CN116165268B - 岩石强度检测定距装置及岩石强度检测仪、使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了岩石强度检测定距装置及岩石强度检测仪、使用方法，岩石强度检测定距装置，包括固定环、调节螺母和螺纹柱；所述固定环固定在强度检测仪的外壳上；所述固定环上设置有多个调节螺母，所述螺纹柱与调节螺母螺纹连接，通过转动螺纹柱实现螺纹柱的高度调节，所述螺纹柱至少设置有两个，多个螺纹柱在固定环周向上均匀分布；所述调节螺母的数量大于等于螺纹柱的数量。本发明根据岩石表面不平整的特点，采用多个螺纹柱限定撞击壳的加速路径长度，通过转动螺纹柱实现螺纹柱的高度调节，能够确保螺纹柱的端部与岩石表面均接触，具有较好的稳定性。

Description

岩石强度检测定距装置及岩石强度检测仪、使用方法

技术领域

本发明涉及岩土工程技术领域，具体涉及岩石强度检测定距装置及岩石强度检测仪、使用方法。

背景技术

在岩土工程领域中，岩石强度检测是评价岩石是否适宜作为建筑构筑物或评价其作为承载物长期稳定性的一项重要工作。现有的岩石强度检测主要采用岩石力学试验和回弹仪检测两种方法。岩石力学试验是将岩石制成试块通过室内单轴/三轴强度试验和点荷载试验测定岩石强度。回弹仪检测是在岩石原位进行的非破损检测，回弹仪检测的原理是：回弹仪的重锤以一定动能冲击与岩石表面接触的冲击杆后，重锤产生回弹同时带动回弹仪内的指针移动，得到回弹值，再用该值推算岩石强度。

现有的岩石力学试验存在的问题是：(1)岩样需要取样、运输、搬运、制样、试验等一系列工序，试验成本较高，试验操作相对复杂；(2)考虑到试验成本，只能选取代表性岩石进行试验，而不能开展普遍性的试验。

现有的回弹仪检测存在的问题是：(1)重锤在回弹时，与重锤相连的弹簧会不断的压缩和伸展，使指针读数产生误差；(2)回弹仪通过向冲击杆施加力带动重锤击发，只能用于硬岩，而不能应用于一些软弱岩带的强度检测；(3)岩石会吸收一部分重锤产生的冲击能量，应用于不同类型岩石时被吸收的冲击能量不同，所得强度检测结果有一定误差。

通过撞击音分贝值进行强度值的换算/计算已经在各个领域有所研究，通过撞击音分贝值计算强度值的原理是：不同强度的部件(如混凝土)所产生的撞击音大小是不同的，通过声级计探头采集测撞击音，根据测撞击音的大小根据公式换算强度值，在采集测撞击音的过程中，需要对声级计探头的撞击路径进行定距才能测量准确，现有的研究主要是基于平面检测强度值，采用的定距机构通常是一个圆筒，使用时将圆筒一端放置在待测物表面，撞击时声级计探头弹出穿过圆筒撞击待测物表面。

但是，由于岩石的表面不是平整面，具有大大小小的凹坑，因此，采用现有的圆筒定距不适用于岩石的强度检测，所以，亟需设计一种能够适用于岩石强度检测的定距装置。

发明内容

本发明的目的在于提供岩石强度检测定距装置，该定距装置能够适用于岩土强度检测，且定距长度可调节。

此外，本发明还提供包括上述岩石强度检测定距装置的岩石强度检测仪及其使用方法。

本发明通过下述技术方案实现：

岩石强度检测定距装置，包括固定环、调节螺母和螺纹柱；

所述固定环固定在强度检测仪的外壳上；

所述固定环上设置有多个调节螺母，所述螺纹柱与调节螺母螺纹连接，通过转动螺纹柱实现螺纹柱的高度调节，所述螺纹柱至少设置有两个，多个螺纹柱在固定环周向上均匀分布；所述调节螺母的数量大于等于螺纹柱的数量。

本发明所述螺纹柱与调节螺母相配合的一端设置有外螺纹，所述调节螺母设置有内螺纹，通过转动螺纹柱即可调节螺纹柱的高度，螺纹柱的高度具体是指螺纹柱远离调节螺母的一端到调节螺母的距离，当螺纹柱顺时针转动时，螺纹柱向内缩进，螺纹柱的高度降低，当螺纹柱逆时针转动时，螺纹柱向外移出，螺纹柱的高度增加。

由于岩石的表面凹凸不平，如果直接现有的套筒限定撞击壳的加速路径长度，将会导致套筒的端部不会完全有岩石表面接触，会导致将套筒放置在岩石表面的不稳定性。

本发明根据岩石表面不平整的特点，采用多个螺纹柱限定撞击壳的加速路径长度(冲击弹簧往复运动的距离)，通过转动螺纹柱实现螺纹柱的高度调节，能够确保螺纹柱的端部与岩石表面均接触，具有较好的稳定性。

即本发明所述定距装置不仅能够适用于岩土强度检测，且定距长度(加速路径长度)可调节。

进一步地，螺纹柱的远离调节螺母的端部设置有定位端头，所述定位端头为锥面结构，且端部为锥面结构的小端。

本发明的锥面结构端头一方面能够更好的适应岩石表面的凹坑，即使是比较小(尺寸小于螺纹柱)的凹坑也能实现螺纹柱的端部与岩石表面挤压接触，且锥面结构端头具有岩石表面具有较小的接触面积，由于岩石表面未非光滑面(粗糙面)，锥面结构端头与岩石表面之间具有较大的摩擦力，能够提高螺纹柱与岩石表面挤压接触的稳定性。

进一步地，调节螺母在固定环周向上的位置可调节。

即可根据岩石表面具体的凹坑情况，适当调节多个螺纹柱之间的相对位置关系，使本发明所述岩石强度检测定距装置能够更加适用于岩石表面定距。

进一步地，固定环的外侧面设置有环形凹槽，所述调节螺母的外壁上设置有与环形凹槽相配合的凸起，所述凸起能够在环形凹槽内沿着固定环的周向滑动，所述凸起和环形凹槽之间通过一插杆或螺纹杆固定。

将调节螺母滑动到合适位置后，采用插杆或螺纹杆对调节螺母进行锁定。

进一步地，固定环上设置为多个径向通孔，所述径向通孔用于与强度检测仪的外壳可拆卸式连接。

岩石强度检测仪，包括外壳、撞击壳、声级计、滑动块、冲击弹簧、限位机构和数据处理模块；以及上述的定距装置；

所述滑动块滑动设置在外壳内，所述撞击壳和冲击弹簧分别设置在滑动块的两端，所述撞击壳远离滑动块的一端为封闭端，所述冲击弹簧的两端分别与滑动块和外壳的端部连接；

所述声级计固定在撞击壳内，用于采集撞击壳撞击岩石时产生的撞击音分贝值；

所述数据处理模块用于提取和处理声级计采集的撞击音分贝值；

所述限位机构用于对滑动块进行限位阻挡；

所述定距装置用于限定撞击壳的加速路径长度；所述固定环安装在外壳外壁，所述螺纹柱的端部与岩石接触。

本发明岩石强度检测仪检测岩石强度的原理为：

撞击壳撞击到不同强度的岩石所产生的撞击音大小是不同的，由于撞击壳是封闭的，因此通过撞击壳内部的声级计探头可以量测撞击音的大小，可通过撞击音分贝值进行强度值的换算/计算。

本发明的岩石强度检测仪属于原位无损检测，不需要采样、制样等操作，也不会对岩土产生任何的破坏。

本发明所述的声级计和数据处理模块均为现有电子设备。

进一步地，限位机构包括固定导杆、螺栓、击发按钮、限位螺母、按键弹簧和挂钩；

所述固定导杆一端固定在滑动块上，另一端靠近外壳的尾端，螺栓固定在外壳的尾端，所述按键弹簧、限位螺母和击发按钮依次穿设在螺栓上，且所述击发按钮凸出于外壳的尾端；

所述挂钩一端与螺栓连接，另一端用于对固定导杆进行限位，当在按压和松开击发按钮时，挂钩能够转动，当挂钩转动至于固定导杆相配合位置上，对固定导杆在外壳长度方向位移进行限位。

进一步地，固定导杆与挂钩相配合的一端设置有帽檐，所述挂钩能勾住帽檐远离外壳尾端的端面。

进一步地，挂钩通过转轴与外壳的尾端连接，当在按压和松开击发按钮时，挂钩能够绕转轴转动。

岩石强度检测仪的使用方法，包括以下步骤：

S1、将撞击壳推向外壳内部，直至固定导杆被挂钩勾住；

S2、选择检测仪的测量模式，对数据进行复位清零；

S3、将螺纹柱的端部放置在岩石上，并根据放置位置岩石表面的凹坑调节各个螺纹柱的高度，使各个螺纹柱的端部均与岩石表面接触；

S4、缓慢按压击发按钮，撞击壳弹出并撞击岩石表面，听到撞击声后缓慢松开击发按钮；

S5、通过声级计采集撞击音分贝值传递给数据处理模块，数据处理模块根据最按压和松开击发按钮时间段内的最大分贝值计算获得岩石的强度值。

具体地：在数据处理模块内存储有分贝值与强度值的换算公式，该公式为现有技术。因此，数据处理模块获取分贝值可直接更具公式计算获得岩石的强度值。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

1、本发明根据岩石表面不平整的特点，采用多个螺纹柱限定撞击壳的加速路径长度，通过转动螺纹柱实现螺纹柱的高度调节，能够确保螺纹柱的端部与岩石表面均接触，即本发明的定距长度可调节，能够适应岩石不平整表面定距。

2、本发明通过将螺纹柱的端部设计为锥面结构，且将调节螺母设计为在固定环的位置可调节，能够使本发明所述岩石强度检测定距装置能够更加适用于岩石表面定距。

3、本发明所述限位机构采用挂钩和固定导杆相配合在滑动块的滑动方向(外壳的长度方向)对滑动块进行限位，具有限位作用好，且本发明采用击发按钮出发冲击弹簧产生巨大回弹力，具有瞬时相应的优点。

4、本发明岩石强度检测仪通过测量撞击瞬间产生的撞击音来获取岩石强度，准确性和可靠性较高，能实现原位无损检测。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为本发明岩石强度检测定距装置的整体结构示意图；

图2为本发明岩石强度检测定距装置局部结构示意图；

图3为本发明调节螺母的俯视图；

图4为本发明岩石强度检测仪处于缩回状态的结构示意图；

图5为本发明岩石强度检测仪处于伸出状态的结构示意图。

附图中标记及对应的零部件名称：

1-外壳，2-前盖，3-后盖，4-电池，5-数据处理模块，6-显示器，7-定距装置，8-撞击壳，9-声级计，10-滑动块，11-冲击弹簧，12-固定导杆，13-螺栓，14-击发按钮，15-限位螺母，16-按键弹簧，17-挂钩，18-电线，71-固定环，72-调节螺母，73-螺纹柱，74-定位端头，75-凸起，76-插杆。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例1：

如图1-图3所示，岩石强度检测定距装置，包括固定环71、调节螺母72和螺纹柱73；固定环71固定在强度检测仪的外壳1上，固定环71可直接通过焊接方式固定在外壳1外壁，固定环71可以与外壳1可拆卸式连接，具体实现方式可以是：固定环71上设置为多个径向通孔，在外壳1的外壁设置有与径向通孔相对应的螺纹孔，通过一径向螺栓穿过径向通孔固定于螺纹孔内，实现固定环71与外壳1可拆卸式连接。

固定环71上设置有多个调节螺母72，多个调节螺母72在固定环71周向上均匀分布，所述调节螺母72具有固定环71具有相同轴向，螺纹柱73一端与调节螺母72螺纹连接，通过转动螺纹柱73实现螺纹柱73的高度调节，另一端用于与岩石接触，螺纹柱73至少设置有两个，可设置有三个或四个，多个螺纹柱73在固定环71周向上均匀分布；调节螺母72的数量大于等于螺纹柱73的数量，即调节螺母72与螺纹柱73可以不用一一对应，可以根据需要安装适当数量的螺纹柱73，例如：均匀布置为6个调节螺母72，可在三个调节螺母72内连接螺纹柱73，3个螺纹柱73与没有安装螺纹柱73的调节螺母72呈间隔布置，当实际使用时，将螺纹柱73的端部与岩石挤压接触时，如果三个螺纹柱73不能很好实现与岩石挤压接触定位，根据实际情况增在适当位置增加螺纹柱73。

在一个优选案例中，为了进一步提高螺纹柱73端部与岩石表面接触的稳定性，螺纹柱73的远离调节螺母72的端部设置有定位端头74，定位端头74为锥面结构，锥面结构不仅不能适用于不同尺寸的岩石表面凹坑，且由于岩石表面为非光滑面，能够提高二者之间的摩擦力，进一步提高了螺纹柱73端部与岩石表面接触的稳定性。

在一个优选案例中，为了进一步提高螺纹柱73端部与岩石表面接触的稳定性，调节螺母72在固定环71周向上的位置可调节。具体实现调节螺母72的位置可调节的方式为：

如图2、图3所示，固定环71的外侧面设置有环形凹槽，所述调节螺母72的外壁上设置有与环形凹槽相配合的凸起75，所述凸起75能够在环形凹槽内沿着固定环71的周向滑动，所述凸起75和环形凹槽之间通过一插杆76或螺纹杆固定。

具体的，在环形凹槽的上侧壁设置有第一通孔，在凸起75上设置有第二通孔，所述第二通孔与第一通孔相对应，插杆76或螺纹杆能够穿过第一通孔固定于第二通孔，所述插杆76与第一通孔和第二通孔为间隙配合，当第一通孔和第二通孔和螺纹孔时，螺纹杆与第一通孔和第二通孔螺纹连接。

实施例2：

如图1-图5所示，岩石强度检测仪，包括外壳1、撞击壳8、声级计9、滑动块10、冲击弹簧11、限位机构和数据处理模块5；以及实施例1的定距装置7；

滑动块10滑动设置在外壳1内，即滑动块10的外壁与外壳1的内壁接触，外壳1对滑动块10具有限位和导向作用，优选地，在外壳1内壁设置涂覆有润滑剂，能够减少滑动块10滑动时与外壳1内壁之间的摩擦力。

在本实施例中，外壳1的两端均为开端，外壳1的两端分别设置有前盖2和后盖3，前盖2和后盖3分别设置在外壳1的前端和尾端，前盖2上设置有用于穿过撞击壳8的通孔，后盖3还设置有使电线18穿过的穿线槽。

撞击壳8和冲击弹簧11分别设置在滑动块10的两端，撞击壳8远离滑动块10的一端为封闭端，冲击弹簧11的两端分别与滑动块10和后盖3连接；撞击壳8能在冲击弹簧11的回复力作用下冲出外壳1，沿着螺纹柱73移动撞击岩石表面。

声级计9固定在撞击壳8内，撞击壳8与滑动块10连接的一端为开口端，声级计9一端与滑动块10连接，声级计9用于采集撞击壳8撞击岩石时产生的撞击音分贝值；作为优选的，声级计9、撞击壳8与滑动块10连接处均设置有密封圈，以确保声级计9置于密封的腔体内。

数据处理模块5用于提取和处理声级计9采集的撞击音分贝值，数据处理模块5与声级计9之间通过电线18电连接，优选的，电线18为螺旋电缆，以适应声级计9的位移，在滑动块10上设置用于穿过电线18的通孔，数据处理模块5包括控制器和存储器和通信模块等，其内存储有撞击音分贝值与强度的换算公式，可直接更具获得的撞击音分贝值计算岩石的强度。

限位机构用于对滑动块10进行限位阻挡，且能实现撞击壳8的瞬时激发；限位机构的一个具体实现结构为：

限位机构包括固定导杆12、螺栓13、击发按钮14、限位螺母15、按键弹簧16和挂钩17；

所述固定导杆12一端固定在滑动块10上，另一端靠近外壳1的尾端，且另一端设置有帽檐，该帽檐与挂钩17相配合，螺栓13固定在后盖3上，按键弹簧16、限位螺母15和击发按钮14依次穿设在螺栓13上，且所述击发按钮14凸出于后盖3；

挂钩17一端与螺栓13连接，另一端用于对固定导杆12进行限位，具体限位方式为挂钩17勾住帽檐远离后盖3的端面，当在按压和松开击发按钮14时，挂钩17能够绕转轴转动，当挂钩17转动至与固定导杆12相配合位置上，对固定导杆12在外壳1长度方向位移进行限位。

螺栓13、击发按钮14、限位螺母15、按键弹簧16和挂钩17构成仪器击发系统，击发系统组装方法为：

螺栓13穿过后盖3穿入按键弹簧16，压缩按键弹簧16，然后在螺栓13上穿入限位螺母15，通过限位螺母15固定按键弹簧16；再压缩按键弹簧16将击发按钮14从后盖3内部穿出后盖3，然后通过限位螺母15继续压缩按键弹簧，使螺栓13穿过挂钩17端部的通孔(挂钩17和螺栓13连接侧有个圆孔，通过孔和螺栓13连接)，最后松开对按键弹簧16的限位，螺栓13穿过挂钩17再穿入击发按钮14。最后再调整限位螺母15到适宜的限制位置，完成击发系统组装。

挂钩17设置有转轴，通过转轴与后盖3内壁连接，在按压和松开击发按钮14时可绕转轴转动，作用为实现对固定导杆12的固定。按键弹簧16作用为在按压击发按钮14时能压缩，使挂钩17能产生转动，放开对固定导杆12的束缚；在松开击发按钮14后，在按键弹簧16回复力作用下带动挂钩17转动，实现对固定导杆12的固定。

当挂钩17勾住固定导杆12时，冲击弹簧11处于压缩状态，撞击壳8端部微露出前盖2外部。当按压击发按钮14，挂钩17失去对固定导杆12的固定，在冲击弹簧11巨大的回复力作用下，滑动块10带动撞击壳8沿外壳1轴线向前移动到最大位置，撞击壳8端部撞击岩石表面。

定距装置7用于限定撞击壳8的加速路径长度；所述固定环71安装在外壳1外壁，螺纹柱73的端部与岩石接触。

在一个优选案例中，岩石强度检测仪还包括电池4和显示器6，所述电池4和显示器6与数据处理模块5电连接，电池4用于为岩石强度检测仪的电子设备供电，显示器6用于显示数据处理模块5的处理结果和声级计9采集的撞击音分贝值。

示例性的：外壳1、前盖2、后盖3、滑动块10、撞击壳8均为圆形；前盖2、后盖3与外壳1采用螺栓连接，声级计9、撞击壳8与滑动块10之间采用螺栓连接，显示器6、数据处理模块5、电池4与外壳1螺栓连接。

本实施例所述岩石强度检测仪的使用方法，包括以下步骤：

S1、将撞击壳8推向外壳1内部，直至固定导杆12被挂钩17勾住；

S2、打开电池4开关，选择测量模式，对数据进行复位清零，检查显示器6的数据是否正常；

S3、将螺纹柱73的端部放置在岩石上，并根据放置位置岩石表面的凹坑调节各个螺纹柱73的高度，使各个螺纹柱73的端部均与岩石表面接触，还可以根据情况调节螺纹柱73的数量和调节螺母72的位置，使各个螺纹柱73的端部均与岩石表面接触且稳定性较好；

S4、缓慢按压击发按钮14，撞击壳8弹出并撞击岩石表面，听到撞击声后缓慢松开击发按钮14；

S5、通过声级计9采集撞击音分贝值传递给数据处理模块5，数据处理模块5根据最按压和松开击发按钮14时间段内的最大分贝值计算获得岩石的强度值。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

需要注意的是，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

Claims (6)

1.岩石强度检测仪，其特征在于，包括外壳、撞击壳、声级计、滑动块、冲击弹簧、限位机构、数据处理模块和定距装置；

所述滑动块滑动设置在外壳内，所述撞击壳和冲击弹簧分别设置在滑动块的两端，所述撞击壳远离滑动块的一端为封闭端，所述冲击弹簧的两端分别与滑动块和外壳的端部连接；所述声级计固定在撞击壳内，用于采集撞击壳撞击岩石时产生的撞击音分贝值，所述数据处理模块用于提取和处理声级计采集的撞击音分贝值；

所述定距装置用于限定撞击壳的加速路径长度，所述定距装置包括固定环、调节螺母和螺纹柱，所述固定环安装在外壳外壁上，所述固定环上设置有多个调节螺母，所述螺纹柱与调节螺母螺纹连接，所述螺纹柱的端部与岩石接触，通过转动螺纹柱实现螺纹柱的高度调节，所述螺纹柱至少设置有两个，多个螺纹柱在固定环周向上均匀分布，所述调节螺母的数量大于等于螺纹柱的数量；

所述限位机构用于对滑动块进行限位阻挡，所述限位机构包括固定导杆、螺栓、击发按钮、限位螺母、按键弹簧和挂钩；所述固定导杆一端固定在滑动块上，另一端靠近外壳的尾端，螺栓固定在外壳的尾端，所述按键弹簧、限位螺母和击发按钮依次穿设在螺栓上，且所述击发按钮凸出于外壳的尾端；

所述挂钩一端与螺栓连接，另一端用于对固定导杆进行限位，当在按压和松开击发按钮时，挂钩能够转动，当挂钩转动至于固定导杆相配合位置上，对固定导杆在外壳长度方向位移进行限位；所述固定导杆与挂钩相配合的一端设置有帽檐，所述挂钩能勾住帽檐远离外壳尾端的端面；所述挂钩通过转轴与外壳的尾端连接，当在按压和松开击发按钮时，挂钩能够绕转轴转动。

2.根据权利要求1所述岩石强度检测仪，其特征在于，所述螺纹柱的远离调节螺母的端部设置有定位端头，所述定位端头为锥面结构。

3.根据权利要求1所述岩石强度检测仪，其特征在于，所述调节螺母在固定环周向上的位置可调节。

4.根据权利要求3所述岩石强度检测仪，其特征在于，所述固定环的外侧面设置有环形凹槽，所述调节螺母的外壁上设置有与环形凹槽相配合的凸起，所述凸起能够在环形凹槽内沿着固定环的周向滑动，所述凸起和环形凹槽之间通过一插杆或螺纹杆固定。

5.根据权利要求1-4任一项所述岩石强度检测仪，其特征在于，所述固定环上设置为多个径向通孔，所述径向通孔用于与强度检测仪的外壳可拆卸式连接。

6.如权利要求1-5任一项所述岩石强度检测仪的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、将撞击壳推向外壳内部，直至固定导杆被挂钩勾住；

S2、选择检测仪的测量模式，对数据进行复位清零；

S3、将螺纹柱的端部放置在岩石上，并根据放置位置岩石表面的凹坑调节各个螺纹柱的高度，使各个螺纹柱的端部均与岩石表面接触；

S4、缓慢按压击发按钮，撞击壳弹出并撞击岩石表面，听到撞击声后缓慢松开击发按钮；

S5、通过声级计采集撞击音分贝值传递给数据处理模块，数据处理模块根据最按压和松开击发按钮时间段内的最大分贝值计算获得岩石的强度值。