本發(fā)明涉及巖石強(qiáng)度測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，特別是指一種空心包體地應(yīng)力測(cè)量自密封多口徑通用型高壓圍壓率定儀。

背景技術(shù)：

地應(yīng)力測(cè)量是實(shí)現(xiàn)巖土工程開(kāi)挖設(shè)計(jì)和決策科學(xué)化的必要前提。圍壓率定是空心包體地應(yīng)力測(cè)量法的室內(nèi)標(biāo)定試驗(yàn)，用以確定通過(guò)地應(yīng)力測(cè)量間接方法得到的巖芯變形參數(shù)，進(jìn)而推導(dǎo)應(yīng)力大小。淺部地應(yīng)力測(cè)量以線彈性理論為基礎(chǔ)，圍壓率定測(cè)定巖石恒定變形參數(shù)。但進(jìn)入深部，巖石、巖體在壓力水平逐漸增大的情況下表現(xiàn)出明顯的非線性變形特征。因此需要突破常規(guī)圍壓率定(壓力在40mpa以內(nèi))限制，根據(jù)測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)力水平，研發(fā)高壓圍壓率定設(shè)備研究高應(yīng)力狀態(tài)下解除巖芯非線性變形特征獲取不同壓力下巖芯變形參數(shù)，提高深部地應(yīng)力測(cè)量精度和數(shù)據(jù)和理性。

目前國(guó)內(nèi)外地應(yīng)力圍壓率定設(shè)備型號(hào)主要有es&s公司的model-a型、model-b型、model-c型。國(guó)際上es&s公司產(chǎn)品根據(jù)型號(hào)不同最大壓力范圍有：0-30mpa和0-40mpa，設(shè)備最大可提供40mpa圍壓(a型號(hào)(直徑110-150mm)提供壓力范圍為0-30mpa，b型號(hào)(直徑70-110mm)提供壓力范圍為0-40mpa，c型號(hào)(直徑40-70mm)提供壓力范圍為0-40mpa，http://www.esands.com/products/geotech/biaxial.html)。國(guó)家“十三五”科技攻關(guān)項(xiàng)目“深部地應(yīng)力環(huán)境與災(zāi)害動(dòng)力學(xué)”提出我國(guó)深部巖體定義在2000米以淺，而此時(shí)地應(yīng)力水平已達(dá)到60mpa甚至100mpa(葛修潤(rùn),2011,“三維地應(yīng)力bwsrm測(cè)量新方法及其測(cè)井機(jī)器人在重大工程中的應(yīng)用”)。在深部高壓力水平條件下深部巖石巖體呈現(xiàn)較為明顯的非線性變形特征。因此，為了得到巖體從低壓到高壓的一系列特性參數(shù)，模擬巖體從低壓到高壓的力學(xué)行為，通過(guò)高圍壓下巖體變形參數(shù)反推地應(yīng)力水平，需要研發(fā)高應(yīng)力的圍壓率定設(shè)備。

由于現(xiàn)有圍壓率定(雙軸壓力系統(tǒng))設(shè)備的承壓膠套通過(guò)密封圈固定在承壓缸體上，皮套變形受缸體夾具和油壓的控制，在邊角處會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力集中而影響系統(tǒng)整體壓力的升高。此外現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)力解除巖芯外徑由于巖石種類、鉆孔壓力、鉆頭性能的不同會(huì)有較大變化，而在固定伸長(zhǎng)率條件下，單一設(shè)備不能滿足多口徑巖芯試驗(yàn)需求。本發(fā)明采用的雙凹槽型自密封高強(qiáng)度聚氨酯皮套，其伸縮性達(dá)600％，抗拉強(qiáng)度可達(dá)30mpa，承壓膠套配合不同口徑缸體蓋板可自由伸縮變形并由加工精度控制密閉性性能以滿足多種口徑巖芯的圍壓率定試驗(yàn)，消除應(yīng)力集中，滿足高應(yīng)力要求。目前已完成90mm、100mm、110mm等多種直徑巖芯的50mpa、60mpa、80mpa的圍壓測(cè)試試驗(yàn)。本發(fā)明提供的空心包體地應(yīng)力測(cè)量自密封多口徑通用型高壓圍壓率定儀，目前測(cè)試顯示試驗(yàn)?zāi)M應(yīng)力水平可達(dá)到80mpa。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種空心包體地應(yīng)力測(cè)量自密封多口徑通用型高壓圍壓率定儀。

該高壓圍壓率定儀包括高壓圍壓率定儀艙體、艙蓋、橡膠皮套和高壓手泵；高壓圍壓率定儀艙體兩端設(shè)置限制橡膠皮套外擴(kuò)的艙蓋，艙蓋上有與橡膠皮套內(nèi)徑相等的同心圓孔，液壓油充滿在橡膠皮套和高壓圍壓率定儀艙體之間，試驗(yàn)巖樣放在橡膠皮套中被擠壓；橡膠皮套設(shè)置在高壓圍壓率定儀艙體內(nèi)，高壓圍壓率定儀艙體的高度與橡膠皮套的高度相同；高壓圍壓率定儀艙體上設(shè)置進(jìn)油口和排氣口，進(jìn)油口通過(guò)高壓油管與高壓手泵相連，排氣口用于排出高壓圍壓率定儀艙體與橡膠皮套之間的空氣，且排氣口與油壓表一體設(shè)計(jì)。

其中，艙蓋為多孔徑通用匹配型艙蓋；橡膠皮套為背雙凹槽通用型自密封高強(qiáng)度聚氨酯橡膠皮套，橡膠皮套參數(shù)如下：硬度65±3ha，拉伸強(qiáng)度≥30mpa，扯斷伸長(zhǎng)率≥600％，撕裂強(qiáng)度≥50kn/m，扯斷永久變形≤25％，阿克隆磨耗≤0.1，耐熱氧老化(70℃×168h，拉伸強(qiáng)度下降率)≤15％，耐曲撓性能30萬(wàn)次無(wú)龜裂。

高壓圍壓率定儀艙體內(nèi)油壓可達(dá)到700mpa，所述高壓圍壓率定儀艙體和艙蓋采用8個(gè)26.9mm口徑的12.9級(jí)強(qiáng)度內(nèi)六角螺栓連接。內(nèi)六角螺栓(5)抗拉強(qiáng)度為1220mpa。

高壓圍壓率定儀進(jìn)油口處采用的高壓油管為227957a型合金油管，高壓油管強(qiáng)度≤250mpa，高壓油管金屬口徑為20mm。

橡膠皮套外徑大小與所述高壓圍壓率定儀艙體內(nèi)徑差小于1mm。

高壓圍壓率定儀不設(shè)置金屬墊圈，完全靠所述橡膠皮套的工作性能和油壓加壓，使橡膠皮套與艙體密閉契合，隨著壓力的增長(zhǎng)，橡膠皮套只有內(nèi)圈尺寸增大，外圈緊貼艙體，通過(guò)油壓壓力對(duì)所述高壓圍壓率定儀進(jìn)行密封，從而實(shí)現(xiàn)自密封。

整個(gè)系統(tǒng)采用液壓油自密封原理，根據(jù)巖心尺寸匹配艙蓋板，進(jìn)油口通過(guò)高壓油管與高壓手泵相連，采用通用型自密封高強(qiáng)度聚氨酯橡膠皮套，實(shí)現(xiàn)圍壓80mpa的穩(wěn)定加載，通過(guò)加壓系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)高壓圍壓率定儀內(nèi)的圍壓大小。發(fā)明的空心包體地應(yīng)力測(cè)量自密封多口徑通用型高壓圍壓率定儀在較短時(shí)間內(nèi)可以施加徑向80mpa以上的穩(wěn)定的圍壓值，能夠模擬深部巖體地應(yīng)力，監(jiān)測(cè)巖樣加載破壞前的變形，且系統(tǒng)具有操作簡(jiǎn)便，圍壓穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。

本發(fā)明的上述技術(shù)方案的有益效果如下：

本發(fā)明將巖石試樣置于所述高壓圍壓率定儀的背雙凹槽通用型自密封高強(qiáng)度聚氨酯橡膠皮套內(nèi)，所述高壓圍壓率定儀艙體與皮套之間充滿液壓油，利用液壓油的流動(dòng)性，使壓力能均勻作用在巖樣上，給巖樣施加徑向方向的圍壓壓力，操作操作簡(jiǎn)便，圍壓穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的空心包體地應(yīng)力測(cè)量自密封多口徑通用型高壓圍壓率定儀結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明空心包體地應(yīng)力測(cè)量自密封多口徑通用型高壓圍壓率定儀聚氨酯橡膠皮套設(shè)計(jì)圖；

圖3為本發(fā)明空心包體地應(yīng)力測(cè)量自密封多口徑通用型高壓圍壓率定儀艙體設(shè)計(jì)圖；

圖4為本發(fā)明空心包體地應(yīng)力測(cè)量自密封多口徑通用型高壓圍壓率定儀艙蓋設(shè)計(jì)圖。

其中：1-高壓圍壓率定儀艙體；2-艙蓋；3-高壓油管；4-油壓表；5-內(nèi)六角螺栓；6-排氣口；7-橡膠皮套；8-高壓手泵。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖及具體實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)描述。

本發(fā)明提供一種空心包體地應(yīng)力測(cè)量自密封多口徑通用型高壓圍壓率定儀。

如圖1所示，該高壓圍壓率定儀包括高壓圍壓率定儀艙體1、艙蓋2、橡膠皮套7和高壓手泵8；高壓圍壓率定儀艙體1兩端設(shè)置限制橡膠皮套7外擴(kuò)的艙蓋2，艙蓋2上有與橡膠皮套7內(nèi)徑相等的同心圓孔；橡膠皮套7設(shè)置在高壓圍壓率定儀艙體1內(nèi)，高壓圍壓率定儀艙體1的高度與橡膠皮套7的高度相同；高壓圍壓率定儀艙體1上設(shè)置進(jìn)油口和排氣口6，進(jìn)油口通過(guò)高壓油管3與高壓手泵8相連，排氣口6用于排出高壓圍壓率定儀艙體1與橡膠皮套7之間的空氣，且排氣口6與油壓表4一體設(shè)計(jì)。高壓圍壓率定儀艙體1和艙蓋2之間用內(nèi)六角螺栓5連接，以確保艙體和艙蓋連接緊密，壓實(shí)橡膠皮套，保證密封性。橡膠皮套7外直徑與艙體內(nèi)徑相同，內(nèi)徑與艙蓋內(nèi)徑相同，保證艙體在零壓條件下保證自密封狀態(tài)，巖樣放入橡膠皮套內(nèi)進(jìn)行壓縮。

橡膠皮套7、高壓圍壓率定儀艙體1和艙蓋2設(shè)計(jì)圖分別如圖2、圖3和圖4所示。

橡膠皮套7為背雙凹槽通用型自密封高強(qiáng)度聚氨酯橡膠皮套，橡膠皮套參數(shù)如下：硬度65±3ha，拉伸強(qiáng)度≥30mpa，扯斷伸長(zhǎng)率≥600％，撕裂強(qiáng)度≥50kn/m，扯斷永久變形≤25％，阿克隆磨耗≤0.1，耐熱氧老化(70℃×168h，拉伸強(qiáng)度下降率)≤15％，耐曲撓性能30萬(wàn)次無(wú)龜裂。

該高壓圍壓率定儀艙體1所用材料為經(jīng)過(guò)調(diào)質(zhì)后的45號(hào)鋼(jis中稱為：s45c,astm中稱為1045,080m46,din稱為：c45)，調(diào)質(zhì)處理后的45號(hào)鋼具有良好的綜合機(jī)械性能，其抗拉強(qiáng)度不小于700mpa。

高壓圍壓率定儀艙體1內(nèi)油壓不超過(guò)700mpa，高壓圍壓率定儀艙體1和艙蓋2采用8個(gè)26.9mm口徑的12.9級(jí)強(qiáng)度內(nèi)六角螺栓5連接。

高壓圍壓率定儀進(jìn)油口處采用的高壓油管3為227957a型合金油管，高壓油管3強(qiáng)度≤250mpa，高壓油管3金屬口徑為20mm。

橡膠皮套7外徑大小與所述高壓圍壓率定儀艙體1內(nèi)徑差小于1mm。高壓圍壓率定儀不設(shè)置金屬墊圈。

具體工作原理(操作步驟)為:

1、如圖1所示將貼好應(yīng)變片的巖樣放入聚氨酯橡膠皮套7內(nèi)；

2、然后，將整個(gè)橡膠皮套7放入高壓圍壓率定儀艙體1中；

3、把艙蓋2通過(guò)內(nèi)六角螺栓5固定在高壓圍壓率定儀艙體1上，從一側(cè)引出導(dǎo)線；

4、高壓油管3連接進(jìn)油口和高壓手泵8，排氣口6螺栓松開(kāi)，直到艙體和橡膠皮套7之間的充滿液壓油后，排氣口6密封；

5、將在高壓圍壓率定儀放到巖石剛性抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)機(jī)上固定，將導(dǎo)線與應(yīng)變儀相連；

6、高壓手泵8加至所需的壓力；

7、試驗(yàn)結(jié)束打開(kāi)排氣口6，將艙體內(nèi)液壓油回流到高壓手泵8內(nèi)。

本發(fā)明采用自密封原理設(shè)計(jì)空心包體地應(yīng)力測(cè)量自密封多口徑通用型高壓圍壓率定儀，液壓油通過(guò)與高壓手泵相連的進(jìn)油口進(jìn)入高壓圍壓率定儀中，橡膠皮套對(duì)其內(nèi)巖心施加徑向圍壓，油壓穩(wěn)定；采用的圓柱形巖樣直徑與皮套內(nèi)徑相同；高壓油管與艙體進(jìn)油口處安裝濾網(wǎng)，防止皮套破裂回油時(shí)，碎屑不隨液壓油流入高壓油管造成堵塞。

以上所述是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明所述原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。