一种精准测量岩石轴向应变的实验辅助装置的制作方法

1.本实用新型涉及岩石力学实验技术领域，尤其涉及一种采用岩石三轴试验机精准测量岩石轴向应变时的实验辅助装置。


背景技术：

2.岩石三轴试验机又名岩石三轴直剪复合试验机，是一种研究岩石(土)力学特性的试验设备。新型的微机控制电液伺服岩石三轴试验机可根据用户不同要求配置围压系统、岩石引伸计、高低温系统、孔隙水压系统、岩石直剪试验系统、及岩石剪切、劈裂夹具等，自动完成岩石在不同围压下的三轴压缩试验、孔隙渗透试验、高低温环境试验等，并可进行单向低周循环及用户自行设置的组合波形程序控制等多种控制方式的三轴试验。
3.泊松比与弹性模量是两个常用的表征岩石变形指标的参数，通常由岩石在受压状态下测量的轴向应变及环向应变值计算得到。岩石在单轴或三轴受压状态下进行轴向应变及环向应变的测量，可模拟计算岩石在近地表或深部受力状态下的变形参数，进而为工程建设的顺利推进提供技术支持与帮助。
4.目前，测试岩石的轴向应变普遍采用手动安装轴向应变测量环的方式，通过控制轴向应变测量环上均匀分布的三颗平头螺丝的旋进量来调整轴向应变测量环与承压柱之间的空间相对位置。但是，手动调节螺丝固定轴向应变测量环的方式会出现轴向应变测量环放置偏心、倾斜等问题，导致轴向应变测量丝无法竖直放置于轴向应变测量环的孔中而不与孔壁接触，进而降低轴向应变的测量精度。因此在实际操作时，常需要反复调整上部轴向应变测量环及下部轴向应变测量环的空间位置，操作繁琐，精确度低。
5.授权公告号为cn208223939u的中国实用新型专利公开了“一种用于岩石三轴实验机的轴向应变测量安装辅助装置”，包括底座及安装在底座上方的下部轴向应变测量环。还包括若干等长度的安装杆，所述下部轴向应变测量环上套设有连接件，所述连接件上设有安装孔，所述安装杆一端适配装接所述安装孔，另一端顶抵所述底座底部。该安装辅助装置通过若干个等长度的安装杆配合安装在下部应变测量环上的连接件实现下部轴向应变测量环与底座平行固定。但是该安装辅助装置中，安装杆为活动件，其只能实现下部轴向应变测量环与底座平行，但却无法保证下部轴向应变测量环的对中性能；而其上部轴向应变测量环固定在上承压柱上，下部轴向应变测量环固定在下承压柱上，两者水平方向的相对位置精度及平行度均无法保证，上部应变测量环与下部应变测量环的对中性差，容易导致轴向应变丝倾斜并与上部应变测量环及下部应变测量环的孔壁接触，造成轴向应变测量精度降低，严重时甚至会使轴向应变丝折断。


技术实现要素：

6.本实用新型提供了一种精准测量岩石轴向应变的实验辅助装置，下部轴向应变测量环与下承压柱通过承插定位结构实现径向的精确定位，保证下部轴向应变测量环安装的对中性；上部轴向应变测量环与下部轴向应变测量环之间通过连接杆相连，保证上部轴向
应变测量环安装的对中性；提高了上部轴向应变测量环与下部轴向应变测量环的平行度及对中精度，使轴向应变丝能够竖直穿过上部轴向应变测量环与下部轴向应变测量环上的孔而不与孔壁接触，从而保证了轴向应变的测量精度。
7.为了达到上述目的，本实用新型采用以下技术方案实现：
8.一种精准测量岩石轴向应变的实验辅助装置，包括下承压柱、上承压柱、下部轴向应变测量环、环向应变测量环、上部轴向应变测量环及轴向应变丝；所述下部轴向应变测量环与下承压柱连接，所述上部轴向应变测量环与上承压柱连接，测量时岩样固定在上承压柱与下承压柱之间，岩样的中部设环向应变测量环；所述轴向应变丝设于下部轴向应变测量环与上部轴向应变测量环之间；所述实验辅助装置还包括若干连接杆，所述连接杆用于连接下部轴向应变测量环及上部轴向应变测量环，并且连接杆沿下承压柱的周向均匀设置；所述下部轴向应变测量环的底部设若干定位柱，下承压柱的顶部对应设置若干定位槽，通过定位柱插入对应定位槽中实现下部轴向应变测量环与下承压柱的定位连接；所述定位柱及定位槽沿下承压柱周向均匀设置。
9.进一步的，所述下承压柱由底座、下承压柱本体及定位平台组成，下承压柱本体及定位平台均设于底座上，定位平台设于下承压柱本体的外围，定位平台的顶面平行于下承压柱本体的顶面并且低于下承压柱本体的顶面；定位槽设于定位平台的顶部。
10.进一步的，所述定位柱及定位槽均为3个，一一对应设置；定位柱与对应定位槽之间为间隙配合。
11.进一步的，所述下部轴向应变测量环的底面、定位平台的顶面、定位槽的内侧面及定位柱的外表面均设有耐磨涂层。
12.进一步的，所述下部轴向应变测量环上开设第一连接杆孔，上部轴向应变测量环上开设第二连接杆孔，连接杆的下端穿过第一连接杆孔，连接杆的上端穿过第二连接杆孔，连接杆的底部支撑在下承压柱的底座上。
13.进一步的，所述连接杆为3个，对应的第一连接杆孔、第二连接杆孔均为3个。
14.进一步的，所述第一连接杆孔与对应连接杆之间、第二连接杆孔与对应连接杆之间均为间隙配合。
15.进一步的，所述下部轴向应变测量环与下承压柱本体之间通过若干平头螺丝固定连接；所述上部轴向应变测量环与上承压柱之间通过若干平头螺丝固定连接。
16.进一步的，所述下部轴向应变测量环与下承压柱本体之间由3组平头螺丝固定连接，3组平头螺丝沿下承压柱本体的周向均匀设置；上部轴向应变测量环与上承压柱之间由3组平头螺丝固定连接，3组平头螺丝沿上承压柱的周向均匀设置。
17.与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
18.1)与现有的轴向应变测量安装辅助装置相比，本实用新型所述实验辅助装置中，下部轴向应变测量环与下承压柱通过承插定位结构实现径向的精确定位，保证下部轴向应变测量环安装的对中性；上部轴向应变测量环与下部轴向应变测量环之间通过连接杆相连，保证上部轴向应变测量环安装的对中性；提高了上部轴向应变测量环与下部轴向应变测量环的平行度及对中精度，使轴向应变丝能够竖直穿过上部轴向应变测量环与下部轴向应变测量环上的孔而不与孔壁接触，从而保证了轴向应变的测量精度；
19.2)各部件之间定位精准，结构简单，安装方便；
20.3)下部轴向应变测量环与下承压柱之间的连接接触面设耐磨涂层，防止因磨损导致的安装精度降低，长时间使用能够始终保证测量精度。
附图说明
21.图1是本实用新型所述实验辅助装置的结构示意图。
22.图2是本实用新型所述下承压柱的俯视图。
23.图3是图2中的a-a视图。
24.图4是本实用新型所述下部轴向应变测量环的主视图。
25.图5是图4的仰视图。
26.图6是本实用新型所述上部轴向应变测量环的主视图。
27.图7是图6的俯视图。
28.图中：1.下承压柱 11.底座 12.下承压柱本体 13.定位平台 14.定位槽 2.上承压柱 3.下部轴向应变测量环 31.定位柱 32.第一连接杆孔 33.安装孔 4.上部轴向应变测量环 41.第二连接杆孔 42.安装孔 5.环向应变测量环 6.轴向应变丝 7.岩样 8.连接杆 9.平头螺丝 10.信号传输线
具体实施方式
29.需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
30.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个以上。
31.在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
32.下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步说明：
33.如图1所示，本实用新型所述一种精准测量岩石轴向应变的实验辅助装置，包括下承压柱1、上承压柱2、下部轴向应变测量环3、环向应变测量环5、上部轴向应变测量环4及轴向应变丝6；所述下部轴向应变测量环3与下承压柱1连接，所述上部轴向应变测量环4与上承压柱2连接，测量时岩样7固定在上承压柱2与下承压柱1之间，岩样7的中部设环向应变测量环5；所述轴向应变丝6设于下部轴向应变测量环3与上部轴向应变测量环4之间；所述实验辅助装置还包括若干连接杆8，所述连接杆8用于连接下部轴向应变测量环3及上部轴向
应变测量环4，并且连接杆8沿下承压柱1的周向均匀设置；如图4、图5所示，所述下部轴向应变测量环3的底部设若干定位柱31，如图2、图3所示，下承压柱1的顶部对应设置若干定位槽14，通过定位柱31插入对应定位槽14中实现下部轴向应变测量环3与下承压柱1的定位连接；所述定位柱31及定位槽14沿下承压柱1周向均匀设置。
34.进一步的，所述下承压柱1由底座11、下承压柱本体12及定位平台13组成，下承压柱本体12及定位平台13均设于底座11上，定位平台13设于下承压柱本体12的外围，定位平台13的顶面平行于下承压柱本体12的顶面并且低于下承压柱本体12的顶面；定位槽14设于定位平台13的顶部。
35.进一步的，所述定位柱31及定位槽14均为3个，一一对应设置；定位柱31与对应定位槽14之间为间隙配合。
36.进一步的，所述下部轴向应变测量环3的底面、定位平台13的顶面、定位槽14的内侧面及定位柱31的外表面均设有耐磨涂层。
37.进一步的，如图4、图5所示，所述下部轴向应变测量环3上开设第一连接杆孔32，如图6、图7所示，上部轴向应变测量环4上开设第二连接杆孔41，连接杆8的下端穿过第一连接杆孔32，连接杆8的上端穿过第二连接杆孔41，连接杆8的底部支撑在下承压柱1的底座11上。
38.进一步的，所述连接杆8为3个，对应的第一连接杆孔32、第二连接杆孔41均为3个。
39.进一步的，所述第一连接杆孔32与对应连接杆8之间、第二连接杆孔41与对应连接杆8之间均为间隙配合。
40.进一步的，所述下部轴向应变测量环3与下承压柱本体12之间通过若干平头螺丝9固定连接；所述上部轴向应变测量环4与上承压柱2之间通过若干平头螺丝9固定连接。
41.进一步的，所述下部轴向应变测量环3与下承压柱本体12之间由3组平头螺丝9固定连接，3组平头螺丝9沿下承压柱本体12的周向均匀设置；上部轴向应变测量环4与上承压柱2之间由3组平头螺丝9固定连接，3组平头螺丝9沿上承压柱2的周向均匀设置。
42.本实用新型所述实验辅助装置，用于采用三轴实验机测量岩石轴向应变时，实现上部轴向应变测量环4、下部轴向应变测量环3的快速、精准安装，解决因上部轴向应变测量环4、下部轴向应变测量环3安装时存在偏心、倾斜而导致测量精度低、效率低的问题，提高轴向应变测量精度的同时，降低安装难度，提高实验效率。
43.本实用新型所述实验辅助装置包括下承压柱1、下部轴向应变测量环3、轴向应变丝6(通过信号传输线10连接外部的轴向应变计)、环向应变测量环5、上部轴向应变测量环4、上承压柱2、连接杆8等。
44.下承压柱2包括底座11及设于底座11上的定位平台13及下承压柱本体12，定位平台13的顶部设若干定位槽14，下部轴向应变测量环3的底部设若干定位柱31，定位柱31与定位槽14一一对应设置，两者之间承插连接，实现下部轴向应变测量环3的快速安装，其安装后的水平度及对中精度均较高。
45.下部轴向应变测量环3上还开设有若干第一连接杆孔32、1个安装轴向应变丝6用的安装孔33，以及若干供平头螺丝9穿过的螺丝孔。
46.上部轴向应变测量环4上设有若干第二连接杆孔41、1个安装轴向应变丝6用的安装孔42，以及若干供平头螺丝9穿过的螺丝孔。
47.下部轴向应变测量环3安装完成后，通过连接杆8将上部轴向应变测量环4与下部轴向应变测量环3相连接，即可保证两者在水平方向的相对位置精度，以及平行度和对中精度。
48.下部轴向应变测量环3及上部轴向应变测量环4均安装完成后，安装轴向应变丝6，可保证轴向应变丝6呈竖直状态，轴向应变丝6与安装孔的孔壁不直接接触，进而提高测量精度。
49.为使本实用新型的目的、技术方案和技术效果更加清楚，现对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。但以下所描述的实施例仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。结合本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。
50.以下实施例中，除特殊说明外，涉及到的实验设备、原始试剂材料均可商购获得，未注明具体条件的实验方法为所述领域熟知的常规方法和常规条件，或按照仪器制造商所建议的条件进行操作。
51.【实施例】
52.本实施例中，一种精准测量岩石轴向应变的实验辅助装置，包括下承压柱1、下部轴向应变测量环3、上部轴向应变测量环4、上承压柱2、环向应变测量环5、轴向应变丝6及连接杆8。
53.下承压柱1由下承压柱本体12、定位平台13及底座11组成，定位平台12设于下承压柱本体12的外围，定位平台13上沿周向均匀开设3个定位槽14。
54.下部轴向应变测量环3的底部设3个定位柱31与定位槽14配合连接。
55.下部轴向应变测量环3上沿周向均匀开设3个第一连接杆孔32，外侧面沿周向均匀开设3个螺丝孔用于安装平头螺丝9，下部轴向应变测量环3上还设一个用于安装轴向应变丝6的安装孔33。
56.上部轴向应变测量环4上沿周向均匀开设3个第二连接杆孔42，外侧面沿周向均匀开设3个螺丝孔用于安装平头螺丝9，上部轴向应变测量环4上还开设有一个用于安装轴向应变丝6的安装孔42。
57.下部轴向应变测量环3安装时，先通过定位柱31与下承压柱1上的定位槽14插接固定，并使下部轴向应变测量环3的底面与定位平台13的顶面贴合，保证其处于水平状态；然后通过3个平头螺丝9将下部轴向应变测量环3与下承压柱体体12锁紧固定。
58.本实施例中，连接杆8为3根，连接杆8的上端及下端分别穿过上部轴向应变测量环4上的第二连接杆孔41、下部轴向应变测量环3上的第一连接杆孔32，实现上部轴向应变测量环4与下部轴向应变测量环3相对位置的精确定位。
59.本实施例中，所述实验辅助装置的安装过程如下：
60.步骤一、取待测岩石，钻取、切割、打磨后制备成标准压缩实验圆柱体的岩样7，岩样7的加工精度、压缩仪器的要求及准备、岩样7放置要求等均按照国际岩石力学学会标准执行。
61.步骤二、将岩样7放置于下承压柱本体12上，对齐边缘，使岩样7与下承压柱本体12的中心线在一条直线上，然后将岩样7与下承压柱本体12的接缝处用自粘胶带缠紧固定。
62.步骤三、将上承压柱2放置于岩样7上，对齐边缘，使岩样7与上承压柱2的中心线在
一条直线上，然后将岩样7与上承压柱2的接缝处用自粘胶带缠紧固定。
63.步骤四、将下部轴向应变测量环3从上承压柱2的顶端套入，将下部轴向应变测量环3底部的3个定位柱31与下承压柱1定位平台13上的3个定位槽14对齐后插接，使下部轴向应变测量环3稳定放置于定位平台13上，然后通过3个平头螺丝9将下部轴向应变测量环3与下承压柱本体12锁紧固定。
64.步骤五、将环向应变测量环5套在岩样7的中部外侧。
65.步骤六、将3个等长度的连接杆8分别自下部轴向应变测量环3上对应的第一连接杆孔32中穿过，连接杆8的底端支撑在定位平台13的顶部。
66.步骤七、将上部轴向应变测量环4上的3个第二连接杆孔41分别与对应连接杆8对齐，使连接杆8穿过对应的第二连接孔41，实现上部轴向应变测量环4与下部轴向应变测量环3的精确定位，然后通过3个平头螺丝9将上部轴向应变测量环4与上承压柱2锁紧固定。
67.步骤八、将轴向应变丝6的上、下两端分别插入上部轴向应变测量环4的安装孔42及下部轴向应变测量环3的安装孔33中，轴向应变丝6的下端通过信号传输线10连接外部的轴向应变计。
68.安装完成后，即可开始进行实验。
69.以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，根据本实用新型的技术方案及其构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

技术特征：
1.一种精准测量岩石轴向应变的实验辅助装置，包括下承压柱、上承压柱、下部轴向应变测量环、环向应变测量环、上部轴向应变测量环及轴向应变丝；所述下部轴向应变测量环与下承压柱连接，所述上部轴向应变测量环与上承压柱连接，测量时岩样固定在上承压柱与下承压柱之间，岩样的中部设环向应变测量环；所述轴向应变丝设于下部轴向应变测量环与上部轴向应变测量环之间；其特征在于，所述实验辅助装置还包括若干连接杆，所述连接杆用于连接下部轴向应变测量环及上部轴向应变测量环，并且连接杆沿下承压柱的周向均匀设置；所述下部轴向应变测量环的底部设若干定位柱，下承压柱的顶部对应设置若干定位槽，通过定位柱插入对应定位槽中实现下部轴向应变测量环与下承压柱的定位连接；所述定位柱及定位槽沿下承压柱周向均匀设置。2.根据权利要求1所述的一种精准测量岩石轴向应变的实验辅助装置，其特征在于，所述下承压柱由底座、下承压柱本体及定位平台组成，下承压柱本体及定位平台均设于底座上，定位平台设于下承压柱本体的外围，定位平台的顶面平行于下承压柱本体的顶面并且低于下承压柱本体的顶面；定位槽设于定位平台的顶部。3.根据权利要求1所述的一种精准测量岩石轴向应变的实验辅助装置，其特征在于，所述定位柱及定位槽均为3个，一一对应设置；定位柱与对应定位槽之间为间隙配合。4.根据权利要求1所述的一种精准测量岩石轴向应变的实验辅助装置，其特征在于，所述下部轴向应变测量环的底面、定位平台的顶面、定位槽的内侧面及定位柱的外表面均设有耐磨涂层。5.根据权利要求1所述的一种精准测量岩石轴向应变的实验辅助装置，其特征在于，所述下部轴向应变测量环上开设第一连接杆孔，上部轴向应变测量环上开设第二连接杆孔，连接杆的下端穿过第一连接杆孔，连接杆的上端穿过第二连接杆孔，连接杆的底部支撑在下承压柱的底座上。6.根据权利要求5所述的一种精准测量岩石轴向应变的实验辅助装置，其特征在于，所述连接杆为3个，对应的第一连接杆孔、第二连接杆孔均为3个。7.根据权利要求5所述的一种精准测量岩石轴向应变的实验辅助装置，其特征在于，所述第一连接杆孔与对应连接杆之间、第二连接杆孔与对应连接杆之间均为间隙配合。8.根据权利要求1所述的一种精准测量岩石轴向应变的实验辅助装置，其特征在于，所述下部轴向应变测量环与下承压柱本体之间通过若干平头螺丝固定连接；所述上部轴向应变测量环与上承压柱之间通过若干平头螺丝固定连接。9.根据权利要求1所述的一种精准测量岩石轴向应变的实验辅助装置，其特征在于，所述下部轴向应变测量环与下承压柱本体之间由3组平头螺丝固定连接，3组平头螺丝沿下承压柱本体的周向均匀设置；上部轴向应变测量环与上承压柱之间由3组平头螺丝固定连接，3组平头螺丝沿上承压柱的周向均匀设置。

技术总结
本实用新型涉及一种精准测量岩石轴向应变的实验辅助装置，包括下承压柱、上承压柱、下部轴向应变测量环、环向应变测量环、上部轴向应变测量环、轴向应变丝及若干连接杆。下部轴向应变测量环与下承压柱通过承插定位结构实现径向的精确定位，保证下部轴向应变测量环安装的对中性；上部轴向应变测量环与下部轴向应变测量环之间通过连接杆相连，保证上部轴向应变测量环安装的对中性；提高了上部轴向应变测量环与下部轴向应变测量环的平行度及对中精度，使轴向应变丝能够竖直穿过上部轴向应变测量环与下部轴向应变测量环上的孔而不与孔壁接触，从而保证了轴向应变的测量精度。从而保证了轴向应变的测量精度。从而保证了轴向应变的测量精度。


技术研发人员：岳星彤 王欢 姚强 王怀远 王建明 崔新男 陈冲 潘博
受保护的技术使用者：鞍钢集团北京研究院有限公司
技术研发日：2023.03.03
技术公布日：2023/8/5