一种钻孔内静态破碎剂径向膨胀压测试装置及方法制造方法及图纸

一种钻孔内静态破碎剂径向膨胀压测试装置及方法，装置由置于刚性基座上的压力传感器、置于压力传感器顶面的径向膨胀压测试模拟管、模拟管轴向和径向约束机构和压力传感器数据采集仪组成；测试方法是：利用数值模拟技术以径向膨胀压测试模拟管为计算模型建立径向膨胀压测试模拟管内破碎剂膨胀压P

【技术实现步骤摘要】
一种钻孔内静态破碎剂径向膨胀压测试装置及方法
本专利技术涉及岩土工程领域，特别是一种钻孔内静态破碎剂径向膨胀压测试装置及方法。
技术介绍
随着人们环保意识的加强和节能降耗的要求，人们对炸药化学爆破产生的振动、废石、有毒有害气体等耐受程度越来越低。静态破碎剂因具有可缓慢膨胀致裂、无声、无振动和无有害气体产生的特点，而广泛应用于石材开采、建筑体拆除、混凝土破碎、岩体开挖、深部应力调控与高边坡修整等工程领域。衡量静态破碎剂性能的技术指标很多，其中膨胀压最为重要，其测量的精准程度对于静态破碎剂的性能评测、工业应用中参数选择及成本控制具有重要意义。目前，有关静态破碎剂膨胀压的测试方法主要有外管法、内管法和压力传感器法。这三种方法均是利用电阻应变片测量被测物体表面的应变值，利用一定的对应关系计算得到膨胀剂产生的膨胀压。因膨胀剂水化反应过程为放热反应，其产生的温度对电阻应变片测量影响较大，导致应用电阻应变片测量膨胀压往往会出现误差。为此，有学者采用温度补偿片或者用密封胶代替塑料袋封闭应变片的方法来消除热效应的影响，但这些方法没有从根本上消除应变片所受影响。基于上述问题，CN108151937A专利文献公开了一种用于静态破碎剂膨胀压的测试装置及方法，通过测量两个限位板之间的测量杆上的变形来反算膨胀剂产生的径向膨胀压；CN109900409A专利文献公开了一种静态破碎剂径向膨胀压测试方法，通过在金属筒台面上粘贴应变片测量径向应变及切向应变并将其带入公式计算静态破碎剂的径向膨胀压。这两种方法虽然可以测量径向膨胀压，但存在应变片粘贴工艺复杂及应变片不能重复使用带来的成本较高等问题。CN109883591A专利文献公开的一种静态破碎剂膨胀压测量设备及测量方法，利用周边块及顶底部挡片构成封闭腔室，在封闭腔室里充填破碎剂，并通过周边块与固定块之间的测力计示数除以封闭腔室的剖面积计算静态破碎剂的径向膨胀压。此方法可以测量径向膨胀压，也不用粘贴应变片，但只能用于浆状静态破碎剂膨胀压的测量，不适用于卷状静态破碎剂，且膨胀压随深度变化存在差别，用某一高度的膨胀压代替整个装置中静态破碎剂产生的膨胀压会存在误差。基于上述问题，CN1441233A专利文献公开了一种静态破裂剂膨胀压力的测试方法及测试装置，通过钢模对静态破碎裂剂进行侧向约束，使静态破裂剂仅能产生轴向膨胀和位移，然后基于测力环的读数经过线性关系转化为压力除以作用面积计算膨胀压；CN103323164A专利文献公开了一种测量静态破碎剂膨胀压的测试系统，利用压力试验机刚性框架上加载压力传感器和移动活塞来测量膨胀压，当静态破碎剂水化反应后，推动活塞，联动压力盒，此时压力传感器会记下压力数值，进而反算出静态破碎剂的膨胀压；CN108444550A专利文献公开了一种静态破碎剂膨胀压力和温度测试一体化装置，通过在约束框架中，利用上密封活塞的运动，基于压力盒来读取静态破碎剂水化反应过程中的轴向膨胀压力。这些专利文献披露的静态破碎剂膨胀压测试装置和方法虽然可避免电阻应变片粘贴复杂工艺及热效应对测试结果的影响，但所测膨胀压均为轴向膨胀压。而实际上，因钻孔的轴径比不同，静态破碎剂在轴向和径向的膨胀压并不相同，生产现场起主要作用的是静态破碎剂的径向膨胀压，用轴向膨胀压作为静态破碎剂的径向膨胀压有较大偏差；且存在测试过程繁琐、测试成本高昂、测试结果精度不高等问题。综上，现有静态破碎剂的膨胀压测试方法因在不同程度上存在测试过程繁琐、测试成本高昂、测试结果精度不高、仅能简单地测试轴向膨胀压、仅能测试浆状静态破碎剂产生的膨胀压等技术问题，使其在实际生产中的应用受到较大限制。
技术实现思路
为解决上述现有静态破碎剂膨胀压测试方法存在的技术问题，本专利技术提供一种钻孔内静态破碎剂径向膨胀压测试装置及方法。本专利技术提供的钻孔内静态破碎剂径向膨胀压测试装置，包括：刚性框架、刚性基座、压力传感器、径向膨胀压测试模拟管、轴向约束机构、径向约束机构和压力传感器数据采集仪；所述刚性框架由高强度刚性材料制成，包括位于底部的底座、位于中部的下平台和位于上部的上平台；所述刚性基座置于所述刚性框架的下平台上部；所述压力传感器为轮辐式压力传感器，置于所述刚性基座的上部；所述径向膨胀压测试模拟管为两端可封闭的金属圆管，其内径与钻孔的孔径相同(不同孔径的钻孔匹配不同内径的径向膨胀压测试模拟管)，长度为100-300mm、厚度为10-100mm；径向膨胀压测试模拟管置于所述压力传感器的顶面，与压力传感器的顶面中心对齐；所述轴向约束机构由对应所述径向膨胀压测试模拟管的中轴线、通过位于刚性框架左侧上的螺纹孔可进退的轴向丝杠、安装在轴向丝杠外端的轴向丝杠手柄、与轴向丝杠内端焊接成一体的轴向约束钢板和对应径向膨胀压测试模拟管右端中心焊接在所述刚性框架右侧上的顶柱组成；测试过程中通过旋转轴向丝杠手柄将径向膨胀压测试模拟管的两端夹持在轴向约束钢板和顶柱之间，对径向膨胀压测试模拟管的轴向位移进行约束；所述径向约束机构由对应所述径向膨胀压测试模拟管的中轴线、通过位于刚性框架上平台上的螺纹孔可进退的径向丝杠、安装在径向丝杠上端的径向丝杠手柄、与径向丝杠下端焊接成一体的径向约束钢板组成；测试过程中通过旋转径向丝杠手柄将径向膨胀压测试模拟管夹持在径向约束钢板和压力传感器之间，对径向膨胀压测试模拟管的径向位移进行约束；所述压力传感器数据采集仪与压力传感器通过导线连接，对压力传感器的监测压力信号进行实时数据采集与记录，并通过内置软件对采集数据与静态破碎剂膨胀压进行实时转换。进一步，所述径向膨胀压测试模拟管可制成分体式结构：由轴向平分成相互对称的两个半圆形管片组成，两个半圆形管片通过燕尾槽和燕尾凸相互嵌接构成径向膨胀压测试模拟管，两端由两个半圆形管片一端带有的圆形封盖封堵，构成径向膨胀压测试模拟管整体。径向膨胀压测试模拟管采取这种分体式结构便于测试完毕后，通过拆开径向膨胀压测试模拟管将膨胀后固化的膨胀剂取出，使径向膨胀压测试模拟管可重复使用。使用上述钻孔内静态破碎剂径向膨胀压测试装置测试钻孔内静态破碎剂径向膨胀压的方法，包括以下步骤：步骤1：按以下方法建立径向膨胀压测试模拟管内静态破碎剂产生的膨胀压Pi与径向膨胀压测试模拟管外壁所受压力Fo之间的关系曲线：在径向膨胀压测试模拟管材料参数弹性模量E和泊松比u已知的情况下，利用数值模拟软件以该径向膨胀压测试模拟管为计算模型，在计算模型的内壁施加环向均布应力Pi，以模拟静态破碎剂产生的径向膨胀压；在计算模型的外壁与压力传感器的上端面相接触区域施加法向位移约束，以模拟压力传感器与径向膨胀压测试模拟管之间的相互挤压作用；在约束区域每隔一定距离布置监测点并开始运算，运算结束后通过监测点的平均应力值乘以计算模型外壁面存在的微小应力等值区域面积计算得出计算模型外壁所受压力Fo，以模拟压力传感器所测压力(径向膨胀压测试模拟管外壁所受压力)；再通过计算软件得出压力传感器所测压力Fo与Pi之间的对应关系，得到径向膨胀压测试模拟管内静态破本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种钻孔内静态破碎剂径向膨胀压测试装置，其特征在于：包括：刚性框架(1)、刚性基座(2)、压力传感器(3)、径向膨胀压测试模拟管(4)、轴向约束机构(5)、径向约束机构(6)和压力传感器数据采集仪(7)；/n所述刚性框架由高强度刚性材料制成，包括位于底部的底座(1-1)、位于中部的下平台(1-2)和位于上部的上平台(1-3)；/n所述刚性基座置于所述刚性框架的下平台上部；/n所述压力传感器为轮辐式压力传感器，置于所述刚性基座的上部；/n所述径向膨胀压测试模拟管为两端可封闭的金属圆管，其内径与钻孔的孔径相同，长度为100-300mm、厚度为10-100mm；径向膨胀压测试模拟管置于所述压力传感器的顶面，与压力传感器的顶面中心对齐；/n所述轴向约束机构由对应所述径向膨胀压测试模拟管的中轴线、通过位于刚性框架左侧上的螺纹孔可进退的轴向丝杠(5-1)、安装在轴向丝杠外端的轴向丝杠手柄(5-2)、与轴向丝杠内端焊接成一体的轴向约束钢板(5-3)和对应径向膨胀压测试模拟管右端中心焊接在所述刚性框架右侧上的顶柱(5-4)组成；测试过程中通过旋转轴向丝杠手柄将径向膨胀压测试模拟管的两端夹持在轴向约束钢板和顶柱之间，对径向膨胀压测试模拟管的轴向位移进行约束；/n所述径向约束机构由对应所述径向膨胀压测试模拟管的中轴线、通过位于刚性框架上平台上的螺纹孔可进退的径向丝杠(6-1)、安装在径向丝杠上端的径向丝杠手柄(6-2)、与径向丝杠下端焊接成一体的径向约束钢板(6-3)组成；测试过程中通过旋转径向丝杠手柄将径向膨胀压测试模拟管的两端夹持在径向约束钢板和压力传感器之间，对径向膨胀压测试模拟管的径向位移进行约束；/n所述压力传感器数据采集仪与压力传感器通过导线连接，对压力传感器的监测压力信号进行实时数据采集与记录，并通过内置软件对采集数据与静态破碎剂膨胀压进行实时转换。/n...

【技术特征摘要】
1.一种钻孔内静态破碎剂径向膨胀压测试装置，其特征在于：包括：刚性框架(1)、刚性基座(2)、压力传感器(3)、径向膨胀压测试模拟管(4)、轴向约束机构(5)、径向约束机构(6)和压力传感器数据采集仪(7)；
所述刚性框架由高强度刚性材料制成，包括位于底部的底座(1-1)、位于中部的下平台(1-2)和位于上部的上平台(1-3)；
所述刚性基座置于所述刚性框架的下平台上部；
所述压力传感器为轮辐式压力传感器，置于所述刚性基座的上部；
所述径向膨胀压测试模拟管为两端可封闭的金属圆管，其内径与钻孔的孔径相同，长度为100-300mm、厚度为10-100mm；径向膨胀压测试模拟管置于所述压力传感器的顶面，与压力传感器的顶面中心对齐；
所述轴向约束机构由对应所述径向膨胀压测试模拟管的中轴线、通过位于刚性框架左侧上的螺纹孔可进退的轴向丝杠(5-1)、安装在轴向丝杠外端的轴向丝杠手柄(5-2)、与轴向丝杠内端焊接成一体的轴向约束钢板(5-3)和对应径向膨胀压测试模拟管右端中心焊接在所述刚性框架右侧上的顶柱(5-4)组成；测试过程中通过旋转轴向丝杠手柄将径向膨胀压测试模拟管的两端夹持在轴向约束钢板和顶柱之间，对径向膨胀压测试模拟管的轴向位移进行约束；
所述径向约束机构由对应所述径向膨胀压测试模拟管的中轴线、通过位于刚性框架上平台上的螺纹孔可进退的径向丝杠(6-1)、安装在径向丝杠上端的径向丝杠手柄(6-2)、与径向丝杠下端焊接成一体的径向约束钢板(6-3)组成；测试过程中通过旋转径向丝杠手柄将径向膨胀压测试模拟管的两端夹持在径向约束钢板和压力传感器之间，对径向膨胀压测试模拟管的径向位移进行约束；
所述压力传感器数据采集仪与压力传感器通过导线连接，对压力传感器的监测压力信号进行实时数据采集与记录，并通过内置软件对采集数据与静态破碎剂膨胀压进行实时转换。


2.根据权利要求1所述的钻孔内静态破碎剂径向膨胀压测试装置，其特征在于：所述径向膨胀压测试模拟管可制成分体式结构：由轴向平分成相互对称的两个半圆形管片组成，两个半圆形管片通过燕尾槽(4-1)和燕尾凸(4-2)相互嵌接构成径向膨胀压测试模拟管，两端由两个半圆形管片一端带有的圆形封盖(4-3)封堵，构成径向膨胀压测试模拟管整体。


3.使用权利要求1所述钻孔内静态破碎剂径向膨胀压测试装置测试钻孔内静态破碎剂径向膨胀压的方...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐帅，黄梦龙，马骏，杨正明，李润然，李飞，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21