 046%。
直径91mm的岩石试样其圆面积65. 04cm2,计算预压值为3251. 94g,共用测量托盘I、第三直径系列加压头4和由上至下的第三直径系列金属透水板H 4-2-1、第三直径系列金属透水板J 4-2-3、52g配重盘4-4组合的总质量为3251. 98g，相差+0. 04g，相对误差为+0.001%。直径93mm的岩石试样其圆面积67. 93cm2,计算预压值为3396. 45g，共用测量托盘
I、第三直径系列加压头4和由 上至下的52g配重盘4-4、130g配重盘4_3以及第三直径系列金属透水板H 4-2-1和第三直径系列金属透水板K 4-2-4组合的总质量为3392. lg，相差-4. 35g，相对误差为-O. 128%ο上述各组合式加荷组件的所述共用测量托盘、各直径系列加压头和130g配重盘、52g配重盘的外圆均设有防滑竖纹(附图未示出)，以便手动操作。上述各组合式加荷组件适用于各直径系列范围各直径岩石有侧向约束膨胀率试验，而本发明的任一种由共用测量托盘、相应直径的加压头构成的组合式加荷组件与试验仪器的加压杆连接后作用于I块与试样最为接近的金属透水板上，通过膨胀仪加压杆对试样施加IOkpa固定压力后都能够用于相应直径岩石试样的膨胀压力试验。
权利要求
1.岩石有侧向约束膨胀试验用组合式加荷组件，其特征在于由一个共用测量托盘、三个直径系列加压头及其金属透水板构成，所述共用测量托盘顶部中心设有连接于加压杆的内螺孔和以该螺孔为圆心的环形位移测量槽，共用测量托盘底面设有与其顶部内螺孔同心、用于连接加压头的螺柱，共用测量托盘质量为720g ;所述加压头顶部中心设有与共用测量托盘底面螺柱配接的螺孔，加压头底面设有透水槽，所述加压头是圆柱体，按加压头圆柱体直径和加压头整体质量分别设置以下三种，即第一直径系列加压头直径为48mm，质量为150g，第二直径系列加压头直径为68mm，质量为995. 8g，第三直径系列加压头直径为87mm,质量为2044. 26g,所述第一直径系列加压头配有直径分别为48mm、49mm和50mm、相应质量依次为36. 2g、37. 7g和39. 3g的金属透水板，所述第二直径系列加压头设有直径分别为 68mm、70mm、72mm和 74mm、相应质量依次为 100. 02g、105. 85g、lll. 98g和 118. 28g 的金属透水板，所述第三直径系列加压头设有直径分别为87mm、89mm、9Imm和93mm、相应质量依次为208. 08g、217. 74g、227. 64g和237. 76g的金属透水板，所述第三直径系列加压头还设有可旋入共用测量托盘顶部内螺孔的130g配重盘和连接于共用测量托盘顶部内螺孔或130g配重盘顶部中心螺孔的52g配重盘。
2.根据权利要求I所述的组合式加荷组件，其特征在于所述共用测量托盘为上下各具有半截圆锥形的圆柱体，顶部半截圆锥形中心设有连接于加压杆的内螺孔，其底部半截圆锥形中心设有与各系列加压头相接的螺柱。
3.根据权利要求I所述的组合式加荷组件，其特征在于所述共用测量托盘、各直径系列加压头和130g配重盘、52g配重盘的外圆均设有防滑竖纹。
4.根据权利要求I所述的组合式加荷组件，其特征在于所述第一直径系列加压头的圆柱体上部为半截圆锥形。
5.根据权利要求I所述的组合式加荷组件，其特征在于所述第一、第二、第三直径系列加压头的各加压头底面设有圆形透水槽以及与其圆心和各直径圆形透水槽交汇的十字凹槽。
全文摘要
本发明是岩石有侧向约束膨胀试验用组合式加荷组件，由共用测量托盘、系列加压头和分别接合于各系列加压头底面的系列金属透水板构成，系列加压头按其直径和整体质量设置三种，每种加压头分别设置3-4种直径的金属透水板，其中一直径系列加压头还设置130g和52g配重盘，各加荷组件均能满足在岩石有侧向约束膨胀率试验中对各直径系列岩石试样预置5kpa恒定压力的要求。任一种由共用测量托盘、相应直径的加压头构成的组合式加荷组件与试验仪器加压杆连接，通过金属透水板对试样施加10kpa固定压力都能够用于岩石试样膨胀压力试验。本发明具有设计准确、结构简单、操作搭配方便、高效率、高精度适应多直径系列岩石试样进行有侧向约束膨胀试验的突出优点。
文档编号G01N19/00GK102854130SQ20121030182
公开日2013年1月2日 申请日期2012年8月23日 优先权日2012年8月23日
发明者王晟堂 申请人:铁道第三勘察设计院集团有限公司