刚性承压板中心孔法伺服控制深部岩体变形试验装置制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种刚性承压板中心孔法伺服控制深部岩体变形试验装置，包括载荷控制装置、传力装置、变形测量装置，其特征在于：所述载荷控制装置为电动油泵通过液压管与压力控制器、压力变换器、控制阀、稳压器、压力传感器连接，压力传感器一端与千斤顶相连；所述变形测量装置为岩体表面垂直向下有钻孔，钻孔内设置测杆和锚头，第1位移传感器一端与测架相连，另一端接测头，并与测杆上锚头连接；所述压力控制器、压力传感器、第2、3位移传感器分别与采集控制仪和计算机连接，通过岩体钻孔中不同深度点的位移进行深部位移变形测量，实时伺服控制压力、自动采集数据，并形成数据图表。
【专利说明】刚性承压板中心孔法伺服控制深部岩体变形试验装置
【技术领域】
[0001]本实用新型属于岩体力学试验【技术领域】，涉及一种适用于现场岩体变形、岩体载荷试验装置，特别涉及一种刚性承压板中心孔法伺服控制深部岩体变形试验装置。
【背景技术】
[0002]目前现场岩体变形试验，一般有刚性和柔性承压板法两种，其中刚性承压板法只能测量岩体表面变形，柔性中心孔承压板法可以同时测量表面和深部岩体变形。柔性承压板法的液压枕受到加工水平限制，试验应力一般在1MPa内，刚性承压板法常规应力水平(20MPa，在高地应力条件下，由于应力的强烈释放引起岩体表面卸荷松弛，常规的刚性和柔性承压板法以及柔性中心孔承压板法试验设备和方法难以满足试验要求。无论是刚性和柔性承压板法或者柔性中心孔承压板法，都不能进行自动伺服及数据自动采集，使试验成果偏差大，资料处理烦琐。
【发明内容】
[0003]本实用新型的目的是为了克服现有技术的缺陷，提供一种刚性承压板中心孔法伺服控制深部岩体变形试验装置，通过传力叠板、刚性承压板能够完成高应力加载岩体变形试验，获得岩体表面变形测量，通过压力传感器伺服控制加压，并自动伺服采集变形数据，获得准确的岩体变形和强度参数。
[0004]本实用新型的目的之二是提供一种测量得到岩体表面变形数据的同时，通过刚性承压板中心孔法将传力装置设有的中心孔与钻孔连通，在钻孔不同深度安装位移锚头进行深部岩体变形测试，进行实时记录采集变形、压力并形成图表，从而解决极高应力条件下深部岩体变形试验设备问题。
[0005]为实现此目的，本实用新型提供了一种刚性承压板中心孔法伺服控制深部岩体变形试验装置，包括载荷控制装置、传力装置、变形测量装置，主要是所述载荷控制装置为电动油泵通过液压管与压力控制器、压力变换器、控制阀、稳压器、压力传感器连接；所述变形测量装置为岩体表面垂直向下有钻孔钻孔，钻孔内设置测杆和锚头，第I位移传感器一端与测架相连，另一端接测头，并与测杆上锚头连接；
[0006]所述压力控制器、压力传感器和第I位移传感器分别与采集控制仪和计算机连接；
[0007]所述传力装置为千斤顶上端与传力柱接触，传力柱上端还设置有顶板，顶板与洞顶接触，千斤顶下端与传力叠板接触，压力传感器一端与千斤顶相连，传力叠板下端还设置有承压板，承压板与岩体表面接触，承压板与传力叠板中心设有连通孔。
[0008]所述连通孔与钻孔相连接。
[0009]所述承压板上设置第2位移传感器，岩体表面设置第3位移传感器，并分别与采集控制仪和计算机连接。
[0010]所述传力叠板为至少设置二块，且传力叠板上面板块尺寸大于下面板块尺寸。
[0011]所述传力叠板上均布设置千斤顶，千斤顶并联连接，且千斤顶上方传力柱设置个数与千斤顶设置个数对应。
[0012]本实用新型的有益效果是:
[0013]1、由于采用承压板、传力叠板、千斤顶、传力柱、顶板组成的传力装置，且采用多块高强度钢板倒宝塔形叠，传力装置采用高强分块钢结构，刚度好，承载能力高，易于安装及移动，稳定性好。承压板及叠层板中心设置一定直径连通孔与钻孔连通，即通过传力装置的中心孔延伸到钻孔，多个千斤顶并联工作提供高载荷，解决了极高应力对设备刚性要求，以及应力均匀传递要求，适用于任何压力水平深部岩体变形测量试验。
[0014]2、由于采用电动油泵、压力控制器、压力变换器、控制阀、稳压器、压力传感器、千斤顶组成的载荷装置，载荷系统结构简单且实现了自动伺服，高压稳定性明显改善，通用性好，能提供持续、稳定、可以自动伺服控制的高压，保证了压力的稳定性。各构件采用标准液压管或气管连接，可根据需要连接不同类型、不同数量的加载设备，可提供高试验荷载、可同时进行多点岩体变形试验。
[0015]3、由于采用刚性承压板中心孔法将传力装置设有的中心孔与钻孔连通，在承压面中心岩体上铅直向下钻一定直径、一定深度的孔，在岩石孔中不同深度安装位移锚头，通过不锈钢杆与位移计相连，位移计固定在叠层钢板上部的测头上，进行深部岩体变形测试，测量岩体在不同压力下不同距离的变形，中心孔法的位移测量装置有明显的改善，埋设工艺有较大的提高，同时在在平洞的轴向岩体表面、承压板表面上对称布置位移传感器，进行表面岩体变形测试。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1是本实用新型岩体变形试验装置结构示意图。
[0017]图2是本实用新型载荷控制系统及测量系统示意图。
[0018]1-刚性承压板；2_传力叠板；3_千斤顶；4_传力柱；5-顶板；6_第I位移传感器；7-位移计测头；8_测架；9_钻孔；10_锚头；11_测杆；12_第2位移传感器；13_第3位移传感器；14_电动油泵；15-压力控制器；16-压力变换器；17-控制阀；18-稳压器；19_压力传感器；20_采集控制仪；21_计算机；22_岩体；23_洞顶；24_连通孔；25_液压管。
【具体实施方式】
[0019]下面结合附图对本实用新型进一步说明。
[0020]如图1、2所示，刚性承压板中心孔法伺服控制深部岩体变形试验装置由传力装置、载荷控制装置和变形测量装置、测量控制装置组成。传力装置主要构件为承压板1、传力叠板2、千斤顶3、传力柱4和顶板5 ;载荷装置主要构件为电动油泵14、压力控制器15、压力变换器16、控制阀17、稳压器18、千斤顶3 ;测量控制装置主要构件为压力传感器19、第
1、2、3位移传感器6、12和13、采集控制仪20和计算机21，表面变形测量装置为承压板1、第2位移传感器12、第3位移传感器13，深部变形测量装置为钻孔9、锚头10、测杆11、测头
7、测架8、第I位移传感器6。
[0021]传力装置从下至上依次为承压板1、传力叠板2、千斤顶3、传力柱4和顶板5，千斤顶3 —端与传力柱4接触，传力柱4上方还设置有顶板5，并与洞顶23接触，千斤顶3另一端与传力叠板2接触，传力叠板2下方还设置有承压板1，承压板I与岩体22表面接触，承压板I上设置第2位移传感器12 ;承压板I上第2位移传感器12可以设置4个，承压板I外的岩体22表面上的第3位移传感器13可以设置6?10个。整个系统具有足够的刚度，能承受20000kN载荷。千斤顶3下方的承压板1、传力叠板2中心有个连通孔24，并与岩体22表面垂直向下的钻孔(9)相连接。
[0022]载荷装置用压力控制器15通过液压管25 —端与电动油泵14连接，一端与压力变换器16、稳压器18和千斤顶3连接，通过电缆与采集控制仪20相连。当由于岩体22在受压后产生沉降变形使千斤顶3上的压力降低时，压力传感器19反馈给计算机21，压力控制器15调节油阀大小以增加供油量来提高压力，反之减小油阀大小以减小供油量来降低压力。
[0023]稳压器18 —端与控制阀17连接，一端与压力传感器19和千斤顶3连接。稳压器18对来自电动油泵14和压力控制器15的波动压力进行缓冲削减，提高供给压力传感器19和千斤顶3的压力的稳定性。稳压器18是由多组厚壁高强无缝不锈钢管串联而成，通过延长油路的行程达到削峰和稳压的效果，其最大承受压力为70MPa。
[0024]压力传感器19 一端与千斤顶3相连，一端与稳压器18相连。压力传感器19通过数据线与采集控制仪20和计算机21连接，对油路上的压力进行采集，并反馈给压力控制器15对压力进行调节。
[0025]第2、3位移传感器12、13通过数据线与采集控制仪20和计算机21连接，测量不同压力下各个部位的沉降变形，精度1%。mm ;第I位移传感器6通过测杆11与钻孔9中不同深度的锚头10连接，通过夹具与测头7连接，通过电缆与采集控制仪20相连，锚头10通过水泥浆液预埋在钻孔中的不同深度，测杆11通过塑料护套管与水泥浆隔离，并有定位片固定在不同的深度，通过第I位移传感器6测量不同深度岩体在不同压力下的变形。
[0026]刚性承压板中心孔法伺服控制深部岩体变形试验基本操作步骤，传力装置将多个千斤顶3组合的出力通过传力叠板2传递给承压板1，承压板I将应力传递给岩体22试验面，千斤顶3上方由多组传力柱4通过顶板5将力传递至洞顶23。
[0027]千斤顶3下方传力叠板2、承压板I中心设有连通孔24，并与岩体22表面垂直向下的钻孔9相连接，即通过刚性位承压板中心孔法将第I位移传感器6通过测杆11与钻孔9中不同深度的锚头10连接，通过第I位移传感器6，进行深部岩体变形测量。
[0028]第2、3位移传感器12、13分别安装于承压板1、岩体22表面，进行表面岩体变形测量。
[0029]压力传感器19与千斤顶3相连，载荷装置自动伺服控制高压，压力传感器19通过数据线与采集仪器20和计算机21连接，测量载荷装置的液压。
[0030]通过数据线将第1、2、3位移位移传感器6、12、13、压力传感器19分别与采集仪器20和计算机21连接，实时采集记录岩体的变形、试验压力、实时形成可视图表，并过压力控制器15对压力进行伺服控制。
【权利要求】
1.一种刚性承压板中心孔法伺服控制深部岩体变形试验装置，包括载荷控制装置、传力装置、变形测量装置，其特征在于:所述载荷控制装置为电动油泵(14)通过液压管(25)与压力控制器(15)、压力变换器(16)、控制阀(17)、稳压器(18)、压力传感器(19)连接；所述变形测量装置为岩体(22)表面垂直向下有钻孔(9)，钻孔(9)内设置测杆(11)和锚头(10)，第I位移传感器(6) —端与测架(8)相连，另一端接测头(7)，并与测杆(11)上锚头(10)连接； 所述压力控制器(15)、压力传感器(19)和第I位移传感器(6)分别与采集控制仪(20)和计算机(21)连接； 所述传力装置为千斤顶(3)上端与传力柱(4)接触，传力柱(4)上端还设置有顶板(5)，顶板(5)与洞顶(23)接触，千斤顶(3)下端与传力叠板(2)接触，压力传感器(19) 一端与千斤顶(3)相连，传力叠板(2)下端还设置有承压板(1)，承压板(I)与岩体(22)表面接触，承压板(I)与传力叠板(2)中心设有连通孔(24)，连通孔(24)与钻孔(9)相连接。
2.根据权利要求1所述一种刚性承压板中心孔法伺服控制深部岩体变形试验装置，其特征在于:所述承压板(I)上设置第2位移传感器(12)，岩体(22)表面设置第3位移传感器(13)ο
3.根据权利要求2所述一种刚性承压板中心孔法伺服控制深部岩体变形试验装置，其特征在于:所述第2位移传感器(12)、第3位移传感器(13)分别与采集控制仪(20)和计算机(21)连接。
4.根据权利要求1所述一种刚性承压板中心孔法伺服控制深部岩体变形试验装置，其特征在于:所述传力叠板(2)至少设置有二块，且传力叠板(2)上面板块尺寸大于下面板块尺寸。
5.根据权利要求1所述一种刚性承压板中心孔法伺服控制深部岩体变形试验装置，其特征在于:所述传力叠板(2)上均布设置千斤顶(3)，千斤顶(3)并联连接，且千斤顶(3)上方传力柱(4)设置个数与千斤顶(3)设置个数对应。
【文档编号】G01N3/08GK204008296SQ201320440733
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2013年7月22日 优先权日:2013年7月22日
【发明者】李维树, 周火明, 钟作武, 李会中, 叶圣生, 黄正加, 罗小杰, 邓争荣, 吴相超, 韩军, 杨宜, 张正清, 郭喜峰, 刘洋, 周密 申请人:长江水利委员会长江科学院