专利名称：岩石径向应变测量装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及岩石变形测量技术领域，更具体涉及一种岩石径 向变形测量装置。
背景技术：
目前，岩石力学试验中的变形测量方法大致可以分为三大类机 械方法、光学方法和电学方法。机械方法包括千分表法、差动变压器 测量法等；光学方法包括光弹方法、激光全息方法等；电学方法主要 是电阻应变片法。
在常规三轴试验中，对于大变形岩石径向应变的测量， 一般采用 以下两种方法(1)间接测量方法，通过测量岩样的体积变化(即测 量压力室内油液的排出量)和轴向变形量，计算出岩样的径向变形量。 (2)试验完成后测量岩样的最终径向变形。上述两种方法存在的主 要问题是前者测量到的是岩样的平均径向变形，与一般试验测到的 径向应变有一定差别；后者则不能测到试验过程中每个阶段试样的径 向应变。
发明内容
'本实用新型的目的是在于提供了一种岩石径向应变测量装置，该 装置通过锁紧簧施加的拉力将横向变形环固定在岩样上，岩样产生径向变形，从而引起横向变形环产生膨胀，开口增大，引起两条引伸臂
带动滑动位移板和位移传感器(LVDT)固定架移动，位移传感器 (LVDT)伸縮杆因而会伸长，通过公式换算就可得到圆柱形岩样的 径向变形。试验过程中测量点不会随岩样变形而变动，能准确反映岩 样同一断面上的径向应变变化规律。
本实用新型由横向变形环、引伸臂、滑动位移板、位移传感器 (LVDT)、位移传感器(LVDT)固定架、锁紧簧组成。横向变形环 为一个，横向变形环为开口圆形；引伸臂为两条，与横向变形环整体 加工形成一体，两条引伸臂上面各有四个孔，都是螺丝孔，其中各有 两个孔安装有螺钉，用于连接锁紧簧，另两个孔用来安装滑动位移板 和位移传感器(LVDT)固定架；滑动位移板为一个，滑动位移板一 端是倾斜角度为30度的光滑斜面，另一端有两个安装孔，用螺栓通 过这两个安装孔和引伸臂上的两个螺丝孔把滑动位移板固定在一条 引伸臂上面；位移传感器(LVDT)固定架为一个，位移传感器(LVDT) 固定架一端有一个较大的安装孔和一个螺丝孔，用于安装位移传感器 (LVDT)，另一端开有两个安装孔，用螺栓通过这两个安装孔和引伸 臂上的两个螺丝孔把位移传感器(LVDT)固定架固定在一条引伸臂 上面；位移传感器(LVDT)为一个，位移传感器(LVDT)安装在位 移传感器(LVDT)固定架一端的安装孔中；锁紧簧为两根，两锁紧 簧的两端分别安装在引伸臂螺丝孔上的螺钉顶端连接，把横向变形环 固定在岩样上。
试验时，先将横向变形环套在岩样上，然后松开锁紧簧，在锁紧簧的拉力作用下，横向变形环与岩样表面紧密接触，从而使其牢固地 固定在岩样上，保证试验过程中横向变形环与岩样在轴向方向上不会 发生滑移，能准确测量岩样同一断面上的径向变形。
.试验过程中，岩样产生径向变形，从而引起横向变形环产生膨胀，
开口增大，引起两条引伸臂带动滑动位移板和位移传感器(LVDT) 固定架移动，位移传感器(LVDT)伸縮杆因而会伸长，与位移传感 器(LVDT)相连的数据采集器通过计算机就会把伸縮杆的变形记录 下来。由于对称性，滑动位移板和位移传感器(LVDT)固定架移动 的位移相等，记为;c，则横向变形环的周长增加了2x，位移传感器 (LVDT)伸縮杆和滑动位移板斜面的相对水平位移也为2;c，如图1 所示，记滑动位移板斜面的倾斜角度为e，记位移传感器(LVDT) 伸縮杆垂直方向上的伸长量为y ，如图11所示
<formula>formula see original document page 6</formula>(1)
假定试验前岩样的直径为"，试验过程中岩样直径的增加量为AD， 则有
<formula>formula see original document page 6</formula> (2)
由公式(1)、 (2)可以得到试验过程中岩样的径向应变为
<formula>formula see original document page 6</formula> (3)
根据上述公式，通过计算机记录的位移传感器(LVDT)的伸縮 杆的伸长量y就可以实时得到岩样的径向应变。 本实用新型具有以下有益效果
1、从上述的公式(1)，可以清楚的看出，本实用新型所述岩石径向应变测量装置的测量量程是由位移传感器(LVDT)的伸縮杆的 最大伸长量y,自和滑动位移板斜面的倾斜角度^决定的。试验时，如 果岩样直径Z^50mm，滑动位移板斜面的倾斜角度P = 30° ，而试验室 位移传感器(LVDT)的伸縮杆的最大允许伸长量y^40mm，通过以 上数据由公式(3)可以计算出岩石径向应变测量装置的量程 svlMX*11.0%;如果D二37.5mm，其它条件不变，则由公式(3)可以计 算出岩石径向应变测量装置的量程e,皿*14.7% 。滑动位移板斜面的倾 斜角度^越小，径向应变的量程就会越大，所以可以根据需要加工斜 面具有不同倾斜角度的滑动位移板。因而本实用新型保证了大变形岩 石径向应变的测量，并且可以准确地测量试验过程中每个阶段大变形 岩样的径向应变。
2、 使用多个本实用新型所述岩石径向应变测量装置，可同时测 量一个岩样上多个断面的径向应变。
3、 本实用新型所述岩石径向应变测量装置结构简单，易于制造， 使用方便。


图1为一种岩石径向应变测量装置结构示意图2为横向变形环(引伸臂)结构示意图3为图2的俯视图4为图2的左视图5为滑动位移板的结构示意图6图5的左视图；图7为位移传感器(LVDT)固定架的结构示意图8为图7的俯视图9为图7的左视图10为岩石径向应变测量装置在试验时的安装方式示意图； 图11为位移传感器(LVDT)的伸縮杆变形计算示意图。 .其中1—横向变形环、2 —锁紧簧、3 —引伸臂、4—滑动位移板、 5 —位移传感器(LVDT)、 6—位移传感器(LVDT)固定架、7—螺钉、 8 —位移传感器(LVDT)伸縮杆、9一螺栓、IO —上压头、ll一岩石 径向应变测量装置、12—岩样、13 —下压头。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型进一步说明。
.实施例1:
由图1可知，本实用新型的结构包括横向变形环1、锁紧簧2、
引伸臂3、滑动位移板4、位移传感器(LVDT) 5和位移传感器(LVDT) 固定架6。如图2、图3、图4所示，横向变形环l为一个，其内径 比上压头10、下压头13的外径大3.5mm (岩样外面要套上一个厚度 约为2mm的橡胶套)、轴向高度为6mm、壁厚2mm，制作材料'为不 锈钢；引伸臂3为两条，形状为矩形杆状体，制作材料为不锈钢，两 条引伸臂3与横向变形环1整体加工形成一体，两条引伸臂3上分别 有两个直径为4mm的螺丝孔和两个直径为3mm的螺丝孔，其中直径 为3mm的孔安装螺钉，直径为4mm的孔用来安装滑动位移板4和位移传感器(LVDT)固定架6，两条引伸臂3相对横向变形环1的高 度为19mm。如图1所示，锁紧簧2为两根，两锁紧簧的两端分别与 两条引伸臂3螺丝孔上的螺钉顶端连接，锁紧簧2弹性系数要适当， 既要保证有足够大的拉力，以免导致横向变形环1与岩样12表面出 现滑移，但拉力又不能太大，以免导致对岩样12的径向变形有过大 的约束作用。如图5、图6所示，滑动位移板4为一个，制作材料为 不锈钢，宽度为8mm，滑动位移板4一端是倾斜角度为30度的光滑 斜面，厚度为2mm，另一端形状为矩形杆状体，厚度为3mm，高度 为50mm，并且在这一端开有两个直径为4.1mm的安装孔，如图1 所示，螺栓9通过这两个安装孔和一条引伸臂3上的两个直径为4mm 的螺丝孔把滑动位移板4固定在引伸臂3上面。如图7、图8、图9 所示，位移传感器(LVDT)固定架6为一个，位移传感器(LVDT) 固定架6 —端有一个安装孔和一个螺丝孔，安装孔直径为9.6mm (与 实验室现有位移传感器(LVDT)外径相适应)，高度为10mm，螺丝 孔直径为4mm，在螺丝孔中安装螺钉，位移传感器固定架6 —端有 一个安装孔和一个螺丝孔，另一端有两个直径为4.1mm的安装孔并 呈矩形杆状体，高度为20mm，厚度为3mm，厚度为8mm。如图1 所示，螺栓9通过这两个安装孔和一条引伸臂3上的两个直径为4mm 的螺丝孔把位移传感器(LVDT)固定架6固定在引伸臂3上面。如 图1所示，位移传感器(LVDT) 5外径为9.6mm，安装于位移传感 器(LVDT)固定架6端部的安装孔中，并通过螺钉7顶住位移传感 器(LVDT) 5，限制位移传感器(LVDT) 5上下活动，同时让位移传感器(LVDT)伸縮杆8与滑动位移板4 一端的斜面接触。
实施例2:
本实施例中，使用实施例1所述的岩石径向应变测量装置测量大
变形岩石的径向变形，安装方式如图10所示。
测试的主要过程如下
1、 将大变形岩样12置于试验机的上压头IO与下压头13之间，
同日寸套上用于密封的橡胶套；
2、 将实用新型所述岩石径向应变测量装置11在岩样12的待测 断面处固定好，在锁紧簧2的作用下，保证试验过程中横向变形环l 不会与岩样12发生滑移；
3、 岩样12在进行试验时，发生径向膨胀变形，从而引起横向变 形环l产生膨胀，开口增大，引起两条引伸臂3带动滑动位移板4和 位移传感器(LVDT)固定架6移动，位移传感器(LVDT)伸縮杆8 因而会伸长，与位移传感器(LVDT) 5相连的数据采集器通过计算 机就会记录下伸縮杆的变形。
权利要求1、一种岩石径向应变测量装置，包括横向变形环(1)、锁紧簧(2)、引伸臂(3)、滑动位移板(4)、位移传感器(5)、位移传感器固定架(6)，其特征在于横向变形环(1)为开口圆形，引伸臂(3)为两条，与横向变形环(1)整体加工形成一体，两条引伸臂(3)上有孔，孔安装滑动位移板(4)和位移传感器固定架(6)，滑动位移板(4)一端为三角形，表面光滑，另一端有孔，螺栓(9)通过孔和引伸臂(3)上孔将滑动位移板(4)固定在一条引伸臂(3)上面；位移传感器固定架(6)一端开有孔，螺栓(9)通过孔和引伸臂(3)上孔将位移传感器固定架(6)固定在引伸臂(3)上，位移传感器(5)安装在位移传感器固定架(6)一端的孔中，锁紧簧(2)的两端分别与两条引伸臂(3)螺丝孔上的螺钉顶端连接，把横向变形环(1)固定在岩样(12)上。
2、 根据权利要求1所述的一种岩石径向应变测量装置，其特征在于横向变形环(1)其内径比上压头(10)、下压头(13)外径大3.5mm,引伸臂(3)形状为矩形杆状体。
3、 根据权利要求1所述的一种岩石径向应变测量装置，其特征 在于滑动位移板(4)一端是倾斜角度为30度的斜面，另一端形状为 矩形杆状体。
4、 根据权利要求1所述的一种岩石径向应变测量装置，其特征在于位移传感器固定架(6)—端有一个安装孔和一个螺丝孔，另一 端有两个安装孔并呈矩形杆状体。
5、根据权利要求l所述的一种岩石径向应变测量装置，其特征 在于位移传感器(5)放置于位移传感器固定架(6)端部的安装孔中，位移传感器伸縮杆(8)与滑动位移板(4)一端的斜面接触。
专利摘要本实用新型公开了一种岩石径向应变测量装置，包括横向变形环、锁紧簧、引伸臂、滑动位移板、位移传感器固定架，其特征在于横向变形环为开口圆形，引伸臂与横向变形环为整体加工形成一体，引伸臂上有孔，孔安装滑动位移板和位移传感器固定架，滑动位移板一端为三角形，另一端有孔，螺栓通过孔和引伸臂上孔将滑动位移板固定在一条引伸臂上面；位移传感器固定架一端开有孔，螺栓通过孔和引伸臂上孔将位移传感器固定架固定在引伸臂上，位移传感器安装在位移传感器固定架孔中，锁紧簧分别与两条引伸臂螺丝孔上的螺钉顶端连接，把横向变形环固定在岩样上。结构简单，使用方便。测量量程大，保证了大变形岩石径向应变的测量。
文档编号G01B21/32GK201247053SQ20082019036
公开日2009年5月27日 申请日期2008年8月19日 优先权日2008年8月19日
发明者刘继光, 辉 周, 房敬年, 胡大伟, 阳 赵 申请人:中国科学院武汉岩土力学研究所