一种注浆材料环向应变及轴向应力测量装置及方法

1.本发明涉及室内岩石力学试验技术领域，尤其是一种注浆材料环向应变及轴向应力测量装置及方法。


背景技术：

2.工程现场中岩石的种类繁多，性质复杂，对岩石力学特性的试验研究是本领域的重点。目前，室内试验测量(类)岩石环向应变的测量通常是使用电阻应变片或改进的电阻应变计。现有技术中只能测量应变片所在位置的局部应变，测量的范围小，且操作复杂；其他一些改进的电阻应变计灵敏度低，寿命短，测量误差大，操作不便，另外现有的室内试验都是分开单独测量(类)岩石轴向应力和环向应变数据，轴向应力和环向应变的测量通常是使用电阻应变片或改进的电阻应变计。现有的技术无法满足室内试验的高精度环向应变测量的需求。
3.由于缺乏可以同时测量注浆材料试样环向应变以及轴向应力的实验仪器，室内试验的环向应变以及轴向应力的同步测量是本领域需要解决的问题，为此，需要有一种能够同时精确、简便测试注浆材料环向应变以及轴向应力的仪器装置来解决现有试验设备及方法的不足。


技术实现要素：

4.为了准确的进行环向应变及轴向应力进行准确的测量，方便注浆材料特性的研究，本发明提供了一种注浆材料环向应变及轴向应力测量装置及方法，具体的技术方案如下。
5.一种注浆材料环向应变及轴向应力测量装置，包括限位螺栓、试件固定环、应变测量环、基座、盖板、压力盒、环轴支架和伸缩轴，所述盖板和基座相对布置，基座上设置有多个环轴支架，伸缩轴固定在环轴支架上，试件固定环和应变测量环固定在环轴支架上；所述压力盒设置在盖板的中心位置上；所述试件固定环上设置有多个固定器，应变测量环上设置有多个拉线传感器。
6.优选的是，固定器包括端帽、螺纹杆、端头，试件固定环上设置有多个固定孔，固定器的螺纹杆和固定孔配合，螺纹杆的两端分别设置端帽和端头。
7.优选的是，端帽与螺纹杆之间拆卸连接固定，端帽接触面为弧形或平面。
8.优选的是，拉线传感器包括锥形接头、传感器、连接轴和拉线，所述应变测量环上设置有多个测量孔，连接轴与测量孔相互配合，锥形接头设置在连接轴的端部，拉线连接传感器与连接轴相连。
9.优选的是，应变测量环通过连接柱与环轴支架相连接，应变测量环上沿四个方向分别各设置两个拉线传感器。
10.优选的是，环轴支架设置有与试件固定环、应变测量环相互配合的调节滑轨和限位装置；所述环轴支架边缘还设置有刻度。
11.一种注浆材料环向应变及轴向应力测量方法，利用上述的一种注浆材料环向应变及轴向应力测量装置，步骤包括：
12.s1.制作注浆材料试件，将试件放在基座上，通过试件固定环将试件固定；
13.s2.通过限位螺栓调整伸缩轴的长度，使盖板上的压力盒与试件上表面贴合；
14.s3.根据试件形状选择拉线传感器的数量和位置，调整锥形接头与试件的表面贴合；
15.s4.对岩石试件施加载荷；
16.s5.获取压力盒对轴向应力的监测数据，以及拉线传感器对环向应变的监测数据。
17.进一步优选的是，试件固定环通过端帽与试件环向贴合，对试件的位置进行限位。
18.进一步优选的是，注浆材料试件呈立方体时，使用4个拉线传感器在应变测量环所在平面的四个方向分别通过锥形接头与试件表面贴合。
19.进一步优选的是，注浆材料试件呈圆柱体时，使用8个拉线传感器在应变测量环所在平面的八个方向分别通过锥形接头与试件表面贴合。
20.本发明提供的一种注浆材料环向应变及轴向应力测量装置及方法有益效果是，通过对环向应变测量的改进，利用拉线式位移传感器延长了装置的使用寿命保证了测量的精度，还提高了测量的稳定性，基座、盖板和环轴支架的设置避免了试验受到外界干扰，通过调整试件固定环可以适应不同形状的试件，通过调整应变测量环传感器与试件表面的位置关系可以准确的测量不同尺寸的立方体试件或圆柱体试件的环向应变。
附图说明
21.图1是注浆材料环向应变及轴向应力测量装置的结构示意图；
22.图2是试件固定环的结构示意图；
23.图3是应变测量环的结构示意图；
24.图4是圆柱体试件的试验结构示意图；
25.图5是立方体试件的试验结构示意图；
26.图中：1-限位螺栓，2-试件固定环，21-端帽、22-螺纹杆、23-端头、24-固定孔，3-应变测量环，31-锥形接头、32-传感器、33-连接轴、34-拉线，4-基座，5-盖板，6-压力盒，7-环轴支架，8-伸缩轴，9-连接柱，10-试件。
具体实施方式
27.结合图1至图5所示，本发明提供的一种注浆材料环向应变及轴向应力测量装置及方法具体实施方式如下。
28.一种注浆材料环向应变及轴向应力测量装置，包括限位螺栓1、试件固定环2、应变测量环3、基座4、盖板5、压力盒6、环轴支架7和伸缩轴8，盖板5在伸缩轴的作用下可以上下移动，并可以通过限位螺栓定位，试件固定环2通过固定器对试件进行限位，应变测量环3能够对试件的环向应变进行精准的测量，压力和可以对不同高度的试样的轴向应力进行测量，从而准确的进行环向应变及轴向应力进行准确的测量，方便注浆材料特性的研究。
29.其中盖板5和基座4沿竖直方向上相对布置，基座4上设置有多个环轴支架7，本实施例中设置了3根，伸缩轴8固定在环轴支架上，伸缩轴8与盖板5向连接。试件固定环2和应
变测量环3固定在环轴支架上，其中应变测量环3可以根据测量需要上下调整位置。压力盒6设置在盖板5的中心位置上，压力盒6可以与不同高度的注浆材料试样实现无压接触。试件固定环3上设置有多个固定器，应变测量环3上设置有多个拉线传感器，锥形接头31可以与不同环向尺寸的注浆材料试样无压接触，并且可以大大减少由于摩擦对实验结果造成的影响。
30.固定器包括端帽21、螺纹杆22、端头23，试件固定环2上设置有多个固定孔24，固定器的螺纹杆22和固定孔24配合，螺纹杆22的两端分别设置端帽21和端头23。端帽21与螺纹杆22之间拆卸连接固定，拆卸连接的固定方式可以为插扣连接或螺栓连接等方式，端帽21接触面为弧形或平面，另外还可以呈直角形等，从而方便不同形状的试件进行固定。
31.拉线传感器包括锥形接头31、传感器32、连接轴33和拉线34，应变测量环3上设置有多个测量孔，本实施例中设置了8个，连接轴33与测量孔相互配合，连接轴33可以沿测量孔移动，锥形接头31设置在连接轴的端部，与试件接触，拉线连接传感器与连接轴相连，拉线连接传感器通过把机械运动转换成可计量的电信号。应变测量环3通过连接柱与环轴支架相连接，应变测量环3上沿四个方向分别设置两个拉线传感器，从而可以对立方体试件的不同面进行测量，确定环向应变。其中应变测量环3上搭载的a、b、c、d、e、f、g、h，8个锥形接头，在测量圆柱形注浆材料试件时，8个锥形接头31同时与注浆材料试件环向表面接触，增大测量结果准确性。在测量立方体注浆材料试件时，b、d、f、h，4个锥形接头31与立方体注浆材料环向四个表面接触，改变现有测量中只在表面贴应变片导致测量结果不准确的问题。
32.环轴支架7设置有与试件固定环2、应变测量环3相互配合的调节滑轨和限位装置，从而可以调整应变测量环在环轴支架7上的位置，对试件不同高度的应变进行测量。环轴支架7边缘还设置有刻度，从而可以准确的调整环轴支架7的测量位置。
33.一种注浆材料环向应变及轴向应力测量方法，利用上述的一种注浆材料环向应变及轴向应力测量装置，步骤包括：
34.s1.制作注浆材料试件，将试件放在基座上，通过试件固定环将试件固定。调节固定器缩轴的长度，将注浆材料试样通过上方放入试件固定环与应变测量环，调节试件固定环上的固定器使轴体沿固定环上的固定孔移动，使四个固定器端帽与试样环向贴合，达到固定注浆材料试样的目的。
35.s2.通过限位螺栓调整伸缩轴的长度，使盖板上的压力盒与试件上表面贴合。
36.s3.根据试件形状选择拉线传感器的数量和位置，调整锥形接头与试件的表面贴合。其中应变测量环上搭载的a、b、c、d、e、f、g、h，8个锥形接头，在测量圆柱形注浆材料试件时，8个锥形连接头同时与注浆材料试件环向表面接触，增大测量结果准确性。在测量立方体注浆材料试件时，b、d、f、h，4个锥形接头与立方体注浆材料环向四个表面接触。
37.s4.对岩石试件施加载荷；
38.s5.获取压力盒对轴向应力的监测数据，以及拉线传感器对环向应变的监测数据。
39.试件固定环通过端帽与试件环向贴合，对试件的位置进行限位。
40.注浆材料试件呈立方体时，使用4个拉线传感器在应变测量环所在平面的四个方向分别通过锥形接头与试件表面贴合。
41.注浆材料试件呈圆柱体时，使用8个拉线传感器在应变测量环所在平面的八个方向分别通过锥形接头与试件表面贴合。
42.该装置及方法通过对环向应变测量的改进，利用拉线式位移传感器延长了装置的使用寿命保证了测量的精度，还提高了测量的稳定性，基座、盖板和环轴支架的设置避免了试验受到外界干扰，通过调整试件固定环可以适应不同形状的试件，通过调整应变测量环传感器与试件表面的位置关系可以准确的测量不同尺寸的立方体试件或圆柱体试件的环向应变。
43.当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。