本實用新型涉及測定巖石點荷載強度的試驗裝置，尤其涉及一種野外測定巖石點荷載強度的儀器。

背景技術：

點載荷試驗是巖體工程中巖體分級（RMR、CSMR等）研究和強度參數(shù)的一個十分重要的指標，對各類大型巖體工程，特別是礦山和大型地下巖體工程的支護以及圍巖穩(wěn)定性分析具有十分重要的作用。同時，點載荷試驗不僅具有簡易快捷，能進行原始狀態(tài)的現(xiàn)場測試，具有工時少、費用低和便于大量試驗的優(yōu)點，還擁有能對不易進行常規(guī)試驗的軟巖與嚴重風化巖石的強度指標進行測試的特點。

巖石點荷載強度試驗方法是國際巖石力學學會（ISRM）試驗方法委員會于1972年建議采用的，1984年又對該方法進行了修正。其試驗是將巖石試件置于兩個球型圓錐狀壓板之間，對試件施加集中荷載，直至破壞，然后根據(jù)破壞荷載求得巖石的點荷載強度，并以其點荷載強度作為巖石強度分類及巖體風化分類的指標，也可用于評價巖石強度的各向異性程度，預估與之相關的其它強度如單軸抗壓強度和抗拉強度等指標，進而可計算出巖基的承載力。

現(xiàn)有的巖石點荷載試驗設備中，主要包括GCTS巖石點荷儀和SYDZ-3型數(shù)顯巖石點荷載儀，兩者結構相同，主要有加荷系統(tǒng)、荷載測量系統(tǒng)組成。加荷系統(tǒng)包括支撐框架、加荷錐及液壓千斤頂裝置；支撐框架有足夠的剛度，可保證在最大破壞荷載的反復作用下不會產(chǎn)生永久性扭曲；加荷錐球面曲率半徑為5.0mm,圓錐的頂角為60°，采用堅硬優(yōu)質鋼制成；加荷裝置采用手搖液壓油泵，由千斤頂活塞將液壓傳到加荷錐，對試件施加荷載。荷載測量系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)顯示屏顯示破壞荷載峰值。

現(xiàn)有巖石點荷載試驗機能較快、較準確測定巖石的載荷強度，并能數(shù)字顯示其強度值；然而，這類儀器存在以下不足：（1）其加載裝置采用液壓千斤頂，千斤頂最大出力50KN，而實際工程巖體強度多為60Mpa按規(guī)范計算則15KN即能將不規(guī)則試件壓壞，那么配有出力50KN的千斤頂在現(xiàn)場試驗是一種浪費。（2）儀器整體框架中底板、橫梁太過厚重使整機質量重45KG～50KG，無法滿足工程師在野外進行巖石點荷載試驗時對儀器輕便化的要求。（3）荷載測量系統(tǒng)能夠顯示并記錄下使巖石破壞的荷載強度但仍需手工記錄下荷載強度值，測量兩加載頭間試件的長度是通過刻度尺人工讀取記錄，未實現(xiàn)自動智能化的數(shù)據(jù)記錄。

為解決以上不足，滿足野外現(xiàn)場對巖石點荷載儀輕便化、智能化的需求。本實用新型發(fā)明提出一種野外測定巖石點荷載強度的儀器，其加載系統(tǒng)引入渦輪渦桿傳動件手動加載裝置，并將加荷系統(tǒng)與測量系統(tǒng)有機的結合，旨在實現(xiàn)點荷載儀的輕便化、智能化，提高試驗儀的野外測試適應性，滿足工程實際中測定巖石強度≤60Mpa的要求。

技術實現(xiàn)要素：

針對上述情況，本實用新型目的是：使現(xiàn)有巖石點荷載儀器的重量大幅減輕、使儀器測量參數(shù)直接存儲，無需人工記錄，滿足野外測定巖石點荷載強度對儀器輕便化智能化的需求,并提供一種上、下加載頭可拆卸式安裝，方便磨損替換，節(jié)省試驗成本。

為解決其技術問題本發(fā)明所采用的技術方案為：一種野外測定巖石點荷載強度的儀器，包括支撐系統(tǒng)、加載機構、測量系統(tǒng)，所述儀器支撐系統(tǒng)包括底座、立柱和固定橫梁，所述立柱的一端與底座固定，所述立柱的另一端與橫梁固定，所述儀器加載機構包括手搖桿、渦輪渦桿傳動件、上頂桿、上加載頭、下頂桿和下加載頭，所述手搖桿通過渦輪渦桿保護殼與渦輪渦桿傳動件連接，所述渦輪渦桿傳動件固定在橫梁中間，所述上加載頭與下加載頭相互垂直對準，所述儀器測量系統(tǒng)包括壓力傳感器、測距傳感器，所述壓力傳感器安裝在底座中間，所述壓力傳感器通過下頂桿和下加載頭連接，所述測距傳感器安裝在橫梁下面并與上頂桿側壁接觸，所述測距傳感器和壓力傳感器通過導線與數(shù)據(jù)存儲器連接。

進一步所述：所述儀器立柱為三根或四根，立柱和橫梁采用鋁合金材質，提高穩(wěn)定性，減輕重量。

進一步所述：所述上頂桿和上加載頭通過螺紋固定連接，所述下頂桿和下加載頭通過螺紋固定連接。

進一步所述：所述壓力傳感器采用壓電陶瓷傳感器，所述測距傳感器采用光柵尺傳感器。

進一步所述：所述傳感器量測的荷載參數(shù)P、試件尺寸D通過數(shù)據(jù)存儲器的usb接口或藍牙傳輸?shù)揭苿咏K端。

本實用新型的工作步驟及原理：本發(fā)明測定巖石點荷載強度時，將現(xiàn)場拾得的不規(guī)則試塊置于上下加載頭之間，搖動手搖柄上加載頭會緩慢頂住試件，光柵尺傳感器此時會記錄下頂桿下降距離，壓電陶瓷傳感器會記錄下試件破壞時的最大荷載，并保證破壞荷載數(shù)據(jù)和位移數(shù)據(jù)是同步記錄的即能夠建立應力-應變關系，然后通過usb接口或藍牙傳輸?shù)揭苿咏K端進行數(shù)據(jù)處理。

本實用新型的有益效果：1、采用上述方案，巖石點荷載儀器質量減輕，節(jié)省勞力搬運成本，2、采用壓電陶瓷傳感器測巖石試件的荷載，光柵尺傳感器測量出試件的長度，并將數(shù)據(jù)直接傳輸?shù)揭苿咏K端機得出試驗結果并保存，操作簡單、無需人工計算。3、采用可拆卸式加載頭，當加載頭磨損只需替換加載頭，節(jié)約試驗成本。

附圖說明

圖1為本實用新型巖石點荷載試驗儀結構示意圖。

圖2為本實用新型支撐框架四立柱俯視圖示意圖。

圖3為本實用新型渦輪渦桿傳動件示意圖。

圖4為本實用新型的加載頭結構示意圖。

圖5為本實用新型測力系統(tǒng)原理框圖。

圖中：1、底座，2、立柱，3、不規(guī)則試塊，4、固定橫梁，5、蝸輪蝸桿系統(tǒng)，6、手搖柄，7、上頂桿，8、上加載頭，9、下加載頭，10、下頂桿，11、壓電陶瓷傳感器，12、渦輪渦桿保護殼，13、光柵尺傳感器，14、連接線，15、數(shù)據(jù)存儲器，16、連接線，17、移動終端，18、渦桿，19、渦輪，20、螺絲桿。

具體實施方式

參照附圖進一步說明實現(xiàn)本實用新型的實施方式

如圖1、圖2、圖3、圖4、圖5所示，一種野外測定巖石點荷載強度的儀

器，包括支撐系統(tǒng)、加載機構、測量系統(tǒng)，所述儀器支撐系統(tǒng)包括底座1、立柱2和固定橫梁4，所述立柱2的一端與底座1固定，所述立柱2的另一端與橫梁4固定，所述儀器加載機構包括手搖桿6、渦輪渦桿傳動件5、上頂桿7、上加載頭8、下頂桿10和下加載頭9，所述手搖桿6通過渦輪渦桿保護殼12與渦輪渦桿傳動件5連接，所述渦輪渦桿傳動件5固定在橫梁4中間，所述上加載頭8與下加載頭9相互垂直對準，上加載頭8與下加載頭9之間安放不規(guī)則巖石試件3；所述儀器測量系統(tǒng)包括壓力傳感器11、測距傳感器13，所述壓力傳感器11安裝在底座1中間，所述壓力傳感器11通過下頂桿10和下加載頭9連接，所述測距傳感器13安裝在橫梁4下面并與上頂桿7側壁接觸，所述測距傳感器13和壓力傳感器11通過導線與數(shù)據(jù)存儲器15連接，操作簡單、無需人工計算。

所述儀器立柱2為四根，立柱2和橫梁4采用鋁合金材質，可以使得巖石點荷載儀器質量減輕，節(jié)省勞力搬運成本。所述上頂桿7和上加載頭8通過螺紋固定連接，所述下頂桿10和下加載頭9通過螺紋固定連接，采用可拆卸式加載頭，當加載頭磨損只需替換加載頭，節(jié)約試驗成本。所述壓力傳感器11采用壓電陶瓷傳感器，所述測距傳感器13采用光柵尺傳感器。所述傳感器量測的荷載參數(shù)P、試件尺寸D通過數(shù)據(jù)存儲器15的usb接口或藍牙傳輸?shù)揭苿咏K端17，操作簡單、無需人工計算。

實施時：通過轉動手搖柄6帶動渦桿渦輪傳動件5，使上頂桿7帶著上加載頭8緩慢勻速向下移動至下加載頭9和上加載頭8夾持住不規(guī)側巖石試件3，停止轉動手搖柄6，經(jīng)光柵尺傳感器13測的上頂桿7下降的距離并傳送給移動終端17，并計算出該試件長度D=H-L-K（H為儀器框架系統(tǒng)底座至橫梁凈空距離，L為上下加載桿、上下加載頭和壓力傳感器的高度之和，K為光柵尺傳感器測的上頂桿下降的距離）然后繼續(xù)轉動手搖柄6，直至不規(guī)則巖石試件3失效破壞，從上加載頭8開始給試件3施加荷載時，壓力傳感器11測的荷載壓力Pi(i=1,2,3,…)不斷的傳送到移動終端17并獲得點荷載最大值P=max{Pi}(i=1,2,3,…)，當獲得最大點荷載時的光柵尺傳感器測的位移用于計算出試件長度D，最后由移動終端計算出點荷載指數(shù)Is=P/D²,并保存數(shù)據(jù)。

本實用新型結構簡單，操作方便，且整機質量輕便，數(shù)據(jù)處理自動化，測試精度符合工程要求，適用于野外測定巖石點荷載強度。有以下幾個有益效果：1、采用上述方案，巖石點荷載儀器質量減輕，節(jié)省勞力搬運成本，2、采用壓電陶瓷傳感器測巖石試件的荷載，光柵尺傳感器測量出試件的長度，并將數(shù)據(jù)直接傳輸?shù)揭苿咏K端機得出試驗結果并保存，操作簡單、無需人工計算。3、采用可拆卸式加載頭，當加載頭磨損只需替換加載頭，節(jié)約試驗成本。