CN106198258A - 岩石抗剪断强度尺寸效应试验机 - Google Patents
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Abstract
一种岩石抗剪断强度尺寸效应试验机，包括框架、多尺度岩石剪切盒、水平向加载机构、水平向支撑测力机构、垂向加载机构和试样安装台，所述多尺度岩石剪切盒分为上下两部分并安装岩石试样，多尺度岩石剪切盒安装在试样安装台上，水平向加载机构和水平向支撑测力机构分别位于多尺度岩石剪切盒两侧并安装在框架两侧的立柱上，水平向加载机构加载于多尺度岩石剪切盒的上部，水平向支撑测力机构支撑多尺度岩石剪切盒的下部，同时水平向加载机构施力中心线和水平向支撑测力机构支撑中心线一致；垂向加载机构位于多尺度岩石剪切盒上方并安装在框架的横梁上。本发明有效满足大跨度载荷下多尺度岩石试样尺寸的测试、可靠性良好。
Description
技术领域
本发明涉及一种岩石抗剪断强度尺寸效应试验机。
背景技术
滑坡体的岩石力学性质是影响滑坡体稳定性的重要因素，也是岩石力学与工程研究的主要内容之一。滑坡体在雨季容易产生滑坡、崩塌、泥石流等地质灾害，另外在强震作用过程中，滑坡岩体必将受到一定程度的剪切作用。为此对滑坡体的岩石力学性质进行抗剪断试验研究，对于滑坡防治具有重要意义。
目前专门针对岩石的抗剪断试验研究设备的研究还很少，一般采用常规直剪仪或万能试验机进行试验分析，比如孙萍等人四川省青川县东河口滑坡岩石的抗剪断性质试验采用了万能试验机进行分析，不能满足需要双轴作用下的测试。常规直剪仪测试并在保证达到剪切载荷时，由于岩石剪断后出现的结构面起伏度较大，与切向液压缸连接的切向传感器受到的弯矩会很大，对结果可能会产生较大影响，同时在岩石断裂后一旦裂纹斜向上开裂后，切向加载头会碰到岩石结构面，断裂轨迹无法被检测而被迫终止试验，另外对试样盒如何满足多尺度岩石试样的安装也是非常大的问题。因此岩体由于存在抗剪断强度大，对设备载荷、设备精度、试样安装等都有很高的要求。开发一种专门针对岩石抗剪断强度的尺寸效应试验机对滑坡体的抗剪断强度非常重要。
发明内容
为了克服已有直剪仪的无法满足多尺度试样尺寸的抗剪断强度测试要求的不足，本发明提供了一种有效满足大跨度载荷下多尺度岩石试样尺寸的测试、可靠性良好的岩石抗剪断强度尺寸效应试验机。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种岩石抗剪断强度尺寸效应试验机，包括框架、多尺度岩石剪切盒、水平向加载机构、水平向支撑测力机构、垂向加载机构和试样安装台，所述多尺度岩石剪切盒分为上下两部分并安装岩石试样，多尺度岩石剪切盒安装在试样安装台上，水平向加载机构和水平向支撑测力机构分别位于多尺度岩石剪切盒两侧并安装在框架两侧的立柱上，水平向加载机构加载于多尺度岩石剪切盒的上部，水平向支撑测力机构支撑多尺度岩石剪切盒的下部，同时水平向加载机构施力中心线和水平向支撑测力机构支撑中心线一致；垂向加载机构位于多尺度岩石剪切盒上方并安装在框架的横梁上。
进一步，所述多尺度岩石剪切盒分为结构相同的剪切盒上部和下部，所述剪切盒下部包括由短侧板、长侧板、支撑板、试样盒、高度调整板、支撑轴、支撑块和底板，所述短侧板安装在底板左右两侧，长侧板安装在底板前后两侧，短侧板和长侧板互相通过螺栓固定。长侧板上设置n条直槽，前后长侧板的左右对称位置的直槽内分别安装两个支撑板并通过三角形连接件固定，根据岩石试样大小设置的试样盒固定在两个支撑板上，其底部安装配套高度调整板，高度调整板的高度通过螺母固定在阶梯形的多个支撑轴的相应高度，支撑轴固定在底板的螺纹孔上。
再进一步，所述水平向剪切机构包括切向作动器、水平向第一测力传感器、水平向铰链关节、施力架、传力座、压辊、导杆、导杆座和连接件，所述切向作动器固定于左侧立柱的中部，水平向第一测力传感器一端与切向作动器活塞杆固定，水平向第一测力传感器另一端与施力架通过水平向铰链关节连接；施力架前后两端设置两个加载头并分别安装传力座，传力座上安装有含润滑油的压辊并使得压辊可在传力座上转动。压辊作用于多尺度岩石剪切盒上部的支撑块接触面上；传力座前后两端分别与导杆通过连接件固定，导杆上安装有两个导杆座，导杆座固定在立柱上。
更进一步，所述水平向支撑测力机构包括水平向第二测力传感器和支撑架，所述水平向第二测力传感器一端固定在右侧立柱上，水平向第二测力传感器另一端和支撑架连接，支撑架前后两端各设置一个支撑头并作用于下部多尺度岩石剪切盒的支撑块接触面上。
所述垂向加载机构包括垂向作动器、垂向测力传感器、垂向铰链关节、加载板、滑动导轨块、垂向导轨、钢丝绳和移动板，垂向作动器固定在横梁上，垂向测力传感器一端与垂向作动器活塞杆连接，垂向测力传感器另一端与加载板通过垂向铰链关节连接，加载板右侧与安装在右侧立柱上的垂向导轨连接以抵消切向力的影响。加载板底部安装一组滑动导轨块，导轨块下方的移动板通过钢丝绳连接到加载板上。
所述试样安装台包括剪切盒固定座、移动台、水平向导轨和移动小车，下部的多尺度试样剪切盒通过剪切盒固定座固定在移动台上，移动台安装在水平向导轨上；水平向导轨安装在移动小车上。移动小车安装有液压缸驱动的伸缩轮，所述伸缩轮可沿着试样安装架两侧的限位槽中移动，伸缩轮缩回后移动小车安放在支撑台上。
本发明的技术构思为：常规直剪仪由于载荷一般无法达到岩石剪切断裂，同时岩石断裂后出现的结构面可能存在起伏度很大的情况，这对水平向测力传感器的要求很高，即在水平向测力传感器承受较大的弯矩下如何保证水平向加载精度，同时岩石剪切断裂后切向加载头可能碰到岩石试样而被迫试验终止。而一般的万能试验机只有一个方向的拉压载荷，很难模拟实际岩石剪断情况。另外对多尺度的岩石试样如何放置到剪切盒中也是需要解决的重要问题。对岩石的抗剪断强度参数的获取对研究岩石的力学性能非常重要，基于此提出了一种岩石抗剪断强度尺寸效应试验机。它针对多尺度岩石的高载荷下满足抗剪断强度测试的精度要求，满足国际岩石力学学会推荐的水平向加载中心线与水平向支撑中心线尽可能一致的要求，满足多尺度岩石试样的安装要求。根据不同尺度的岩石试样尺寸要求通过调整安装盒的宽度和高度将各试样安装在同一个多尺度岩石剪切盒中，并且多尺度岩石试样的中部始终位于水平向的加载中心线。水平向加载时通过加载在上部多尺度岩石剪切盒两侧的支撑块上，水平向支撑在下部多尺度岩石剪切盒两侧的支撑块上，支撑点和加载头位于同一水平线上。水平向设置了两个测力传感器，其中一个为不受弯矩的支撑传感器，另一个为与加载作动器连接，与多尺度岩石剪切盒底部固定的平板下方安装有导轨，因此支撑传感器可作为主要水平向测力传感器。垂向加载机构的加载板下部安装了导轨块以减少剪断后的摩擦力，并在立柱上设置了导轨以支撑法向力，从而保护垂向作动器和保证垂向测力传感器的精度。
本发明具有的有益效果：1、有效满足高载荷下高精度抗剪断测试、可靠性良好；2、本试验机的剪切机理很符合国际岩石力学推荐的直剪测试要求；3.本试验机适应性强，适合不同尺寸规格的多尺度岩石试样测试要求。
附图说明
图1为一种岩石抗剪断强度尺寸效应试验机的主视图。
图2为框架主视图。
图3为多尺度岩石剪切盒俯视图。
图4为多尺度岩石剪切盒主视剖视图。
图5为水平向剪切机构俯视图。
图6为水平向支撑测力机构俯视图。
图7为垂向加载机构主视图。
图8为试样安装台主视图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。
参照图1～图8，一种岩石抗剪断强度尺寸效应试验机，包括框架1、多尺度岩石剪切盒3、水平向加载机构2、水平向支撑测力机构6、垂向加载机构7和试样安装台5，所述多尺度岩石剪切盒3分为上下两部分并安装岩石试样4，多尺度岩石剪切盒3安装在试样安装台5上，水平向加载机构2和水平向支撑测力机构6分别位于多尺度岩石剪切盒3两侧并安装在框架1两侧的立柱上，水平向加载机构2加载于多尺度岩石剪切盒3的上部，水平向支撑测力机构6支撑多尺度岩石剪切盒3的下部，同时水平向加载机构2施力中心线和水平向支撑测力机构6支撑中心线一致。垂向加载机构7位于多尺度岩石剪切盒3上方并安装在框架1的横梁上。
所述框架1包括立柱11、横梁12和平台13。平台13和横梁12两侧安装立柱11，横梁13位于立柱11上方。
所述的多尺度岩石剪切盒3分为结构相同的剪切盒上部和下部，其中剪切盒下部主要由短侧板31、长侧板32、支撑板33、试样盒34、高度调整板35、支撑轴36、支撑块37和底板38组成。短侧板31安装在底板38左右两侧，长侧板32安装在底板38前后两侧，短侧板31和长侧板32互相通过螺栓固定。长侧板32上设置n条直槽，前后长侧板32的左右对称位置的直槽内分别安装两个支撑板33并通过三角形连接件固定，根据岩石试样大小设置的试样盒34固定在两个支撑板33上，其底部安装配套高度调整板35，高度调整板35的高度通过螺母固定在阶梯形的多个支撑轴36的相应高度，支撑轴36固定在底板的螺纹孔上。
所述的水平向剪切机构主要由切向作动器21、水平向第一测力传感器22、水平向铰链关节29、施力架23、传力座24、压辊25、导杆26、导杆座27和连接件28组成。切向作动器21固定于左侧立柱11的中部，水平向第一测力传感器22一端与切向作动器21活塞杆固定，水平向第一测力传感器22另一端与施力架23通过水平向铰链关节29连接。施力架23前后两端设置两个加载头并分别安装传力座24，传力座24上安装有含润滑油的压辊25并使得压辊25可在传力座24上转动。压辊25作用于多尺度岩石剪切盒上部的支撑块37接触面上。传力座24前后两端分别与导杆26通过连接件28固定，导杆26上安装有两个导杆座27，导杆座27固定在立柱11上。
所述的水平向支撑测力机构主要由水平向第二测力传感器63、水平向第二铰链关节62和支撑架61组成，水平向第二测力传感器63一端固定在右侧立柱11上，水平向第二测力传感器63另一端和支撑架63通过水平向第二铰链关节62连接，支撑架61前后两端各设置一个支撑头并作用于下部多尺度岩石剪切盒3的支撑块37接触面上。
所述的垂向加载机构7主要由垂向作动器71、垂向测力传感器72、垂向铰链关节73、加载板74、滑动导轨块75、垂向导轨76、钢丝绳77和移动板78组成。垂向作动器71固定在横梁12上，垂向测力传感器72一端与垂向作动器71活塞杆连接，垂向测力传感器72另一端与加载板74通过垂向铰链关节73连接，加载板74右侧与安装在右侧立柱11上的垂向导轨76连接以抵消切向力的影响。加载板74底部安装一组滑动导轨块75，导轨块下方的移动板78通过钢丝绳77连接到加载板74上。
所述的试样安装台主要由剪切盒固定座51、移动台52、水平向导轨53、移动小车54、支撑台55和试样安装架56组成。下部的多尺度试样剪切盒3通过剪切盒固定座51固定在移动台52上，移动台52安装在水平向导轨53上。水平向导轨53安装在移动小车54上，移动小车54安装有液压缸驱动的伸缩轮，它可沿着试样安装架56两侧的限位槽中移动，伸缩轮缩回后移动小车54安放在支撑台55上。
本实施例的工作过程如下：根据多尺度岩石试样4的尺度选用试样盒34和高度调整板35，多尺度岩石剪切盒3中两个支撑板33位置并固定，安装4个支撑轴36到底板38上，安装高度调整板35到支撑轴36相应的高度上并用螺母固定，安装试样盒34到高度调整板35上并固定到支撑板33上。安装多尺度岩石试样4到试样盒34内，同样过程安装多尺度岩石剪切盒3的上部并将其安装到多尺度岩石剪切盒3的下部，使得岩石试样刚好位于上部的试样盒34中，另外上部的支撑块37位于左端，下部的支撑块37位于右端。将安装岩石试样的多尺度岩石剪切盒3安装到试样安装台5的移动台52上并通过剪切盒固定座51固定，其中移动台52位于移动小车54上面，移动小车54沿着试样安装架56移动框架试验空间内，移动小车54，伸缩轮缩回后移动小车54安放在支撑台55上。水平向支撑测力机构6支撑多尺度岩石剪切盒3下部的支撑块37上，垂向加载机构7施加垂向荷载，水平向加载机构2施加载荷到多尺度岩石剪切盒3上部的支撑块37上，直到岩石试样断裂产生一定位移后试验结束。
Claims (6)
1.一种岩石抗剪断强度尺寸效应试验机，其特征在于：所述尺寸效应试验机包括框架、多尺度岩石剪切盒、水平向加载机构、水平向支撑测力机构、垂向加载机构和试样安装台，所述多尺度岩石剪切盒分为上下两部分并安装岩石试样，多尺度岩石剪切盒安装在试样安装台上，水平向加载机构和水平向支撑测力机构分别位于多尺度岩石剪切盒两侧并安装在框架两侧的立柱上，水平向加载机构加载于多尺度岩石剪切盒的上部，水平向支撑测力机构支撑多尺度岩石剪切盒的下部，同时水平向加载机构施力中心线和水平向支撑测力机构支撑中心线一致；垂向加载机构位于多尺度岩石剪切盒上方并安装在框架的横梁上。
2.根据权利要求1所述的岩石抗剪断强度尺寸效应试验机，其特征在于：所述多尺度岩石剪切盒分为结构相同的剪切盒上部和下部，所述剪切盒下部包括由短侧板、长侧板、支撑板、试样盒、高度调整板、支撑轴、支撑块和底板，所述短侧板安装在底板左右两侧，长侧板安装在底板前后两侧，短侧板和长侧板互相通过螺栓固定。长侧板上设置n条直槽，前后长侧板的左右对称位置的直槽内分别安装两个支撑板并通过三角形连接件固定，根据岩石试样大小设置的试样盒固定在两个支撑板上，其底部安装配套高度调整板，高度调整板的高度通过螺母固定在阶梯形的多个支撑轴的相应高度，支撑轴固定在底板的螺纹孔上。
3.根据权利要求1或2所述的岩石抗剪断强度尺寸效应试验机，其特征在于：所述水平向剪切机构包括切向作动器、水平向第一测力传感器、水平向铰链关节、施力架、传力座、压辊、导杆、导杆座和连接件，所述切向作动器固定于左侧立柱的中部，水平向第一测力传感器一端与切向作动器活塞杆固定，水平向第一测力传感器另一端与施力架通过水平向铰链关节连接；施力架前后两端设置两个加载头并分别安装传力座，传力座上安装有含润滑油的压辊并使得压辊可在传力座上转动。压辊作用于多尺度岩石剪切盒上部的支撑块接触面上；传力座前后两端分别与导杆通过连接件固定，导杆上安装有两个导杆座，导杆座固定在立柱上。
4.根据权利要求1或2所述的岩石抗剪断强度尺寸效应试验机，其特征在于：所述水平向支撑测力机构包括水平向第二测力传感器和支撑架，所述水平向第二测力传感器一端固定在右侧立柱上，水平向第二测力传感器另一端和支撑架连接，支撑架前后两端各设置一个支撑头并作用于下部多尺度岩石剪切盒的支撑块接触面上。
5.根据权利要求1或2所述的一种岩石抗剪断强度尺寸效应试验机，其特征在于：所述垂向加载机构包括垂向作动器、垂向测力传感器、垂向铰链关节、加载板、滑动导轨块、垂向导轨、钢丝绳和移动板，垂向作动器固定在横梁上，垂向测力传感器一端与垂向作动器活塞杆连接，垂向测力传感器另一端与加载板通过垂向铰链关节连接，加载板右侧与安装在右侧立柱上的垂向导轨连接以抵消切向力的影响。加载板底部安装一组滑动导轨块，导轨块下方的移动板通过钢丝绳连接到加载板上。
6.根据权利要求1或2所述的一种岩石抗剪断强度尺寸效应试验机，其特征在于：所述试样安装台包括剪切盒固定座、移动台、水平向导轨和移动小车，下部的多尺度试样剪切盒通过剪切盒固定座固定在移动台上，移动台安装在水平向导轨上；水平向导轨安装在移动小车上。移动小车安装有液压缸驱动的伸缩轮，所述伸缩轮可沿着试样安装架两侧的限位槽中移动，伸缩轮缩回后移动小车安放在支撑台上。
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