CN105066849B - 岩体结构面摩擦角测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种岩体结构面摩擦角测量装置，属于岩石力学试验设备技术领域，提供一种测量精确，并且即能在野外又能在室内测量岩体结构面摩擦角的测量装置，包括具有可调节支腿的支架、工作平台、岩体夹持板和升降机构；所述工作平台安装在支架上；所述岩体夹持板的一边沿与工作平台的一边沿铰接，并且在铰接处设置有用于测量工作平台与岩体夹持板之间夹角θ的角度测量装置；在岩体夹持板上设置有用于夹持岩体试件的夹持机构；所述升降机构用于升降岩体夹持板，使岩体夹持板绕上述铰接的轴线转动。本发明可将相应部件进行适当的拆卸，便于携带。

Description

岩体结构面摩擦角测量装置

技术领域

本发明涉及岩石力学试验设备技术领域，特别涉及一种岩体结构面摩擦角测量装置。

背景技术

在岩石力学、地质工程等领域中，岩体结构面之间的粘聚力、摩擦角等力学参数往往是研究者们的关注对象。

目前，岩体结构面之间的粘聚力通常都是通过室内的岩石力学实验获得，其数值都很精确可靠。但是，对于岩体结构面之间摩擦角的获取，在野外测量时往往是将两块近似平整的岩石简单的用手抬起做倾斜试验，然后大致的目测而得出的，其结果通常误差较大不够精确。

而岩体结构面摩擦角通常又是研究人员和工程技术人员很关心的一个力学参数。因此，如何既能在野外又能在室内简便又准确的获取岩体结构面摩擦角参数，已成为本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

本发明解决的技术问题是提供一种测量精确，并且即能在野外又能在室内测量岩体结构面摩擦角的岩体结构面摩擦角测量装置。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：岩体结构面摩擦角测量装置，包括具有可调节支腿的支架、工作平台、岩体夹持板和升降机构；所述工作平台安装在支架上；所述岩体夹持板的一边沿与工作平台的一边沿铰接，并且在铰接处设置有用于测量工作平台与岩体夹持板之间夹角θ的角度测量装置；在岩体夹持板上设置有用于夹持岩体试件的夹持机构；所述升降机构用于升降岩体夹持板，使岩体夹持板绕上述铰接的轴线转动。

进一步的是：所述支架为由三个支腿组成的可收纳的三脚架，并且每个支腿的长度可调。

进一步的是：在支架的上端设置有支架圆盘，所述工作平台可水平转动的安装在支架圆盘上。

进一步的是：所述升降机构安装在支架上；在工作平台上设置有安装孔，所述工作平台通过上述安装孔套设在升降机构上；所述升降机构包括可升降的升降柱，所述升降柱的顶端顶在上方的岩体夹持板上。

进一步的是：所述升降机构安装在支架圆盘上；在工作平台上设置有安装孔，所述工作平台通过上述安装孔套设在升降机构上；所述升降机构包括可升降的升降柱，所述升降柱的顶端顶在上方的岩体夹持板上。

进一步的是：所述升降机构还包括底座、一级升降套、二级升降套和三级升降套，所述升降柱设置在一级升降套内，所述一级升降套设置在二级升降套内，所述二级升降套设置在三级升降套内，所述三级升降套设置在底座内，所述底座安装在支架上。

进一步的是：在升降柱的顶端设置有自由滚珠，所述自由滚珠顶在上方的岩体夹持板上。

进一步的是：所述升降机构为液压升降机构，在升降机构内具有液压腔体，所述液压腔体通过进液管路和回液管路与一外置的液压脚踏器连接成液压回路；在进液管路和回液管路上分别设置有单向阀，在回液管路上的单向阀上游还设置有液压油箱，在液压油箱上游设置有截止阀。

进一步的是：所述夹持机构包括设置在岩体夹持板上的凹槽、设置在凹槽四周的用于夹持岩体试件边沿的卡瓦和设置在卡瓦与对应的凹槽壁面之间的压簧。

进一步的是：在工作平台上还设置有水平气泡；所述岩体夹持板的一边沿与工作平台的一边沿通过两侧的螺栓铰接连接。

本发明的有益效果是：通过升降机构升降岩体夹持板，使岩体夹持板缓慢倾斜，当达到一定的倾斜角度时，放置在岩体夹持板上的两块岩体试件开始发生相对移动，此时对应的倾斜角度θ即为岩体结构面摩擦角；本发明测量结果精确，并且可将相应部件进行适当的拆卸，便于携带；同时通过调节支腿可方便在野外就地进行测量；另外通过采用液压升降机构，可提供较大的动力源。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为岩体夹持板的俯视图；

图中标记为：支架1、支腿2、支腿脚2a、支腿杆2b、固定螺2c、工作平台3、岩体夹持板4、升降机构5、角度测量装置6、岩体试件7、固定岩体试件7a、活动岩体试件7b、轴线8、支架圆盘9、升降柱10、底座11、一级升降套12、二级升降套13、三级升降套14、自由滚珠15、液压腔体16、进液管路17、回液管路18、液压脚踏器19、单向阀20、液压油箱21、截止阀22、凹槽23、卡瓦24、压簧25、螺栓26、夹角θ。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。其中，本发明的测量原理与现有技术相同，即设置一固定岩体试件7a，在其上放一活动岩体试件7b，逐渐增加固定岩体试件7a和活动岩体试件7b的倾斜角度，当二者发生相对移动时的倾斜角度即为需要测量的岩体结构面摩擦角。

如图1和图2中所示，本发明所述的岩体结构面摩擦角测量装置，包括具有可调节支腿2的支架1、工作平台3、岩体夹持板4和升降机构5；所述工作平台3安装在支架1上；所述岩体夹持板4的一边沿与工作平台3的一边沿铰接，并且在铰接处设置有用于测量工作平台3与岩体夹持板4之间夹角θ的角度测量装置6；在岩体夹持板4上设置有用于夹持岩体试件7的夹持机构；所述升降机构5用于升降岩体夹持板4，使岩体夹持板4绕上述铰接的轴线8转动。

其中，工作平台3一般为水平的安装在支架1上，已便作为倾斜夹角θ的参考；为了方便在不同的野外场地下调整工作平台3的水平度，支架1可包括多条可调节支腿2，并且通常采用三个支腿2组成三脚架结构。另外，为了便于收纳、携带，优选采用可收纳结构的三脚架结构。如图1所示，每个支腿2由支腿脚2a、支腿杆2b和固定螺2c组成，通过固定螺2c的调节，可使支腿杆2b在支腿脚2a内收缩，起到调整效果，使得支架1可在不同的场地环境下灵活使用。为了在调节过程中，便于观察工作平台3是否达到水平状态，进一步可优选在工作平台3上设置水平气泡结构。

为了便于读取夹角θ，设置角度测量装置6；如图1中所示，角度测量装置6为一角度刻度盘，其测量角度范围在0°至90°之间。

另外，为了便于对整个工作平台3以及岩体夹持板4等支架1上的部件进行水平转动，以便作业调整方向，可在支架1的上端设置有支架圆盘9，所述工作平台3可水平转动的安装在支架圆盘9上。

本发明中，升降机构5的作用是用于升降岩体夹持板4，使岩体夹持板4绕轴线8转动，也就是使工作平台3与岩体夹持板4之间夹角θ发生变化，并且当放在岩体夹持板4上的固定岩体试件7a与活动岩体试件7b之间发生相对滑动时，停止升降，此时对应的夹角θ即为岩体结构面摩擦角。理论上，只要能实现上述效果的机构或者部件均可作为升降机构5，并且升降机构5的安装位置不受限制，其可安装在工作平台3上、也可安装在支架1上。如图1所示，将升降机构5安装在支架1上；同时将工作平台3安装在升降机构5上，且进一步在工作平台3上设置有安装孔，所述工作平台3通过上述安装孔套设在升降机构5上，并且其套设方式可以采用螺纹结构。另外，升降机构5包括可升降的升降柱10，所述升降柱10的顶端顶在上方的岩体夹持板4上。通过升降柱10的升降，起到对夹角θ的调节效果，升降机构5如可采用液压缸结构。当然，在上述设置有支架圆盘9的情况下，升降机构5应当安装在支架圆盘9上，并且升降机构也应当可以水平转动。

本发明进一步优选采用如下结构的升降机构：所述升降机构5还包括底座11、一级升降套12、二级升降套13和三级升降套14，所述升降柱10设置在一级升降套12内，所述一级升降套12设置在二级升降套13内，所述二级升降套13设置在三级升降套14内，所述三级升降套14设置在底座11内，所述底座11安装在支架1上。通过采用三级升降套结构，使升降柱10的伸缩范围更大，进而使夹角θ的可调整范围更大。

另外，考虑到升降柱10在升降过程中，升降柱10的顶端与岩体夹持板4会相对滑动接触，为了降低相对滑动过程中的摩擦阻力，本发明进一步在升降柱10的顶端设置有自由滚珠15，所述自由滚珠15顶在上方的岩体夹持板4上。自由滚珠15的结构以及工作原理类似于圆珠笔笔尖。

另外，对于升降机构5的驱动方式，理论上可以采用电驱动、液压驱动或者直接的手动驱动。考虑到本发明通常会用于野外场地，并且当岩体试件较重时，需要的驱动力往往较大，因此优选采用液压驱动形式，即如图1中所示，所述升降机构5为液压升降机构，在升降机构5内具有液压腔体16，所述液压腔体16通过进液管路17和回液管路18与一外置的液压脚踏器19连接成液压回路；在进液管路17和回液管路18上分别设置有单向阀20，在回液管路18上的单向阀20上游还设置有液压油箱21，在液压油箱21上游设置有截止阀22。在使用过程中，只需要通过人力踩压液压脚踏器19，即可驱动升降机构5内的升降柱10向上伸长；至于液压脚踏器19以及整个液压升降机构的工作原理均为现有技术，因此不再详细介绍。

另外，为了更好的夹持岩体试件7，本发明中的夹持机构包括设置在岩体夹持板4上的凹槽23、设置在凹槽23四周的用于夹持岩体试件7边沿的卡瓦24和设置在卡瓦24与对应的凹槽壁面之间的压簧25。凹槽23的作用是为了便于安装卡瓦24和压簧25，卡瓦24的作用是为了更好的对不同形状的固定岩体试件7a进行包夹，同时通过压簧25提供压力，确保了各种形状的固定岩体试件7a均可被有效的夹持固定。当然，在实际测量过程中，在固定岩体试件7a上方会放上一活动岩体试件7b。

另外，为了便于拆卸，岩体夹持板4的一边沿与工作平台3的一边沿之间的铰接结构可通过如下方式实现：所述岩体夹持板4的一边沿与工作平台3的一边沿通过两侧的螺栓26连接。

上述本发明的具体实施方式中，是本发明的一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

Claims (9)

1.岩体结构面摩擦角测量装置，其特征在于：包括具有可调节支腿(2)的支架(1)、工作平台(3)、岩体夹持板(4)和升降机构(5)；所述工作平台(3)安装在支架(1)上；所述岩体夹持板(4)的一边沿与工作平台(3)的一边沿铰接，并且在铰接处设置有用于测量工作平台(3)与岩体夹持板(4)之间夹角θ的角度测量装置(6)；在岩体夹持板(4)上设置有用于夹持岩体试件(7)的夹持机构；所述升降机构(5)用于升降岩体夹持板(4)，使岩体夹持板(4)绕上述铰接的轴线(8)转动；所述升降机构(5)包括可升降的升降柱(10)，所述升降柱(10)的顶端顶在上方的岩体夹持板(4)上，在升降柱(10)的顶端设置有自由滚珠(15)，所述自由滚珠(15)顶在上方的岩体夹持板(4)上。

2.如权利要求1所述的岩体结构面摩擦角测量装置，其特征在于：所述支架(1)为由三个支腿(2)组成的可收纳的三脚架，并且每个支腿(2)的长度可调。

3.如权利要求1所述的岩体结构面摩擦角测量装置，其特征在于：在支架(1)的上端设置有支架圆盘(9)，所述工作平台(3)可水平转动的安装在支架圆盘(9)上。

4.如权利要求1所述的岩体结构面摩擦角测量装置，其特征在于：所述升降机构(5)安装在支架(1)上；在工作平台(3)上设置有安装孔，所述工作平台(3)通过上述安装孔套设在升降机构(5)上。

5.如权利要求3所述的岩体结构面摩擦角测量装置，其特征在于：所述升降机构(5)安装在支架圆盘(9)上；在工作平台(3)上设置有安装孔，所述工作平台(3)通过上述安装孔套设在升降机构(5)上。

6.如权利要求4或5所述的岩体结构面摩擦角测量装置，其特征在于：所述升降机构(5)还包括底座(11)、一级升降套(12)、二级升降套(13)和三级升降套(14)，所述升降柱(10)设置在一级升降套(12)内，所述一级升降套(12)设置在二级升降套(13)内，所述二级升降套(13)设置在三级升降套(14)内，所述三级升降套(14)设置在底座(11)内，所述底座(11)安装在支架(1)上。

7.如权利要求6所述的岩体结构面摩擦角测量装置，其特征在于：所述升降机构(5)为液压升降机构，在升降机构(5)内具有液压腔体(16)，所述液压腔体(16)通过进液管路(17)和回液管路(18)与一外置的液压脚踏器(19)连接成液压回路；在进液管路(17)和回液管路(18)上分别设置有单向阀(20)，在回液管路(18)上的单向阀(20)上游还设置有液压油箱(21)，在液压油箱(21)上游设置有截止阀(22)。

8.如权利要求1所述的岩体结构面摩擦角测量装置，其特征在于：所述夹持机构包括设置在岩体夹持板(4)上的凹槽(23)、设置在凹槽(23)四周的用于夹持岩体试件(7)边沿的卡瓦(24)和设置在卡瓦(24)与对应的凹槽壁面之间的压簧(25)。

9.如权利要求1所述的岩体结构面摩擦角测量装置，其特征在于：在工作平台(3)上还设置有水平气泡；所述岩体夹持板(4)的一边沿与工作平台(3)的一边沿通过两侧的螺栓(26)铰接连接。