一种岩石点载荷试验方法

摘要

本发明公开了一种岩石点载荷试验方法，包括点载荷支架，所述点载荷支架表面顶部固定连接有点载荷支架横梁，所述点载荷支架横梁底面固定连接有固定加载锥，所述点载荷支架前侧面安装有点载荷试验平台，所述点载荷支架前侧面固定安装有微型激光测距仪，所述点载荷支架表面螺纹连接有固定螺丝，且固定螺丝和点载荷支架之间固定连接有安全防护板，所述安全防护板后侧设置有液压千斤顶，本发明整体结构相比于现有技术中的点载荷试验仪，简化了试验仪结构，实现了结构一体化，提高了试验仪的效能和安全性，并实现了全自动点载荷实验控制，全自动点载荷实验数据采集和全自动岩石单轴抗压强度计算。

说明书

技术领域

本发明涉及测定岩石抗压强度技术领域，尤其涉及一种岩石点载荷试验方法。

背景技术

点荷载试验(point loading test)是一种在点荷载下测试岩石、混凝土或其他天然建筑材料的抗压强度的简便方法，是岩体工程中岩体分级研究和测定岩体强度参数的一个十分重要的指标。岩石点荷载强度试验方法是国际岩石力学学会试验方法委员会于1972年建议采用的，1985年又对该方法进行了修正。试验时将试样夹在两个球状加载锥头之间，施以荷载直至压裂试样。根据达到破坏时的最大荷载和两锥头端点间距，即可求出试样的抗拉强度，据此可经验地计算出试样的抗压强度。这一方法的优点是仪器设备轻便，可携带至现场进行试验，试样无需加工，可及时获得试验数据。根据岩石点荷载强度指数，可以计算确定岩石的单轴抗压强度，判定岩石的各向异性(即不同点载荷强度中最大与最小值之比)，确定风化带，预估凿岩速度，对岩石进行分级等等。

现有的点荷载试验设备中主要包括STDZ-2型岩石点荷载试验仪和R-PIT型数显点荷载试验仪，两者结构类似。其中R-PIT型携带式点荷载试验机由加载系统、载荷测量系统组成。其加载系统包括加载框架、加载锥、加载千斤顶、手动液压泵；加载锥球面曲率半径5.0mm，圆锥的顶角为60°，采用坚硬材料制成；加载装置采用手动液压油泵，由千斤顶活塞将液压传到加载锥，对试验施加载荷。载荷测量系统采用的是DY-2000型数字测试仪。

这类仪器的不足之处在于：其加载装置采用手摇液压油泵，试验量较大情况下，需要的人力劳动强度较大，需采用DY-2000型数字测试仪试验时需组装，其测量系统设备结构较复杂，成本较大，安装拆卸较繁琐；每测一块试件都需要实验人员去测量试件的长宽高，所以做较多组试件的点载荷实验时会耗费大量实验人员的时间。且一位实验人员难以完成本次实验；后期的大量重复性数据计算和处理同样会浪费实验人员大量的时间；在试验过程中，岩石容易受压发生弹出，试验人员容易被岩石弹射击伤。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种一种岩石点载荷试验方法。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种岩石点载荷试验方法，包括点载荷支架，所述点载荷支架表面顶部固定连接有点载荷支架横梁，所述点载荷支架横梁底面固定连接有固定加载锥，所述点载荷支架前侧面安装有点载荷试验平台，所述点载荷支架前侧面固定安装有微型激光测距仪，所述点载荷支架表面螺纹连接有固定螺丝，且固定螺丝和点载荷支架之间固定连接有安全防护板，所述安全防护板后侧设置有液压千斤顶，且液压千斤顶与试验仪螺纹连接有固定螺栓，所述液压千斤顶内设有活动加载锥，所述千斤顶底部固定连接有液压油管，所述液压油管中部安装有液压传感器和单向阀，且液压传感器位于单向阀左侧，所述液压油管右端固定连接有齿轮泵，所述齿轮泵，所述齿轮泵内部固定安装有齿轮泵壳体，所述齿轮泵壳体内部设有齿轮，所述齿轮内部设有齿轮固定销，所述齿轮泵的左侧固定连接有液压油储存装置，所述液压油储存装置左侧固定连接有卸荷阀，且卸荷阀左端与液压千斤顶底部固定连接，所述试验仪左侧活动插接有USB数据传输线，所述USB数据传输线左侧滑动插接有计算机。

优选的，所述点载荷实验平台与点载荷支架滑动连接，所述活动液压加载锥上升过程中会推动点载荷实验平台上升达到与固定加载锥一起向实验试件施加载荷，所述卸荷阀泄压后点载荷实验平台会自动下降到达初始位置。

优选的，所述安全防护板数量为两个，且两个安全防护板分别位于点载荷支架中部前后两侧，且安全防护板为防爆透明材质。

一种岩石点载荷试验方法，包括以下步骤：

S1：通过计算机控制软件发出指令由单片机发出指令到驱动电机带动齿轮泵经由液压油储存装置中抽出低压液压油加压后经由液压油管输入液压千斤顶中，推动活动液压加载锥向上运动与固定加载锥一起向中间岩石施加一个竖直载荷；

S2：安装在液压油管中的液压传感器采集实时液压数据并通过USB数据传输线传输到计算机控制软件中储存，计算机也可以通过安装在点载荷支架上的两个微型激光测距仪采集并计算出试件的破坏面平均宽度，计算机也可以通过安装在固定加载锥活动加载锥上的两个微型激光测距仪采集并计算出试件的加载点间距；

S3：通过计算机后台的计算公式计算出每个试件的未修正点载荷强度，当测得的点荷载强度数据在十五个以上时，将最高和最低值各删去三个，如果测得的数据较少时，则仅将最高和最低值删去，然后再求其算术平均值，作为本组岩石的点荷载强度，计算结果可以在菜单栏中通过导出选项导出一个Excle表格；

S4：计算机控制软件处单击复位按钮，控制安装在液压油管中的卸荷阀将液压千斤顶中的液压油放回到液压油储存装置中。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明提出的一种岩石点载荷试验方法，通过在点载荷支架上安装固定加载锥和活动液压加载锥上安装微型激光测距仪，在液压管中安装液压传感器，并通过在计算机中安装计算机控制软件，以及通过在点载荷支架上安装安全防护板，此测量结构相比现有的测量系统，操作更加简单，更安全，所需实验人员更少，能直接在实验完毕后得出岩石单轴抗压强度，并能较好地实现加载系统和测量系统的一体化；

2、通过引入了计算机控制装置和自动测量装置，测量过程自动进行，其测量数据全面、直观且可靠，能较大地降低试验劳动强度，提高工作效率，且试验人员能通过透明安全防护板直接观测岩石破碎过程。

3、本发明整体结构相比于现有技术中的点载荷试验仪，简化了试验仪结构，实现了结构一体化，提高了试验仪的效能和安全性，并实现了全自动点载荷实验控制，全自动点载荷实验数据采集和全自动岩石单轴抗压强度计算。

附图说明

图1为本发明结构正视图；

图2为本发明液压千斤顶与电动液压装置的连接结构示意图；

图3为本发明电动液压装置结构示意图；

图4为本发明电路结构示意图；

图5为本发明计算机控制软件示意图；

图中：1点载荷支架横梁、2微型激光测距仪、3点载荷实验平台、4点载荷支架、5固定加载锥、6安全防护板、7活动液压加载锥、8固定螺丝、9液压千斤顶、10固定螺栓、11液压油储存装置、12液压油管、13液压传感器、14卸荷阀、15单向阀、16USB数据传输线、17计算机控制软件、18齿轮、19齿轮泵、20齿轮泵壳体、21齿轮泵进油口、22齿轮固定销。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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他实施例，都属于本发明保护的范围。

参照图1-5，一种岩石点载荷试验方法，包括点载荷支架4，点载荷支架4表面顶部固定连接有点载荷支架横梁1，点载荷支架横梁1底面固定连接有固定加载锥5，点载荷支架4前侧面安装有点载荷试验平台3，点载荷实验平台3与点载荷支架4滑动连接，活动液压加载锥7上升过程中会推动点载荷实验平台3上升达到与固定加载锥5一起向实验试件施加载荷，点载荷支架4前侧面固定安装有微型激光测距仪2，微型激光测距仪2通过卡槽固定在4载荷支架的中间，当放置好被测试件后，可通过手动控制调节4载荷支架两侧的两个2微型激光测距仪来测量试件的平均宽度，点载荷支架4表面螺纹连接有固定螺丝8，且固定螺丝8和点载荷支架4之间固定连接有安全防护板6，安全防护板6数量为两个，且两个安全防护板6分别位于点载荷支架4中部前后两侧，且安全防护板6为防爆透明材质，通过设置两个安全防护板6可以防止加压过程中岩石破碎溅出伤害到实验人员，同时又可以让实验人员观察到岩石的完整破碎过程，点载荷支架横梁1下方设置有液压千斤顶9，且液压千斤顶9与试验仪底座螺纹连接有固定螺栓10，液压千斤顶9内设有活动加载锥7，千斤顶9底部固定连接有液压油管12，液压油管12中部安装有液压传感器13和单向阀15，且液压传感器13位于单向阀15左侧，液压油管12右端固定连接有齿轮泵19，齿轮泵19，齿轮泵19内部固定安装有齿轮泵壳体20，齿轮泵壳体20内部设有齿轮18，齿轮18内部设有齿轮固定销22，齿轮泵19的左侧固定连接有液压油储存装置11，液压油储存装置11左侧固定连接有卸荷阀14，且卸荷阀14左端与液压千斤顶9底部固定连接，卸荷阀14泄压后点载荷实验平台3会自动下降到达初始位置，试验仪左侧活动插接有USB数据传输线16，USB数据传输线16左侧滑动插接有计算机17，单片机通过USB数据传输线16连接外接计算机17，控制软件可以开始和结束每一个试件的点载荷实验可以采集每一个试件点载荷实验的数据并存储到表格中，在同一组试件点载荷实验结束后通过单击计算按钮，可以自动处理数据计算出岩石单轴抗压强度。

一种岩石点载荷试验方法，包括以下步骤：

S1：通过计算机17控制软件发出指令由单片机发出指令到驱动电机带动齿轮泵19经由液压油储存装置11中抽出低压液压油加压后经由液压油管12输入液压千斤顶9中，推动活动液压加载锥7向上运动与固定加载锥5一起向中间岩石施加一个竖直载荷；

S2：安装在液压油管12中的液压传感器13采集实时液压数据并通过USB数据传输线16传输到计算机17控制软件中储存，计算机17也可以通过安装在点载荷支架上4的两个微型激光测距仪2采集并计算出试件的破坏面平均宽度，计算机17也可以通过安装在固定加载锥5活动加载锥7上的两个微型激光测距仪2采集并计算出试件的加载点间距；

S3：通过计算机17后台的计算公式计算出每个试件的未修正点载荷强度，当测得的点荷载强度数据在十五个以上时，将最高和最低值各删去三个，如果测得的数据较少时，则仅将最高和最低值删去，然后再求其算术平均值，作为本组岩石的点荷载强度，计算结果可以在菜单栏中通过导出选项导出一个Excle表格；

S4：计算机17控制软件处单击复位按钮，控制安装在液压油管12中的卸荷阀14将液压千斤顶9中的液压油放回到液压油储存装置11中。

该文中出现的电器元件均与外界的主控器及220V市电电连接，并且主控器可为计算机等起到控制的常规已知设备。

综上所述，本发明提出的一种岩石点载荷试验方法，通过在点载荷支架上4安装固定加载锥5和活动液压加载锥7上安装微型激光测距仪，在液压管12中安装液压传感器13，并通过在计算机中安装计算机控制软件17，以及通过在点载荷支架4上安装安全防护板6，此测量结构相比现有的测量系统，操作更加简单，更安全，所需实验人员更少，能直接在实验完毕后得出岩石单轴抗压强度，并能较好地实现加载系统和测量系统的一体化；通过引入了计算机控制装置4和自动测量装置5，测量过程自动进行，其测量数据全面、直观且可靠，能较大地降低试验劳动强度，提高工作效率，且试验人员能通过透明安全防护板6直接观测岩石破碎过程；本发明整体结构相比于现有技术中的点载荷试验仪，简化了试验仪结构，实现了结构一体化，提高了试验仪的效能和安全性，并实现了全自动点载荷实验控制，全自动点载荷实验数据采集和全自动岩石单轴抗压强度计算，解决了现有技术中存在的缺点的问题。

需要说明的是，在本文中，诸如术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。