专利名称：多功能岩石膨胀试验仪的制作方法
技术领域：
本发明属于建筑工程岩石膨胀试验仪器，特别是涉及一种用于岩石自由膨胀率、有侧向约束岩石膨胀率和有侧向约束膨胀力试验的多功能岩石膨胀试验仪。
背景技术：
岩石膨胀试验是对各种建筑地基、边坡、洞室及地下工程的岩石是否有膨胀性及其针对各项膨胀性指标进行试验判别的相关试验。自由膨胀率试验是指某一规定外形尺寸的岩石试样在浸水前及浸水饱和稳定后在水平和垂直方向的变形增量与原始值之比。 有侧向约束膨胀率试验是指某一规定形状岩石试样在侧向用金属构件对其进行包裹紧固，并保证在任何状态下不产生侧向变形，然后将其置入浸水容器中，岩石试样底面经下金属透水板放置于浸水容器的底板，岩石试样顶面经上金属透水板与可随试样垂直变形而移动且与岩石试样面积对应的具有固定质量的加压装置连接，在岩石试样预置压力垂直变形稳定后对其浸水，直至饱和稳定过程中监测其垂直变形的一种试验。有侧向约束膨胀压力试验是指对规定形状的岩石试样施加无穷大侧向约束力，即用足够强度的试模加以紧固在不得出现侧向变形的条件下进行垂直方向固定后浸水膨胀所产生垂直力进行检测的试验。上述具体试验根据铁路岩石试验规程(TB10115-98、)和水利岩石试验规程(SL264-2001)的有关规定分别由岩石自由膨胀率试验仪、岩石有侧向约束膨胀率试验仪和岩石有侧向约束膨胀力试验仪三种仪器分别进行。岩石自由膨胀率试验仪的基本结构包括有机玻璃饱和水箱、位于饱和水箱中试件顶部和底部的上、下金属透水板、接合于上金属透水板表面金属板的垂直测量千分表、固定于饱和水箱并接合于试件前后左右垂直分中部位表面的各水平测量千分表以及密贴于试样圆周对称4个位置及下金属透水板中心的金属片。岩石有侧向约束膨胀率试验仪的基本结构包括千分表支架及千分表、饱和水箱、饱和水箱中包括金属套环的试件顶部和底部的上、下金属透水板和接合于上金属透水板表面对试件施加5Kpa恒定压力的圆柱形金属重块，千分表测头与圆柱形金属重块表面密贴，随试样浸水膨胀做垂直变化直至饱和，垂直变形稳定不变。岩石有侧向约束膨胀力试验仪的基本结构包括龙门架、置于龙门架上横梁中心的垂直加荷丝杠及其加荷手轮、连接于加荷丝杠的压力传感器及其下端的加压头、置于龙门架底板的饱和水箱、饱和水箱中包括装有试样的金属套环及试样顶部和底部的上、下金属透水板、接合于上金属透水板表面的加压头。压力传感器与垂直加荷丝杠固定于龙门架上横梁中间，在试样的垂直、水平方向不得出现变形条件下，对经浸水饱和的试样所产生垂直膨胀力进行试验的装置
发明内容
本发明的目的是公开一种可以替代前述三种专门试验仪而满足岩石自由膨胀率，有侧向约束岩石膨胀率和有侧向约束膨胀力试验技术要求的多功能岩石膨胀试验仪。本发明为实现上述目的采取以下技术方案本多功能岩石膨胀试验仪包括龙门架，置于龙门架上横梁中心螺孔的垂直加荷丝杠及其顶部的加荷手轮，测力传感器及其底端的加压杆，连接于加压杆底端的加压头，用于岩石有侧向约束岩石膨胀率和岩石有侧向约束膨胀力试验的金属套环，饱和水箱中岩石试样顶部和底部的上、下金属透水板，用于岩石自由膨胀率试验时密贴于试样圆周对称4个位置及上金属透水板中心的金属片，特征是，垂直加荷丝杠设有与龙门架上横梁接合的用于岩石有侧向约束膨胀力试验的锁紧螺母，所述垂直加荷丝杠与测力传感器之间设有传递压力的吊挂旋转连接套，所述吊挂旋转连接套由固定于测力传感器顶部中心的吊挂柱和转动并限位于该吊挂柱的螺套构成，所述螺套与垂直加荷丝杠的底端螺纹连接，所述龙门架两侧立柱分别设有上下和水平位置可调 的千分表支架，各支架端部固定有垂直千分表，所述两垂直千分表在用于岩石有侧向约束膨胀力试验时其测头分别与连接在加压杆下端的加压头顶部表面环形测量槽对称的两点相接触，所述两垂直千分表在用于岩石有侧向约束膨胀率试验时其测头分别与脱离加压杆而直接作用于试样的加压头顶部表面环形测量槽对称的两点相接触，两垂直千分表中的一个在用于岩石自由膨胀率试验时其测头与饱和水箱中岩石试样顶部的上金属透水板顶面中心金属片相接触，所述饱和水箱置于龙门架底板中心，饱和水箱四面中心对称设有插入水平千分表的导向安装座，所述导向安装座内圆设置‘0’形密封圈，所述导向安装座设有用于岩石有侧向约束膨胀率和岩石有侧向约束膨胀力试验的密封堵塞。本发明还可以采取以下技术措施所述水平千分表和垂直千分表在其测头与测杆之间分别设有用于岩石自由膨胀率试验的位于千分表测杆顶端与测头之间的中间辅助测杆。所述下金属透水板与饱和水箱底面之间设有使各种高度的岩石试样及金属套环的顶面在同一平面或使岩石自由膨胀率试验中各试样的高度等分处与各水平千分表的测头相对应的透水试样垫块。所述密封堵塞设有与导向安装座内圆设置的‘0’形密封圈位置对应的环形定位凹槽。本发明的有益效果和优点在于本发明位于龙门架立柱上可实现垂直、水平方向调整的千分表支架结构、垂直加荷丝杠与接测力传感器之间的吊挂旋转连接套结构、加压头与加压杆可拆分结构以及饱和水箱四面插入水平千分表的弹性密封的导向安装座和具有‘0’形密封圈环形定位凹槽的密封堵塞，使本发明成为一种可用于岩石自由膨胀率、有侧向约束岩石膨胀率和有侧向约束膨胀力试验的多功能岩石膨胀试验仪，实现了一台仪器即可完成规程规定需要用三种不同仪器才能完成的三种试验。本发明具有多功能集成化、各种操作简单快捷、节省设备投资和占用空间、用同一台仪器进行不同试验内容提高了试验成果的可比性、试验精度和稳定性的突出特点。
附图I是本多功能岩石膨胀试验仪进行有侧向约束膨胀力试验状态时局部剖面示意图。
附图2是垂直加荷丝杠与接测力传感器之间的吊挂旋转连接套结构剖面示意图。附图3是导向安装座及其密封堵塞结构示意图。附图4是本多功能岩石膨胀试验仪进行有侧向约束膨胀率试验状态时示意图。附图5是本多功能岩石膨胀试验仪进行自由膨胀率试验状态时局部剖面示意图。图中标记1龙门架，2加荷手轮，3垂直加荷丝杠，4锁紧螺母，5吊挂旋转连接套，5-1吊挂柱,5-2螺套,6测力传感器,7加压杆,8垂直千分表,8-1垂直中间辅助测杆,9垂直千分表支架，10加压头，10-1环形测量槽，11上金属透水板，12饱和水箱，12-1过水槽，13导向安装座，13-1锁母，13-2 ‘0’形密封圈，13-3外‘0’形密封圈，14密封堵塞，14-1环形凹槽，15下金属透水板，16金属套环，17透水试样垫块，18岩石试样，19水平千分表，19-1 水平中间辅助测杆，20金属片。
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，本多功能岩石膨胀试验仪的基本结构包括已有技术中的龙门架I、置于龙门架上横梁中心螺孔的垂直加荷丝杠3及其顶部的加荷手轮2、测力传感器6及其底端的加压杆7，连接于加压杆7底端的加压头10，饱和水箱12，饱和水箱12底表面的过水槽12-1、置于岩石试样顶部和底部的上金属透水板11和下金属透水板15,还包括用于岩石有侧向约束岩石膨胀率和岩石有侧向约束膨胀力试验的金属套环16。图I所示的多功能岩石膨胀试验仪是对岩石试样进行有侧向约束膨胀力试验时的状态，旋转加荷手轮2，通过垂直加荷丝杠3、吊挂旋转连接套5、测力传感器6、加压杆7、加压头10、上金属透水板11可以对金属套环16中的岩石试样施以符合铁路岩石试验规程规定的预置压力。图I所示的垂直加荷丝杠3设有与龙门架上横梁接合的锁紧螺母4，在进行岩石有侧向约束膨胀力试验时为避免预置压力发生变化，通过锁紧螺母4将垂直加荷丝杠3与龙门架上横梁锁紧固定。图I所示的垂直加荷丝杠3与测力传感器6之间设有吊挂旋转连接套5，该吊挂旋转连接套结构见图2。如图2所示，吊挂旋转连接套5由设置于测力传感器6顶部中心的吊挂柱5-1和转动接合于该吊挂柱的螺套5-2构成，螺套5-2与垂直加荷丝杠3的底端螺纹连接。当通过加荷手轮、垂直加荷丝杠调整压力时，垂直加荷丝杠旋转而吊挂柱不随之旋转。图I所示的龙门架I两侧立柱分别设有上下和水平位置可调的垂直千分表支架9，各支架端部支撑有垂直千分表8，两垂直千分表的测头分别与连接在加压杆7的加压头10顶部表面环形测量槽10-1对称的两点相接触。图I所示的饱和水箱12置于龙门架I底板中心,饱和水箱12的四面中心对称设有导向安装座13，导向安装座设有使之封闭的密封堵塞14。如图3所示，导向安装座13由其锁母13-1及其外‘0’形密封圈13_3紧定于饱和水箱，导向安装座内圆设置两个‘0’形密封圈13-2，密封堵塞14设有与导向安装座内圆两个‘0’形密封圈位置对应的环形定位凹槽14-1。如图I所不,金属套环16中的岩石试样在饱和水箱12中置于下金属透水板15和透水试样垫块17之上。图I所示多功能岩石膨胀试验仪在对岩石试样进行有侧向约束膨胀力试验的过程是将规程要求的岩石试样及其金属套环、金属透水板、试样垫块放置到饱和水箱底部中心，使各部件平行密贴后旋转加荷手轮，通过垂直加荷丝杠、测力传感器、加压杆、加压头和上金属透水板对试样施加IOKpa的恒定预压力后用锁紧螺母将垂直加荷丝杠与龙门架上横梁锁紧，使试样垂直和水平方向均以固定。记录置入饱和水箱开始时间及垂直千分表8和垂直力起始读数，待其保持稳定后，开始向方形饱和水箱12注水，水位应浸没上金属透水板11和加压头10底面的透水槽，并保持水温水位不变。按规程时间要求分别记录垂直压力和垂直位移变化，直至达到规定时间，并保持各项测量读数稳定不变为止。试验后将两垂直千分表8从加压头10移开，松开锁紧螺母4，反向旋转手轮2使加压头10脱离金属套环16 —定距离后，取出上金属透水板11和金属套环16。从金属套环16中取出岩石试样，清洗并擦拭干净金属套环备用，至此岩石试样有侧向约束膨胀力试验的一个测回结束。在图I的基础上做如图4所示的调整即可用本多功能岩石膨胀试验仪进行岩石试样的有侧向约束膨胀率试验。 如图4所示，松开锁紧螺母4，通过手轮2和垂直加荷丝杠3使加压杆7脱离加压头10，加压头10通过上金属透水板11置于金属套环16中的岩石试样顶部。加压头10的质量应符合规程要求，以形成5Kpa的的恒定预压力。饱和水箱12置于龙门架I底板中心，饱和水箱四面中心的导向安装座13中安装使之封闭的密封塞堵14。垂直千分表8通过垂直千分表支架9使其测头分别与加压头10顶部表面环形测量槽对称的两点相接触。金属套环16中的岩石试样在饱和水箱12中心并置于下金属透水板15和透水试样垫块17之上，并使上述各部件相互平行密贴。图4所示多功能岩石膨胀试验仪在对岩石试样进行有侧向约束膨胀率试验的过程是在完成上述操作并待其保持稳定后，记录试验开始时间及垂直千分表8起始读数之后，开始向饱和水箱12注水，水位应浸没上金属透水板11和加压头10底面的透水槽，并保持水温水位不变。按规程时间要求分别记录垂直位移变化，直至达到规定时间，并保持各项测量读数稳定不变为止。试验后将两垂直千分表8从加压头10上方移开，从饱和水箱12中取出金属套环16及其上金属透水板11，从金属套环16中取出岩石试样，清洗并擦拭干净金属套环备用，至此岩石试样有侧向约束膨胀率试验的一个测回结束。在图4的基础上做如图5所示的调整即可用本多功能岩石膨胀试验仪进行岩石试样的自由膨胀率试验。如图5所示，将加压杆7从测力传感器6上卸下，置于龙门架I底板中心的饱和水箱12中心的下金属透水板15和透水试样垫块17之上放置岩石试样18，选择透水试样垫块17的高度使岩石试样18高度等分处与导向安装座13相对应。拔出在饱和水箱12四面的导向安装座13中的密封堵塞后插入水平千分表19，并在其测杆与测头之间接入水平中间辅助测杆19-1，使饱和水箱12四面的水平千分表19的测头与岩石试样18及其表面的金属片20密贴。用两个垂直千分表8的其中一个并在其测头与测杆之间连接垂直中间辅助测杆8-1，使测头与饱和水箱12中岩石试样18顶部的上金属透水板11表面中心的金属片20相密贴。
图5所示多功能岩石膨胀试验仪在对岩石试样进行自由膨胀率试验的过程是在完成上述操作并待其保持稳定后，记录起始时间和各千分表起始读数，在饱和水箱12中注 水浸没至上金属透水板11，保持水位水温在允许范围内，按规定时间记录各千分表读数变化，直至饱和稳定为止，试验结束。
权利要求
1.多功能岩石膨胀试验仪，包括龙门架，置于龙门架上横梁中心螺孔的垂直加荷丝杠及其顶部的加荷手轮，测力传感器及其底端的加压杆，连接于加压杆底端的加压头，用于岩石有侧向约束岩石膨胀率和岩石有侧向约束膨胀力试验的金属套环，饱和水箱中岩石试样顶部和底部的上、下金属透水板，用于岩石自由膨胀率试验时密贴于试样圆周对称4个位置及上金属透水板中心的金属片，特征是，垂直加荷丝杠设有与龙门架上横梁接合的用于岩石有侧向约束膨胀力试验的锁紧螺母，所述垂直加荷丝杠与测力传感器之间设有传递压力的吊挂旋转连接套，所述吊挂旋转连接套由固定于测力传感器顶部中心的吊挂柱和转动并限位于该吊挂柱的螺套构成，所述螺套与垂直加荷丝杠的底端螺纹连接，所述龙门架两侧立柱分别设有上下和水平位置可调的千分表支架，各支架端部固定有垂直千分表，所述两垂直千分表在用于岩石有侧向约束膨胀力试验时其测头分别与连接在加压杆下端的加压头顶部表面环形测量槽对称的两点相接触，所述两垂直千分表在用于岩石有侧向约束膨胀率试验时其测头分别与脱离加压杆而直接作用于试样的加压头顶部表面环形测量槽对称的两点相接触，两垂直千分表中的一个在用于岩石自由膨胀率试验时其测头与饱和水箱中岩石试样顶部的上金属透水板顶面中心金属片相接触，所述饱和水箱置于龙门架底板中心，饱和水箱四面中心对称设有插入水平千分表的导向安装座，所述导向安装座内圆设置‘0’形密封圈,所述导向安装座设有用于岩石有侧向约束膨胀率和岩石有侧向约束膨胀力试验的密封堵塞。
2.根据权利要求I所述的多功能岩石膨胀试验仪，其特征在于所述水平千分表和垂直千分表在其测头与测杆之间分别设有用于岩石自由膨胀率试验的位于千分表测杆顶端与测头之间的中间辅助测杆。
3.根据权利要求I所述的多功能岩石膨胀试验仪，其特征在于所述下金属透水板与饱和水箱底面之间设有使各种高度的岩石试样及金属套环的顶面在同一平面或使岩石自由膨胀率试验中各试样的高度等分处与各水平千分表的测头相对应的透水试样垫块。
4.根据权利要求I所述的多功能岩石膨胀试验仪，其特征在于所述密封堵塞设有与导向安装座内圆设置的‘0’形密封圈位置对应的环形定位凹槽。
全文摘要
本发明是一种多功能岩石膨胀试验仪，垂直加荷丝杠设有与龙门架上横梁紧固的锁紧螺母，龙门架两侧立柱分别设有上下、水平位置可调的垂直千分表，两垂直千分表与连接在加压杆的加压头顶部环形测量槽对称的两点相接触，两垂直千分表中的一个与饱和水箱中岩石试样顶部的上金属透水板顶端面金属片相接触，饱和水箱置于龙门架底板，其四面中心对称设有插入水平千分表的导向安装座及其密封塞堵。本试验仪仅需要简单调整即可分别用于岩石自由膨胀率、有侧向约束岩石膨胀率和有侧向约束膨胀力试验，实现了规程规定需要用三种仪器才能完成的三种试验，具有多功能集成化、节省设备投资和占用空间、提高试验成果的可比性、试验精度和稳定性的突出特点。
文档编号G01N19/00GK102830060SQ201210301050
公开日2012年12月19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, 唐文军, 陈则连, 曹晓娟, 张文, 焦艳龙 申请人:铁道第三勘察设计院集团有限公司