测量散体的抗压性及压缩模量装置的制造方法
【专利摘要】本实用新型提出一种测量散体的抗压性及压缩模量装置，该装置包括：机体和控制装置，其具有机体顶部、机体底座、支撑立柱；钢性压柱与机体顶部通过负荷传感器相连接；散体储存仓上部开口，开口可供钢性压柱穿过，散体储存仓至少一个侧壁上开设有多个通孔，通孔安装有导向杆，导向杆可相对于通孔滑动，散体储存仓内安装有滑动挡板，滑动挡板与开设有通孔的侧壁之间安装有压力传感器；驱动装置安装在机体底座，驱动装置为直线往复机构，散体储存仓安装在驱动装置上，驱动装置可升降散体储存仓；位置记录仪一端与机体底座相连接，另一端与散体储存仓相连接。本实用新型可以精确有效的测得散体的抗压性及压缩模量。
【专利说明】
测量散体的抗压性及压缩模量装置
技术领域
[0001]本实用新型涉及岩土工程技术领域，具体涉及岩土力学性能测量及分析技术领域，更具体的涉及一种量散体的抗压性及压缩模量装置。
【背景技术】
[0002]散体是由许多不同形状、不同大小的固体颗粒构成机械的混合物。通常表现为各种不同的松散物料，如沙堆、卵石堆、谷物、煤堆等。在煤矿井下发生事故致使巷道垮落时，顶板和围岩破坏形成垮落体充填到整个巷道内，垮落体为不同粒度的岩块、散煤和原巷道的支护体材料以及水等介质，形成粒径不同的散体甚至水、泥、煤、石等混合体。在有限的空间内，垮落体受两侧的岩石限制，受力特征、受力状态与破坏前不同，主要为散体自身的重力载荷，其抗压性与原岩巷道破坏之前相比也大幅下降。如何有效的对垮落的散体进行开挖，形成救援通道保障受困人员生命安全，而且不破坏散体的结构防止造成二次破坏成为我们要研究的问题。
[0003]在土体力学中，针对土体的抗压性和压缩模量的研究方法有很多，但是针对岩石和煤的散体进行抗压性等研究却不多见，尤其是在有侧向限定条件。散体的抗压性和压缩性是重要的工程力学参数，在煤矿井下巷道破坏后的垮落体力学性质研究和建筑工程地基承载力研究等方向上都有广泛的应用，尤其在被垮落体填满的井下巷道中，如何利用垮落散体的抗压能力和压缩性来迅速开挖救援通道是研究的重点，因此研究岩石和煤的散体在有侧向限定情况下的抗压性及压缩模量就具有重要的科学意义，而目前并没有测量散体颗粒的抗压性和压缩模量的装置，大多数实验仪器装置仅仅适用于混凝土、水泥等结构特征明显的材料，进而需要一种对散体进行力学分析研究，尤其是对其抗压性和压缩模量进行检测的装置。
[0004]有鉴于此，特提出本实用新型。
【实用新型内容】
[0005]本实用新型旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
[0006]为此，本实用新型的一个目的在于提出一种可以有效、准确测量散体的抗压性及压缩模量的装置。
[0007]根据本实用新型的提供的一种测量散体的抗压性及压缩模量装置，包括:机体，其具有机体顶部、机体底座，以及与所述机体顶部、机体底座相连接的支撑立柱;钢性压柱，其与机体顶部通过一负荷传感器相连接;散体储存仓，其上部开口，所述开口可供所述钢性压柱穿过，所述散体储存仓至少一个侧壁上开设有多个通孔，所述通孔安装有导向杆，所述导向杆可相对于所述通孔滑动，所述导向杆位于散体储存仓内的一端安装有滑动挡板，所述滑动挡板与开设有通孔的侧壁之间安装有压力传感器;驱动装置，其安装在所述机体底座，所述驱动装置为直线往复机构，所述散体储存仓安装在所述驱动装置上，所述驱动装置可升降所述散体储存仓;位置记录仪，其用于测量散体储存仓相对于机体底座的位移，所述位置记录仪一端与所述机体底座相连接，另一端与所述散体储存仓相连接;控制装置，其与所述负荷传感器、驱动装置、压力传感器及位置记录仪信号连接。
[0008]根据本实用新型的一种测量散体的抗压性及压缩模量装置，通过单轴加载或循环加卸载方式不断增加载荷量，用以监测在加卸载过程中散体的载荷变化量和位移变化量之间的关系，得出散体的抗压性强弱以及压缩模量的大小，而且能够监测到散体由压密阶段进入到弹性阶段再进入到塑性阶段的全过程“应力应变”曲线。在散体压缩过程中，还可以监测散体在轴向上受力变形后转化为径向上的侧压力值，研究在有侧向限制条件下轴上应力与径向压力的转化关系。本实用新型可以测量砂岩、泥岩、煤等不同种类岩性、不同粒径大小的散体的抗压性-压缩模量，研究范围广，测量方式快速简单，并且测量准确。
[0009]根据本实用新型上述实施例的测量散体的抗压性及压缩模量装置还可以具有如下附加的技术特征:
[0010]根据本实用新型的一个示例，所述滑动挡板与所述散体储存仓的底壁和侧壁之间留有间隙，所述间隙小于散体的粒径。
[0011]根据本实用新型的一个示例，所述驱动装置与所述散体储存仓之间设有一承载台，所述散体储存仓安装在所述承载台上，所述位置记录仪一端与所述承载台相连接，另一端与所述机体底座相连接。
[0012]根据本实用新型的一个示例，所述驱动装置包括相连接加载油缸和油栗，所述加载油缸的缸体安装在所述机体底座上，所述承载台安装在所述加载油缸的活塞顶部。
[0013]根据本实用新型的一个示例，所述驱动装置包括气缸，所述气缸的缸体安装在所述机体底座上，所述承载台安装在所述气缸的活塞顶部。
[0014]根据本实用新型的一个示例，所述位置记录仪包括记录仪主体、螺丝杆件及测距钢丝线，所述记录仪主体安装在所述机体底座，所述测距钢丝线一端与螺丝杆件相连接，另一端与所述承载台相连接。
[0015]根据本实用新型的一个示例，所述滑动挡板与导向杆螺栓连接。
[0016]根据本实用新型的一个示例，所述控制装置为计算机。
[0017]根据本实用新型的一个示例，散体储存仓为高钢性空芯长方体柱状结构。
[0018]根据本实用新型的一个示例，所述负荷传感器与所述机体顶部螺栓连接。
[0019]本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。
【附图说明】
[0020]图1是根据本实用新型一个实施例的测量散体的抗压性及压缩模量装置示意图；
[0021]图2是根据本实用新型一个实施例的测量散体的抗压性及压缩模量装置示意图(二 )；
[0022]图3是根据本实用新型一个实施例的测量散体的抗压性及压缩模量装置示意图(三)；
[0023]图中:1、负荷传感器;2、钢性压柱;3、支撑立柱;4、散体储存仓;5、滑动挡板;6、压力传感器;7、导向杆;8、散体材料;9、承载台；10、驱动装置；11、位移记录器；12、机体顶部；13、机体底座。
【具体实施方式】
[0024]下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。
[0025]下面参考附图来详细描述本实用新型的测量散体的抗压性及压缩模量装置。
[0026]实施例一
[0027]结合附图1-3所示的，一种测量散体的抗压性-压缩模量装置，它包括负荷传感器1、钢性压柱2、支撑立柱3、散体储存仓4、滑动挡板5、压力传感器6、导向杆7、散体材料8、承载台9、驱动装置10、位移记录器11、机体顶部12、机体底座13及控制装置(未示出)。机体顶部12和机体底座13通过支撑立柱3相连接，并通过支撑立柱3固定支撑。散体储存仓4安装在承载台9上，承载台9安装在驱动装置10上，驱动装置10安装在机体底座13上。
[0028]散体储存仓4的上部开口，该开口可供钢性压柱2穿过，散体储存仓4至少一个侧壁上开设有多个通孔，通孔安装有导向杆，导向杆可相对于通孔滑动，在本实施例中，通孔个数为四个，导向杆也为四个，导向杆位于散体储存仓内的一端安装有滑动挡板5，滑动挡板5与开设有通孔的侧壁之间安装有压力传感器6;位置记录仪11用于测量散体储存仓4相对于机体底座13的位移，位置记录仪11 一端与机体底座13相连接，另一端与承载台9相连接。
[0029]在本实施例中，驱动装置10安装在机体底座13上，驱动装置10为直线往复机构，驱动装置10可升降散体储存仓4，其可以为相连接的加载油缸和油栗，加载油缸的缸体安装在机体底座上，承载台安装在加载油缸的活塞顶部。当然，驱动装置10也可以为气缸，气缸的缸体安装在机体底座上，承载台安装在气缸的活塞顶部。
[0030]在本实施例中，负荷传感器I为圆柱体结构，用螺母与机体顶部12相连，钢性压柱2为长方体结构，上部与负荷传感器I相连，可插入散体储存仓4内压缩散体材料8，且钢性压柱2横截面积与所装入散体材料8横截面积吻合，散体储存仓4为高钢性空芯长方体柱状结构，无顶盖内部装有散体材料8，可让钢性压柱2插入压向散体材料8，在限定条件下高钢性散体储存仓4不会发生变形，下部与承载台9相连。
[0031]在本实施例中，滑动挡板5与导向杆7用螺母固定，与散体储存仓4前后两侧壁和底部相隔一定间隙，优选的，该间隙小于散体的最小颗粒的粒径，保证了滑动挡板5可在散体储存仓4内无摩擦滑动，进一步提高实验精确度。当滑动挡板紧贴压力传感器6时，与散体储存仓4的前、后、左壁在横截面上形成正方形结构，且正方形横截面积与钢性压柱2横截面积吻合，压力传感器6固定在散体储存仓4右侧壁上，压力传感器6的接收端部与滑动挡板5相接，导向杆7前端与滑动挡板5固定，尾部与散体储存仓4右侧壁相接，杆件可在侧壁内滑动，散体材料8装入散体储存仓4内，承载台9上部与散体储存仓4相连，下部与加载油缸10相连，加载油缸10上部与承载台9相连，下部与机体底座13相连，外部通过导线与液压油栗相接，位移记录器11主体部分与机体底座13相连，螺丝杆件与承载台9相连，螺丝杆件与主体部分由测距钢丝线连接，支撑立柱3上端承接机体顶部12，下端相连机体底座13，支撑机体保持稳定性。
[0032]在本实施例中，控制装置为计算机(未示出)，其包括信息采集控制系统和接收装置，其与负荷传感器1、驱动装置10、压力传感器6及位置记录仪11信号连接，用来控制整个装置，并完成后续的数据计算。
[0033]下面结合本实施例的测量散体的抗压性及压缩模量装置的工作过程进行进一步阐述。
[0034]首先通过控制装置打开驱动装置10，驱动装置10提升散体储存仓4，并使得钢性压柱2挤压散体材料8，与此同时压力传感器6记录钢性压柱2所受荷载，由于散体8被挤压，因此滑动挡板5在挤压作用下产生一定滑动，同时压力传感器6测得此时的压力，而位移记录仪11记录此时散体储存仓4相对于机体底座的位移，最后负荷传感器1、压力传感器6及位移记录仪11通过电信号将数据信息传输给计算机进行数据处理。
[0035]利用本实施例的装置以测量散体的抗压强度和压缩模量的方法如下:
[0036]首先，在散体内抽样选取几组散体材料8颗粒试件，在单轴压力机上测量每组试件的单轴抗压强度，综合取平均值为该材质的散体试件的单轴抗压强度，并作为散体材料8抗压性测试时的最大抗压极限强度；
[0037]其次，将散体材料8装入散体储存仓4内，散体材料8对滑动挡板5有侧向压力作用，可使滑动挡板5与压力传感器6接收端部紧密贴合；
[0038]再次，打开计算机信息采集控制系统和接收装置，提升加载油缸10，使散体储存仓4和承载台9整体上移，至钢性压柱2能够压到散体材料8上表面，负荷传感器I略有示数为止停止加载，将现有负荷传感器I测得负荷载荷、位移记录器11测得加载位移、压力传感器6测得压力值清零；
[0039]再次，用位移控制重新对加载油缸进行加载，通过单轴加载或循环加卸载方式不断增加载荷，监测负荷传感器I负荷载荷和位移记录器11位移变化量，以及压力传感器6所受散体材料8在横向上产生的压应力大小，直至负荷传感器I示数大小达到步骤一所述散体试件的单轴抗压强度时，停止加载；
[0040]最终，计算机软件根据检测到的压力、位移数据分析计算得出散体的抗压强度和压缩模量。
[0041]综上所述，本实施例的测量散体的抗压性及压缩模量装置，其通过单轴加载或循环加卸载方式不断增加载荷量，用以监测在加卸载过程中散体的载荷变化量和位移变化量之间的关系，得出散体的抗压性强弱以及压缩模量的大小，而且能够监测到散体由压密阶段进入到弹性阶段再进入到塑性阶段的全过程“应力应变”曲线。在散体压缩过程中，还可以监测散体在轴向上受力变形后转化为径向上的侧压力值，研究在有侧向限制条件下轴上应力与径向压力的转化关系。本实用新型可以测量砂岩、泥岩、煤等不同种类岩性、不同粒径大小的散体的抗压性-压缩模量，研究范围广，测量方式快速简单，并且测量准确。
[0042]在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底” “内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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。
[0043]在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体;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或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
[0044]在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
[0045]在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
[0046]尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
【主权项】
1.一种测量散体的抗压性及压缩模量装置，其特征在于，包括: 机体，其具有机体顶部、机体底座，以及与所述机体顶部、机体底座相连接的支撑立柱； 钢性压柱，其与机体顶部通过一负荷传感器相连接； 散体储存仓，其上部开口，所述开口可供所述钢性压柱穿过，所述散体储存仓至少一个侧壁上开设有多个通孔，所述通孔安装有导向杆，所述导向杆可相对于所述通孔滑动，所述导向杆位于散体储存仓内的一端安装有滑动挡板，所述滑动挡板与开设有通孔的侧壁之间安装有压力传感器； 驱动装置，其安装在所述机体底座，所述驱动装置为直线往复机构，所述散体储存仓安装在所述驱动装置上，所述驱动装置可升降所述散体储存仓； 位置记录仪，其用于测量散体储存仓相对于机体底座的位移，所述位置记录仪一端与所述机体底座相连接，另一端与所述散体储存仓相连接； 控制装置，所述控制装置与所述负荷传感器、驱动装置、压力传感器及位置记录仪信号连接。2.根据权利要求1所述的测量散体的抗压性及压缩模量装置，其特征在于，所述滑动挡板与所述散体储存仓的底壁和侧壁之间留有间隙，所述间隙小于散体的粒径。3.根据权利要求1所述的测量散体的抗压性及压缩模量装置，其特征在于，所述驱动装置与所述散体储存仓之间设有一承载台，所述散体储存仓安装在所述承载台上，所述位置记录仪一端与所述承载台相连接，另一端与所述机体底座相连接。4.根据权利要求3所述的测量散体的抗压性及压缩模量装置，其特征在于，所述驱动装置包括相连接加载油缸和油栗，所述加载油缸的缸体安装在所述机体底座上，所述承载台安装在所述加载油缸的活塞顶部。5.根据权利要求3所述的测量散体的抗压性及压缩模量装置，其特征在于，所述驱动装置包括气缸，所述气缸的缸体安装在所述机体底座上，所述承载台安装在所述气缸的活塞顶部。6.根据权利要求3所述的测量散体的抗压性及压缩模量装置，其特征在于，所述位置记录仪包括记录仪主体、螺丝杆件及测距钢丝线，所述记录仪主体安装在所述机体底座，所述测距钢丝线一端与螺丝杆件相连接，另一端与所述承载台相连接。7.根据权利要求1-6任一项所述的测量散体的抗压性及压缩模量装置，其特征在于，所述滑动挡板与所述导向杆螺栓连接。8.根据权利要求1-6任一项所述的测量散体的抗压性及压缩模量装置，其特征在于，所述控制装置为计算机。9.根据权利要求1-6任一项所述的测量散体的抗压性及压缩模量装置，其特征在于，散体储存仓为高钢性空芯长方体柱状结构。10.根据权利要求1-6任一项所述的测量散体的抗压性及压缩模量装置，其特征在于，所述负荷传感器与所述机体顶部螺栓连接。
【文档编号】G01N3/12GK205691431SQ201620587763
【公开日】2016年11月16日
【申请日】2016年6月15日 公开号201620587763.5, CN 201620587763, CN 205691431 U, CN 205691431U, CN-U-205691431, CN201620587763, CN201620587763.5, CN205691431 U, CN205691431U
【发明人】迟学海, 程枫娜, 蒋元男, 刘刚
【申请人】黑龙江科技大学