CN105823694A - 岩体剪切试验设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种岩体剪切试验设备，包括底座，在底座上通过轨道和滚轮安装有试验盒，试验盒包括上盒体和下盒体，在该试验盒上插装有竖向的压杆，在底座上还固定有“冂”形的支架，在支架的横梁上设有法向加载装置，在支架的两根侧柱上安装有左右相对布置的横向顶杆，顶杆的高度与上盒体的高度相适应，在支架的至少一根侧柱上还安装有横向的压紧杆，所述压紧杆朝向试验盒的一端与下盒体可拆卸地固定连接。采用上述结构，通过顶杆将试验盒的上盒体夹紧，通过压紧杆从左右两个方向对试验盒施加压力，从而有效地避免了试验盒剪切过程中发生倾斜；并且可以循环往复地进行剪切力加载，使用更加方便。

Description

岩体剪切试验设备

技术领域

本发明涉及一种岩体剪切试验设备，主要用于进行岩体剪切模拟试验。

背景技术

目前，实验室的岩体水平剪切试验设备主要包括底座，在底座上通过轨道和滚轮安装有试验盒，该试验盒包括上盒体和下盒体，在试验盒上插装有竖向的压杆，在底座上还固定有“冂”形的支架，在支架的横梁上设有法向加载装置，在支架的其中一根侧柱上安装有横向的顶杆，在支架的另一根侧柱上安装有横向的压紧杆，压紧杆和顶杆的端头均不与试验盒固定。进行剪切动作时，待试样装载完毕，通过轨道和滚轮将试验盒推到支架内，使压杆位于法向加载装置的正下方，再通过顶杆将上盒的一侧顶紧，通过压紧杆对下盒施加压力，使下盒相对于上盒移动即可。

上述结构存在以下缺点：

一、顶杆仅仅设置在支架的其中一根侧柱上，压紧杆不与试验盒固定，在进行剪切时，压紧杆只能单向加载剪切力，不能双向循环往复加载剪切力，使用不方便；并且，对上盒体的限位也只有一侧，试验盒容易发生上翘或倾斜。

二、设备上没有设置竖向的传感器安装支架，需要检测法相剪切位移时，只能手动安装竖向的位移传感器，不仅操作麻烦，而且很难确保重复试验的一致性。

三、试验盒内没有用于匹配不同试样的内盒体，对于不同规格、形状、角度的试样，必须配备不同的试验盒，生产成本高，对试样的加工精度要求高。

四、试验盒无法设置膨胀空间、只能用作完整剪切、不能进行重复剪切试验。

五、功能单一，只能对完整的试样进行剪切，研究的内容有限，适用范围窄。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种使用方便、不易倾斜的岩体剪切试验设备。

本发明的技术方案如下：一种岩体剪切试验设备，包括底座，在所述底座上通过轨道和滚轮安装有试验盒，所述试验盒包括上盒体和下盒体，在该试验盒上插装有竖向的压杆，在所述底座上还固定有“冂”形的支架，在所述支架的横梁上设有法向加载装置，在所述支架的两根侧柱上安装有左右相对布置的横向顶杆，所述顶杆的高度与上盒体的高度相适应，在所述支架的至少一根侧柱上还安装有横向的压紧杆，所述压紧杆朝向试验盒的一端与下盒体可拆卸地固定连接。

采用上述结构，在支架上设置左右相对布置的顶杆，通过左右两边的顶杆将试验盒的上盒体夹紧，从而避免试验盒剪切过程中发生倾斜或上翘；并在支架上设置与试验盒下盒体可拆卸固定连接的压紧杆，从而方便压紧杆推动或者拉动下盒体，使下盒体与上盒体之间可以循环往复地进行剪切力加载，使用更加方便。

所述上盒体包括矩形框状的上框和固定在上框顶部的盖板，所述顶杆的高度与上盒体盖板的高度相适应；这样设置上盒体，不仅便于装卸试样，而且左右两边的顶杆直接夹紧最上部的盖体，一方面可以更加有效地避免试验盒倾斜，另一方面有利于避免顶杆的挤压损坏上框。所述下盒体包括矩形框状的下框和固定在下框底部的底板，在所述底板下方还固定有托板，所述螺孔开设在下框上；这样设置下盒体，使下盒体的结构简单，组装方便；并且底板与下框分开设置，当下框在反复的受力发生损坏之后，可以局部更换，有利于控制成本；设置托板，便于在托板上布置与滑轨和滚轮相配合的结构。

在所述试验盒内安装有剪切盒，所述剪切盒包括左上壳、右上壳、左下壳和右下壳，所述左上壳和右上壳位于上框内，在所述左上壳与右上壳之间留有试样上腔，在所述上框的左右两边均穿设有沿左右方向布置的定位杆，所述左上壳与右上壳挂在对应定位杆的内端上；所述左下壳和右下壳位于下框内，在左下壳与右下壳之间留有试样下腔，所述试样下腔与试样上腔的形状相适应，并且所述左下壳和右下壳分别位于左上壳和右上壳的正下方，在左上壳与左下壳之间留有第一缝隙，在右上壳与右下壳之间留有第二缝隙。这样在试验盒内设置剪切盒，对于不同的试样，只需要更换剪切盒即可，使用更加方便，成本更低。并且，剪切盒由四部分构成，结构简单，便于加工，也便于留出第一缝隙和第二缝隙；第一缝隙与第二缝隙的设置，一方面给剪切让位，另一方面便于气体或者液体进出剪切盒。

作为优选，所述第一缝隙与第二缝隙沿高度方向错开，便于对已经剪断的试样进行重复剪切。

作为另一种优选，所述第一缝隙与第二缝隙在同一高度，便于对完整的试样进行剪切。

在所述试样上腔内设有压头，所述压头的侧壁与左上壳和右上壳的内壁均间隙配合，所述压头的顶面向上延伸形成连接段，所述连接段自下而上插入压杆内并与压杆螺纹连接，所述压杆自上而下穿过盖板。这样设置压头，使压杆通过压头对试样施加法向力，便于根据试样的形状选择不同的压头，使试样受到的法向力更加均匀。

在所述压头下方连接有接头，在所述接头、压头和压杆内开有上孔道，所述上孔道的内孔口贯通接头的下端，上孔道的外孔口贯通压杆的外侧壁；这样设置接头和上孔道，便于利用上孔道抽水、抽气或者注水。在所述试验盒上开有左孔道和右孔道，所述左孔道和右孔道的内孔口分别与第一缝隙和第二缝隙连通，所述左孔道和右孔道的外孔口均贯通试验盒的外壁，设置左孔道和右孔道，便于充气或注水。在所述压杆与盖板之间、压杆与压头之间、压头与接头之间、盖板与上框之间、上框与下框之间、下框与底板之间均设置有密封圈。综上，通过上孔道、左孔道和右孔道的配合，可以利用试验盒进行瓦斯抽采、水力压裂、抽水等模拟试验，使设备的适用范围更加广泛。

在所述试验盒和剪切盒上开有检测孔道，所述检测孔道的内孔口与剪切盒的内壁贯通，所述检测孔道的外孔口与试验盒的外壁贯通，在所述检测孔道的外孔口固定有堵头。设置检测孔道，便于安装声发射探头监测试样的损伤位置，在不需要安装声发射探头时，只需要通过堵头堵住检测孔道的外孔口即可。

在所述支架的左右两根侧柱上均固定有安装架，在所述安装架上安装有位移传感器。这样在支架上固定安装架，直接通过安装架安装用于检测压头位移的位移传感器，有利于确保重复试验的一致性，避免每次手动安装位移传感器带来的安装位置偏差。

有益效果：本发明通过在支架上设置左右相对布置的顶杆、以及至少一根与试验盒下盒体可拆卸固定连接的横向压紧杆，通过顶杆将试验盒的上盒体夹紧，通过压紧杆推动或者拉动试验盒，从而有效地避免了试验盒剪切过程中发生倾斜；并且可以循环往复地进行剪切力加载，使用更加方便。

附图说明

图1为实施例一的结构示意图。

图2为图1中试验盒的俯视图。

图3为图2的A-A剖视图。

图4为图2的B-B剖视旋转图。

图5为实施例二的剪切盒结构示意图。

图中标记如下：底座1、支架2、托板3、底板4、下框5、上框6、盖板7、压杆8、安装架9、位移传感器10、法向加载装置11、顶杆12、压紧杆13、检测孔道14、定位杆15、左孔道16、右孔道17、压头18、接头19、上孔道20、左上壳21、右上壳22、左下壳23、右下壳24、第一缝隙25、第二缝隙26、试样上腔27、试样下腔28、堵头29和螺孔30。

需要说明的是：本发明的描述中，方位词“前”、“后”、“左”、“右”均以实际使用中操作人员站在图1视图的视线方向并面向设备为准，也即图1视图的左为本发明描述中的“左”、图1视图的右为本发明描述中的“右”，图2视图的上为本发明描述中的“后”、图2视图的下为本发明描述中的“前”。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述的实施例示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述实施例是示例性的，旨在解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，如有术语“中心”，“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示方位和位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于叙述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定方位构造和操作，不应理解为限制本发明的具体保护范围。此外，如有术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或隐含指明技术特征的数量。

在本发明中，除另有明确规定和限定，如有术语“组装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应作广义去理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；也可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以是通过中间媒介相连，可以是两个元件内部相连通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述的术语在本发明中的具体含义。

在发明中，除非另有规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“之下”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅是表示第一特征水平高度高于第二特征的高度。第一特征在第二特征“之上”、“之下”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度低于第二特征。

下面结合附图，通过对本发明的具体实施方式作进一步的描述，使本发明的技术方案及其有益效果更加清楚、明确。

实施例一：

如图1、图2、图3和图4所示，本实施例包括底座1，在所述底座1上通过轨道和滚轮安装有试验盒，轨道和滚轮的结构主要是为了便于试验盒的抽出和减小剪切过程中试验盒下盒体移动的阻力，这些均与现有技术相同，在此不做赘述。所述试验盒包括上盒体和下盒体，所述上盒体包括矩形框状的上框6和固定在上框6顶部的盖板7，所述下盒体包括矩形框状的下框5和固定在下框5底部的底板4，在所述底板4下方还固定有托板3。在所述试验盒内安装有剪切盒，所述剪切盒包括左上壳21、右上壳22、左下壳23和右下壳24。所述左上壳21和右上壳22位于上框6内，在所述左上壳21与右上壳22之间留有试样上腔27。在所述上框6的左右两边均穿设有沿左右方向布置的定位杆15，所述左上壳21与右上壳22挂在对应定位杆15的内端上。本实施例优选与左上壳21配合的定位杆15有前后两根，与右上壳22配合的定位杆15也有前后两根。所述左下壳23和右下壳24位于下框5内，在左下壳23与右下壳24之间留有试样下腔28，所述试样下腔28与试样上腔27的形状相适应。并且，所述左下壳23和右下壳24分别位于左上壳21和右上壳22的正下方。在所述左上壳21与左下壳23之间留有第一缝隙25，在右上壳22与右下壳24之间留有第二缝隙26，所述第一缝隙25与第二缝隙26在同一高度。所述试样上腔27与试样下腔28共同构成柱状的试样腔，所述试样腔水平截面的形状不做限定，根据实验需要，试样腔的水平截面可以是圆形、也可以是正方形；并且，当试样腔水平截面为正方形时，正方形的前后两边可以是沿左右方向布置，也可以是与左右方向呈一定的夹角。

如图1、图2、图3和图4所示，在所述试验盒上插装有竖向的压杆8，所述压杆8自上而下穿过盖板7。在所述试样上腔27内设有压头18，所述压头18的侧壁与左上壳21和右上壳22的内壁均间隙配合。所述压头18的顶面向上延伸形成连接段，所述连接段自下而上插入压杆8内并与压杆8螺纹连接。在所述压头18下方螺纹固定连接有接头19，在所述接头19、压头18和压杆8内开有上孔道20，所述上孔道20的内孔口贯通接头19的下端，上孔道20的外孔口贯通压杆8的外侧壁。在所述试验盒上开有左孔道16和右孔道17，所述左孔道16和右孔道17的内孔口分别与第一缝隙25和第二缝隙26连通，所述左孔道16和右孔道17的外孔口均贯通试验盒的外壁。本实施例优选所述左孔道16位于试验盒下框5的左前部，左孔道16的内孔口与第一缝隙25的前边段连通；本实施例优选所述右孔道17位于试验盒下框5的右后部，右孔道17的内孔口与第二缝隙26的后边段连通。在所述试验盒和剪切盒上还开有连通的检测孔道14，所述检测孔道14的内孔口与剪切盒的内壁贯通，所述检测孔道14的外孔口与试验盒的外壁贯通，在所述检测孔道14的外孔口固定有堵头29。本实施例优选所述检测孔道14沿前后方向布置，并且检测孔道14布置有上下两层，每一层布置有前、后、左、右四个。为了便于液体或者气体与试样充分、均匀地接触，在所述剪切盒的内壁刻有网状的凹槽。为了避免漏气和漏水，在所述压杆8与盖板7之间、压杆8与压头18之间、压头18与接头19之间、盖板7与上框6之间、上框6与下框5之间、下框5与底板4之间均设置有密封圈。

如图1、图2、图3和图4所示，在所述底座1上还固定有“冂”形的支架2，在所述支架2的横梁上设有法向加载装置11。在所述支架2的两根侧柱上安装有左右相对布置的横向顶杆12，并且顶杆12与定位杆15是相互平行的。所述顶杆12的高度与上盒体的高度相适应，本实施例优选所述顶杆12的高度与上盒体的盖板7高度相适应。并且，本实施例优选每一所述支架2侧柱上的顶杆12前后并排布置有两个。在所述支架2的至少一根侧柱上还安装有横向的压紧杆13，所述压紧杆13朝向试验盒的一端与下盒体可拆卸地固定连接。本实施例优选在支架2的一根侧柱上安装有一根横向的压紧杆13，当然，也可以在支架2的左右两根侧柱上均安装有横向的压紧杆13。所述压紧杆13与下盒体可拆卸连接的方式不做限定，可以是压紧杆13上直接设有螺纹与下盒体螺纹连接，也可以是压紧杆13上设有连接块，通过贯穿连接块插入下盒体的螺钉将压紧杆13与下盒体连接等。本实施例优选为在压紧杆13上设有限位台阶面，并在压紧杆13上套装块体，在该块体上穿设螺钉，在下盒体下框5上设有与块体上螺钉相配合的螺孔30，从而通过螺钉和块体将压紧杆13与下盒体下框5可拆卸地固定连接。在所述支架2的左右两根侧柱上均固定有安装架9，在所述安装架9上安装有位移传感器10。本实施例优选所述顶杆12和压紧杆13均由液压缸的活塞杆构成。

实施例二：

如图5所示，所述第一缝隙25与第二缝隙26沿高度方向错开，本实施例的其他结构与实施例一相同，在此不做赘述。

Claims (9)

1.一种岩体剪切试验设备，包括底座，在所述底座上通过轨道和滚轮安装有试验盒，所述试验盒包括上盒体和下盒体，在该试验盒上插装有竖向的压杆，在所述底座上还固定有“冂”形的支架，在所述支架的横梁上设有法向加载装置，其特征在于：在所述支架的两根侧柱上安装有左右相对布置的横向顶杆，所述顶杆的高度与上盒体的高度相适应，在所述支架的至少一根侧柱上还安装有横向的压紧杆，所述压紧杆朝向试验盒的一端与下盒体可拆卸地固定连接。

2.根据权利要求1所述的岩体剪切试验设备，其特征在于：所述上盒体包括矩形框状的上框和固定在上框顶部的盖板，所述顶杆的高度与上盒体盖板的高度相适应；所述下盒体包括矩形框状的下框和固定在下框底部的底板，在所述底板下方还固定有托板，所述螺孔开设在下框上。

3.根据权利要求2所述的岩体剪切试验设备，其特征在于：在所述试验盒内安装有剪切盒，所述剪切盒包括左上壳、右上壳、左下壳和右下壳，所述左上壳和右上壳位于上框内，在所述左上壳与右上壳之间留有试样上腔，在所述上框的左右两边均穿设有沿左右方向布置的定位杆，所述左上壳与右上壳挂在对应定位杆的内端上；所述左下壳和右下壳位于下框内，在左下壳与右下壳之间留有试样下腔，所述试样下腔与试样上腔的形状相适应，并且所述左下壳和右下壳分别位于左上壳和右上壳的正下方，在左上壳与左下壳之间留有第一缝隙，在右上壳与右下壳之间留有第二缝隙。

4.根据权利要求3所述的岩体剪切试验设备，其特征在于：所述第一缝隙与第二缝隙沿高度方向错开。

5.根据权利要求3所述的岩体剪切试验设备，其特征在于：所述第一缝隙与第二缝隙在同一高度。

6.根据权利要求4或5所述的岩体剪切试验设备，其特征在于：所述压杆自上而下穿过盖板，在所述试样上腔内设有压头，所述压头的侧壁与左上壳和右上壳的内壁均间隙配合，所述压头的顶面向上延伸形成连接段，所述连接段自下而上插入压杆内并与压杆螺纹连接。

7.根据权利要求6所述的岩体剪切试验设备，其特征在于：在所述压头下方连接有接头，在所述接头、压头和压杆内开有上孔道，所述上孔道的内孔口贯通接头的下端，上孔道的外孔口贯通压杆的外侧壁；在所述试验盒上开有左孔道和右孔道，所述左孔道和右孔道的内孔口分别与第一缝隙和第二缝隙连通，所述左孔道和右孔道的外孔口均贯通试验盒的外壁；在所述压杆与盖板之间、压杆与压头之间、压头与接头之间、盖板与上框之间、上框与下框之间、下框与底板之间均设置有密封圈。

8.根据权利要求7所述的岩体剪切试验设备，其特征在于：在所述试验盒和剪切盒上开有检测孔道，所述检测孔道的内孔口与剪切盒的内壁贯通，所述检测孔道的外孔口与试验盒的外壁贯通，在所述检测孔道的外孔口固定有堵头。

9.根据权利要求8所述的岩体剪切试验设备，其特征在于：在所述支架的左右两根侧柱上均固定有安装架，在所述安装架上安装有位移传感器。