CN102830022A - 多功能岩石力学性能试验机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多功能岩石力学性能试验机，其加载机架为多面环形整体式机架，机架环形内壁的底壁为安放岩石试件的平面，机架环形内壁顶壁设置有垂直向下指向岩石试件的第一作动器，机架环形内壁一侧壁面设置有水平向内指向岩石试件的第二作动器，在与设置第二作动器一侧壁面相对的另一侧壁面上设置有可移走的、一端作用于岩石试件另一端作用于机架内壁面、反作用与第二作动器的作用构成一对剪切载荷的被动加载支撑杆。本发明提供的多功能岩石力学性能试验机，可于同一台试验机上进行不同力学性能的测试，实现了一机多用的目的，且加载机架结构设计巧妙合理，大大提高了加载机架的刚度。

Description

多功能岩石力学性能试验机

技术领域

本发明涉及岩石力学性能试验测试技术领域，特别是涉及岩石试件力学性能测试的试验装置。

背景技术

岩石的直接剪切试验、单轴压缩试验、拉伸试验、三轴压缩试验等岩石力学性能的测试，是岩石应用于工程和岩石力学理论研究均必须开展的测试工作，而目前的单个试验机仅能完成其中的部分测试工作，若想完成前述不同类型的全部测试，则需在不同测试功能的试验机上完成。现有技术的岩石力学试验机，针对不同类型试验，需要配备不同结构形式和刚度的加载机架，但不同结构形式和刚度的加载机架，其结构形状通常都设计为门框式或双柱式或四柱式结构。现有的某些类型的试验机虽然可实现岩石试件单轴压缩试验、拉伸试验、三轴压缩试验的测试，但在进行不同类型的试验测试时，需更换不同的测试部件，这些部件的拆换不仅费时费力，而且更换还需多人合作完成，特别是具有一定危险性，操作不慎则造成人身伤害及设备损坏。若要在现有技术的前述试验机上实现直接剪切试验，则需配置水平向的加载机架。目前实现剪切试验的加载机架系统，通常是由水平向4柱和竖直向4柱构成的8柱式加载机架，剪切试验的加载机架结构复杂，且剪切试验的机架通常只能完成剪切试验，而不能进行其他类型的试验测试，这导致试验机使用效率大大降低。另外，现有结构的试验机加载机架，设计结构的形式限制了其不能在原有进行压缩试验功能的基础上增加剪切功能，而用于剪切试验的试验机则不能进行三轴压缩试验，更不能够进行拉伸试验。

发明内容

针对岩石力学性能测试技术的现状，本发明的目的旨在提供一种可于一台试验机上分别进行岩石试件的直接剪切、单轴压缩、单轴拉伸、弯曲断裂、三轴压缩等力学性能测试实验的多功能岩石力学性能试验机，以解决现有技术的岩石试验机存在的由于加载机架结构设计不合理所导致的不能在一台试验机上完成不同类型的岩石力学性能的试验测试，试验机使用效率低等问题。

本发明的基本思想是通过改进加载机架的结构设计，将加载机架设计成多面环形整体式的结构机架，以实现在同一台试验机上完成岩石试件的直接剪切、单轴压缩、单轴拉伸、弯曲断裂、三轴压缩等力学性能测试实验。

本发明的上述目的可通过具有下述技术方案的多功能岩石力学试验机来实现。本发明提供的多功能岩石力学试验机，其加载机架为多面环形整体式机架，机架环形内壁的底壁为安放岩石试件的平面，机架环形内壁的顶壁设置有垂直向下指向岩石试件的第一作动器，机架环形内壁的一侧壁面设置有水平向内指向岩石试件的第二作动器，在与设置第二作动器一侧壁面相对的另一侧壁面上设置有可移走的、一端作用于岩石试件另一端作用于机架内壁面、其反作用与第二作动器的作用构成一对剪切载荷的被动加载支撑杆。

本发明进一步的技术方案，所述加载机架为八面环形整体式机架，安放岩石试件的底壁面与设置第一作动器的顶壁面均为水平面，且相互平行对称，设置第二作动器一侧的壁面与设置被动加载支撑杆一侧的壁面均为垂直平面，且相互平行对称。

为了更好地实现本发明的目的，本发明可在上述技术方案的基础上进一步采取以下技术措施。

多功能岩石力学性能试验机可增设用于移动岩石试件的轨道平台，轨道平台的端面与机架的端面相接，其台面高度不低于用于安放岩石试件的机架环形内壁的底壁面高度。

多功能岩石力学性能试验机可增设用于承放岩石试件的承放底座，岩石试件通过承放底座安放在机架环形内壁的底壁面上。承放底座的台面高度最好设计为，当其安放在机架环形内壁底壁面上，其台面与轨道平台的台面高度能基本持平，以便于将岩石试件移入试验机内进行试验。

多功能岩石力学性能试验机可在加载机架的外顶部设置有用于起吊岩石试件的悬臂起吊装置。起悬臂吊装置的悬臂最好设计成可在水平面内转动。

多功能岩石力学性能试验机可设计有包接岩石试件上部的上剪切盒和包接岩石试件下部的下剪切盒，上下剪切盒的盒口面不在一个平面内，第二作动器和被动加载支撑杆分别通过上剪切盒或下剪切盒作用于岩石试件。所述上剪切盒和下剪切盒优先考虑均设计为半开式剪切盒，至少由承载载荷作用的一侧盒体面和盒底面构成。最好是将上剪切盒和下剪切盒均设计成由承载载荷作用的一侧盒体面和盒底面构成，且两盒体面为一整体结构。

本发明提供的多功能岩石力学试验机，可于同一台试验机上进行岩石试件的直接剪切试验、单轴压缩试验、拉伸试验、三轴压缩试验等岩石力学性能的测试，填补了现有试验机不能在一台试验机上实现前述所有测试工作的空白，不仅实现了上述一机多用的目的，还可以利用该机进行岩石试件的弯曲断裂试验。本发明提供的多功能岩石力学性能试验机，能于一台试验机上可完成岩石试件上述各项岩石力学性能的测试，是由本发明巧妙设计的加载机架所带来的。本发明将加载机架设计成多面环形整体式结构，不仅可于同一台试验机上完成全部岩石力学性能试验，而使得试验机在进行不同类型试验时，机架的受力都十分合理，提高了加载机架的刚度，在具有同样刚度的条件下，加载机架可设计得更为轻巧。本发明试验机配备的用于安装岩石试件的起吊装置，以及用于移动岩石试件的轨道平台，使得本发明提供的多功能岩石力学性能试验机，不但可实现在同一台试验机既完成前述所有不同类型的测试工作，还使得测试部件的更换和岩石试件安放更加便捷和安全。

附图说明

附图1是本发明提供的多功能岩石力学性能试验机的结构示意图。

附图2是附图1所示的多功能岩石力学性能试验机A向结构示意图。

附图3是附图1所示的多功能岩石力学性能试验机B向结构示意图。

附图4采用本发明的试验机对岩石试件实施单轴压缩试验的示意图。

附图5采用本发明的试验机对岩石试件实施单轴拉伸试验的示意图。

附图6采用本发明的试验机对岩石试件实施弯曲断裂试验的示意图。

附图7采用本发明的试验机对岩石试件实施三轴压缩试验的示意图。

上述附图中各图示标号标识的对象分别为：1-加载机架；2-第一作动器；3-第二作动器；4-承载底座；5-被动加载支撑杆；6-上剪切盒；7-下剪切盒；8-岩石试件；9-轨道平台；10-起吊装置；11-起吊挂钩；12-上承压板；13-下承压板；14-上拉伸装置；15-下拉伸装置；16-弯曲加载头；17-弯曲承载头；18-三轴室；19-岩石密封胶膜

具体实施方式

下面结合附图给出本发明的具体实施例，并通过实施例对本发明作进一步的具体描述。有必要在此指出，下面的实施例只是用于更好地阐述本发明的工作原理及其实际应用，以便于本领域的技术人员将本发明用于具体试验，根据特定的实验进行改进。尽管本发明已通过文字揭露其首选实施方案，但通过阅读这些技术文字说明可以领会其中的可优化性和可修改性，并在不偏离本发明的范围和精神上进行改进，但这样的改进应仍属于本发明权利要求的保护范围。

实施例1

本实施例的多功能岩石力学试验机，其结构如附图1、2和3所示，其构成包括八面环形整体式加载机架1，安放在加载机架环形内壁底壁面上用于承载岩石试件8的承载底座4，用于改善剪切载荷着力分布的包接岩石试件上部的上剪切盒6和包接岩石试件下部的下剪切盒7，设置在加载机架环形内壁顶壁上的垂直向下作用于安置在承载底座4上的岩石试件、将岩石试件固定在加载机架内的第一作动器2，设置在加载机架环形内壁一侧垂直壁面上的水平作用于岩石试件的第二作动器3，设置在加载机架环形内壁另一侧垂直壁面上、反作用与第二作动器3的作用构成一对剪切载荷的被动加载支撑杆5，设置在加载机架外顶端上用于起吊岩石试件的悬臂起吊装置10，以及用于移动岩石试件的轨道平台9。安放承载底座的加载机架环形内壁的底壁面与设置第一作动器2的机架环形内壁顶壁面为相互对称平行的水平面。设置第二作动器3一侧的机架环形内壁垂直壁面与设置被动加载支撑杆另一侧的机架环形内壁垂直壁面对称平行。所述第一作动器2和第二作动器3均采用液压活塞缸式作动器。所述上剪切盒6和下剪切盒7均由承载剪切载荷作用的一侧盒体面和盒底面构成。所述轨道平台的端面与加载机架1的端面相接，其高度与安放在加载机架环形内壁底壁面上的承放底座4的台面高度一致。所述悬臂起吊装置10的悬臂可在水平面内转动。

采用本发明的试验机对岩石试件进行剪切测试的过程如下：将岩石试件安装在加载机架内，第一作动器2对上剪切盒6施加法向荷载，第二作动器3对下剪切盒7施加水平向的剪切荷载，第二作动器2推动下剪切盒7运动，上剪切盒6在被动加载支撑杆5的反力作用下，使得在上下剪切盒之间形成一对剪切载荷，在剪切载荷的作用下，包接于剪切盒内的岩石试件发生剪切破坏，从而测得岩石试件抗剪切的力学性能。

实施例2

附图4是采用本发明的多功能岩石力学性能试验机对岩石试件实施单轴压缩试验的示意图，试验机的结构与实施例1基本相同，只是试验过程将第二作动器3收缩到加载机架体内，取走被动加载支撑杆5及上剪切盒6和下剪切盒7，将单轴压缩试验的岩石试件置于第一作动器2和承载底座4之间，且在岩石试件8与承载底座4之间放置下承压板13，在岩石试件8与第一作动器2之间放置上承压板12。通过第一作动器2施加压缩荷载进行试验，从而测得岩石试件抗单轴压缩的力学性能。

实施例3

附图5是采用本发明的多功能岩石力学性能试验机对岩石试件实施单轴拉伸试验的示意图，试验机的结构与实施例1基本相同，只是试验过程将第二作动器3收缩到加载机架体内，取走被动加载支撑杆5及上剪切盒6和下剪切盒7，单轴拉伸试验的岩石试件通过上拉伸装置14与第一作动器2连接，通过下拉伸装置15与固定在加载机架上的承载底座4连接，通过第一作动器2施加拉伸荷载进行试验，从而测得岩石试件抗单轴拉伸的力学性能。

实施例4

附图6是采用本发明的多功能岩石力学性能试验机对岩石试件实施弯曲断裂试验的示意图，试验机的结构与实施例1基本相同，只是试验过程将第二作动器3收缩到加载机架体内，取走被动加载支撑杆5及上剪切盒6和下剪切盒7，将弯曲断裂试验的岩石试件置于固定安置在承载底座4上的两个弯曲承载头17之间，安置在第一作动器2下端的弯曲加载头16作用在岩石试件中部，通过第一作动器2对岩石试件施加弯曲断裂荷载，从而测得岩石试件抗弯曲断裂的力学性能。

实施例5

附图7是采用本发明的多功能岩石力学性能试验机对岩石试件实施三轴压缩试验的示意图，试验机的结构与实施例1基本相同，只是试验过程将第二作动器3收缩到加载机架体内，取走被动加载支撑杆5及上剪切盒6和下剪切盒7，将进行三轴压缩试验的岩石试件用岩石密封胶膜19包覆，然后置于液压三轴室18内，将三轴室安装在第一作动器2和承载底座4之间，第一作动器2通过加载立柱对岩石试件施加压缩荷载，启动第一作动器2和开启液压三轴室的围压加载系统，对岩石试件施加三轴压缩载荷，从而测得岩石试件抗三轴压缩的力学性能。

Claims (10)

1.一种多功能岩石力学性能试验机，其特征在于加载机架为多面环形整体式机架（1），机架环形内壁的底壁为安放岩石试件（8）的平面，机架环形内壁的顶壁设置有垂直向下指向岩石试件的第一作动器（2），机架环形内壁一侧壁面设置有水平向内指向岩石试件的第二作动器（3），在与设置第二作动器（3）一侧壁面相对的另一侧壁面上设置有可移走的、一端作用于岩石试件另一端作用于机架内壁面、其反作用与第二作动器（3）的作用构成一对剪切载荷的被动加载支撑杆（5）。

2.根据权利要求1所述的多功能岩石力学性能试验机，其特征在于所述机架为八面环形整体式机架（1），安放岩石试件的底壁面与设置第一作动器（2）的顶壁面均为水平面，且相互平行对称，设置第二作动器（3）一侧的内壁面与设置被动加载支撑杆（5）一侧的内壁面均为垂直平面，且相互平行对称。

3.根据权利要求1或2所述的多功能岩石力学性能试验机，其特征在于试验机设计有用于移动岩石试件的轨道平台（9），轨道平台的端面与机架（1）的端面相接，其台面高度不低于用于安放岩石试件的加载机架环形内壁的底壁面高度。

4.根据权利要求1或2所述的多功能岩石力学性能试验机，其特征在于试验机设计有用于承放岩石试件的承放底座（4），岩石试件通过承放底座安放在机架环形内壁的底壁面上。

5.根据权利要求4所述的多功能岩石力学性能试验机，其特征在于承放底座的台面高度为，当其安放在加载机架环形内壁的底壁面上，台面与轨道平台的台面高度能基本持平。

6.根据权利要求1或2所述的多功能岩石力学性能试验机，其特征在于加载机架的外顶部设置有用于起吊岩石试件的悬臂起吊装置（10）。

7.根据权利要求6所述的多功能岩石力学性能试验机，其特征在于所述起悬臂吊装置的悬臂可在水平面内转动。

8.根据权利要求1或2所述的多功能岩石力学性能试验机，其特征在于试验机设计有包接岩石试件上部的上剪切盒（6）和包接岩石试件下部的下剪切盒（7），上下剪切盒的盒口面不在一个平面内，第二作动器（3）和被动加载支撑杆（5）分别通过上剪切盒或下剪切盒（7）作用于岩石试件（8）。

9.根据权利要求8所述的多功能岩石力学性能试验机，其特征在于所述上剪切盒（6）和下剪切盒（7）均为开式结构，至少由承载载荷作用的一侧盒体面和盒底面构成。

10.根据权利要求9所述的多功能岩石力学性能试验机，其特征在于上剪切盒（6）和下剪切盒（7）均由承载载荷作用的一侧盒体面和盒底面构成，且两盒体面为整体结构。

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