CN106932283B - 一种研究结构面试样各向异性的直剪仪固定装置及其方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种研究结构面试样各向异性的直剪仪固定装置,磁力调向单元的上方固接一平板，平板上放置传力机构，平板和传力机构之间通过磁力调向单元产生的强大磁力固定为一体，平板上设有第一刻度线，传力机构与第一刻度线相适配的位置设有第二刻度线，包裹机构放置在传力机构的内部，并与传力机构固接为一体，包裹机构内包裹结构面试样，直剪仪对所述结构面试样完成一个方向的直剪后，通过关闭磁力调向单元，使平板和传力机构之间失去固定磁力，将传力机构旋转至第一刻度线的下一刻度线，再打开磁力调向单元，即可以实现对结构面试样下一个方向的直剪，进而实现对结构面试样所有方向的直剪。本发明方便对结构面试样各向异性进行研究。

Description

一种研究结构面试样各向异性的直剪仪固定装置及其方法
技术领域
本发明涉及岩土工程的技术领域，尤其涉及一种研究结构面试样各向异性的直剪仪固定装置及其方法。
背景技术
结构面试样是指地质历史发展过程中，在岩体内部形成的具有一定延伸方向和长度，厚度相对较小的地质界面或带，包括层面、节理面、不整合面等。由于结构面的存在，极大地破坏了岩体的连续性和完整性，削弱了工程岩体的力学性质及其稳定性。因而，对结构面试样的有关性质的研究意义非凡。
结构面试样的抗剪强度参数是工程岩体稳定性分析和加固治理方案设计的重要指标，一般通过试验得到结构面的抗剪强度指标，其中小型剪力仪—岩石弱面直剪仪是常用的仪器，由于其便捷性以及操作的简易性，可用于野外现场和室内试验，同时能满足一定的精度要求，且造价低廉，在现有的试验仪器中仍是直剪试验的首选，然而，使用此直剪仪不能伺服控制法向应力、需要用混凝土包裹结构面试样试样的辅助方法才能开展试验，而且无法准确简便的对结构面试样的各向异性进行研究。
发明内容
有鉴于此，本发明的实施例提供了一种操作简单，方便直剪仪对结构面试样的各向异性进行研究的研究结构面试样各向异性的直剪仪固定装置及其方法。
本发明的实施例提供一种研究结构面试样各向异性的直剪仪固定装置,包括磁力调向单元、传力机构和包裹机构，所述磁力调向单元的上方固接一平板，所述平板上放置传力机构，所述平板和传力机构之间通过磁力调向单元产生的强大磁力固定为一体，所述平板上设有第一刻度线，所述传力机构与第一刻度线相适配的位置设有第二刻度线，所述包裹机构放置在传力机构的内部，并与传力机构固接为一体，所述包裹机构内包裹结构面试样，所述直剪仪对所述结构面试样完成一个方向的直剪后，通过关闭磁力调向单元，使平板和传力机构之间失去固定磁力，将传力机构旋转至第一刻度线的下一刻度线，再打开磁力调向单元，即可以实现对结构面试样下一个方向的直剪，进而实现对结构面试样所有方向的直剪。
进一步，所述传力机构包括外撑架，所述外撑架的直径与所述平板的直径相适配，所述第二刻度线设在外撑架的下方，所述外撑架的内部沿圆周方向设有传力块，所述传力机构通过传力块与包裹机构固接。
进一步，所述包裹机构包括数个包裹单元，所述包裹单元的两侧均固接一封口条，所述封口条上设有上螺孔、下螺孔和中螺孔，所述包裹单元与相邻包裹单元之间通过在上螺孔和下螺孔中插入螺钉固定，所述传力块的前端开有与中螺孔相适配的第一螺孔，所述传力块和包裹单元通过在中螺孔和第一螺孔中插入螺钉固定。
进一步，所述外撑架上开有通孔，所述通孔的数量与传力块的数量相适配，所述传力块插入通孔，并通过螺钉固定，所述传力块插入的深度可以调节，所述传力块的数量为3块，所述传力块沿外撑架的内部圆周方向等间距分布。
进一步，所述包裹单元由若干包裹微元连接而成，所述包裹单元通过增减包裹微元的数量调整尺寸，调整包裹单元的数量进而调整包裹机构的尺寸。
进一步，所述包裹微元与相邻包裹微元间通过凹凸配合连接在一起，并通过销钉固定，所述包裹微元的形状为长条形。
进一步，所述磁力调向单元为磁力机，所述磁力机通过开关实现运转和关闭。
进一步，所述平板焊接在磁力调向单元的上方。
一种研究结构面试样各向异性的直剪仪固定方法，包括以下步骤：
(1)用钻机钻取多种尺寸的待研究的圆柱体结构面试样；
(2)用胶带缠绕钻取的结构面试样，使结构面试样保持原始咬合状态，并在结构面试样上标明初始直剪方向；
(3)通过调整包裹机构的包裹单元和包裹微元的数量，使包裹单元包裹结构面试样，再通过在封口条中插入螺钉将包裹单元固定为一体，并放在到传力机构的内部，将传力机构放置在磁力调向单元上方的平板上；
(4)调整包裹机构在传力机构内部的位置，使封口条与传力机构的传力块相对，并通过螺钉将封口条和传力块固定在一起，进而使包裹机构与传力机构固定；
(5)调整传力机构的位置，使传力机构上第二刻度线的零刻线与平板上第一刻度线的零刻线相对应，同时，结构面试样上初始直剪方向与零刻线的位置相适配，启动磁力调向单元，并放入直剪仪中，即可完成结构面试样一个方向的直剪；
(6)结构面试样一个方向的直剪完成后，关闭磁力调向单元，将传力机构旋转至第一刻度线的下一刻度线，再启动磁力调向单元，并放入直剪仪中，即可完成结构面试样下一个方向的直剪，以此类推，即可完成结构面试样所有方向的直剪，取出，关闭磁力调向单元；
(7)由外向内进行拆除，取出结构面试样，再放入另一尺寸的结构面试样，重复步骤(2)-(6)，即可完成不同尺寸结构面试样所有方向的直剪。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1.本发明结构简单，体积小，便于携带、易于拆卸、方便操作，本装置可以直接安装在已有直剪仪之上，在快速环保安装结构面试样方面能够达到良好的效果；
2.本发明为基本对称结构，结构稳定，可以通过包裹机构达到高效装配岩样的目的；
3.本发明无需改变直剪仪的主要结构，不会破坏原仪器的主要功能及其便利性，并且可与原仪器完美结合，达到了环保的效果并缩减了试验周期，并增加了进行结构面各向异性剪切特性研究的功能，以利于科学研究和生产设计；
4.本发明通过增加或减少包裹微元的个数，改变包裹机构的长度从而可以装配不同尺寸的结构面试样而研究结构面试样的各向异性效应；
5.本发明能准确改变剪切方向，从而达到研究结构面各向异性的目的。
附图说明
图1是本发明一种研究结构面试样各向异性的直剪仪固定装置的一示意图。
图2是图1中传力机构的一示意图。
图3是图1中包裹机构的一示意图。
图4是图3中包裹微元的一示意图。
图5是图1中磁力调向单元和平板的一示意图。
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，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地描述。
请参考图1，本发明的实施例提供了一种研究结构面试样各向异性的直剪仪固定装置,包括磁力调向单元1、传力机构2和包裹机构3，所述磁力调向单元1的上方固接一平板4，优选地，平板4焊接在磁力调向单元1的上方，所述平板4上放置传力机构2，所述平板4和传力机构2之间通过磁力调向单元1产生的强大磁力固定为一体，所述包裹机构3放置在传力机构2的内部，并与传力机构2固接为一体，所述包裹机构3内包裹结构面试样。
平板4上设有若干第一刻度线41，传力机构2与第一刻度线41相适配的位置设有若干第二刻度线21。
请参考图2，传力机构2包括外撑架22，所述第二刻度线21设在外撑架22的下方，外撑架22的直径与平板4的直径相适配，所述外撑架22的内部沿圆周方向设有传力块23，所述传力机构2通过传力块23与包裹机构3固接。在一实施例中，外撑架22上开有通孔221，通孔221的数量与传力块23的数量相适配，传力块23插入通孔，并通过螺钉222固定，所述传力块23插入的深度可以调节，所述传力块23的数量优选为3块，所述传力块23沿外撑架22的内部圆周方向等间距分布。
请参考图3，包裹机构3包括数个包裹单元31，包裹单元31的两侧均固接一封口条32，所述封口条32上设有上螺孔321、下螺孔323和中螺孔322，所述包裹单元31与相邻包裹单元31之间通过在上螺孔321和下螺孔323中插入螺钉222固定，所述传力块23的前端开有与中螺孔322相适配的第一螺孔231，所述传力块23和包裹单元31通过在中螺孔322和第一螺孔231中插入螺钉222固定。
请参考图4，包裹单元31由若干包裹微元321连接而成，所述包裹微元321的形状优选为长条形，包裹微元321与相邻包裹微元321间通过凹凸配合连接在一起，并通过销钉固定，所述包裹单元31通过增减包裹微元321的数量调整尺寸，调整包裹单元31的数量进而调整包裹机构3的尺寸。
请参考图5，磁力调向单元1优选为磁力机，所述磁力机通过开关12实现运转和关闭。
直剪仪(图中未示出)对所述结构面试样完成一个方向的直剪后，通过关闭磁力调向单元1，使平板4和传力机构2之间失去固定磁力，将传力机构2旋转至第一刻度线41的下一刻度线，再打开磁力调向单元1，即可以实现对结构面试样下一个方向的直剪，进而实现对结构面试样所有方向的直剪。
一种研究结构面试样各向异性的直剪仪固定方法，包括以下步骤：
(1)用钻机钻取多种尺寸的待研究的圆柱体结构面试样；
(2)用胶带缠绕钻取的结构面试样，使结构面试样保持原始咬合状态，并在结构面试样上标明初始直剪方向；
(3)通过调整包裹机构3的包裹单元31和包裹微元321的数量，使包裹单元31包裹结构面试样，再通过在封口条32中插入螺钉222将包裹单元31固定为一体，并放在到传力机构2的内部，将传力机构2放置在磁力调向单元1上方的平板4上；
(4)调整包裹机构3在传力机构2内部的位置，使封口条32与传力机构2的传力块23相对，并通过螺钉222将封口条32和传力块23固定在一起，进而使包裹机构3与传力机构2固定；
(5)调整传力机构2的位置，使传力机构2上第二刻度线21的零刻线与平板上第一刻度线41的零刻线相对应，同时，结构面试样上初始直剪方向与零刻线的位置相适配，启动磁力调向单元1，并放入直剪仪中，即可完成结构面试样一个方向的直剪；
(6)结构面试样一个方向的直剪完成后，关闭磁力调向单元1，将传力机构2旋转至第一刻度线41的下一刻度线，再启动磁力调向单元1，并放入直剪仪中，即可完成结构面试样下一个方向的直剪，以此类推，即可完成结构面试样所有方向的直剪，取出，关闭磁力调向单元1；
(7)由外向内进行拆除，取出结构面试样，再放入另一尺寸的结构面试样，重复步骤(2)-(6)，即可完成不同尺寸结构面试样所有方向的直剪。
本发明结构简单，体积小，便于携带、易于拆卸、方便操作，本装置可以直接安装在已有直剪仪之上，在快速环保安装结构面试样方面能够达到良好的效果；本发明为基本对称结构，结构稳定，可以通过包裹机构达到高效装配岩样的目的；本发明无需改变直剪仪的主要结构，不会破坏原仪器的主要功能及其便利性，并且可与原仪器完美结合，达到了环保的效果并缩减了试验周期，并增加了进行结构面各向异性剪切特性研究的功能，以利于科学研究和生产设计；本发明通过增加或减少包裹微元的个数，改变包裹机构的长度从而可以装配不同尺寸的结构面试样而研究结构面试样的各向异性效应；本发明能准确改变剪切方向，从而达到研究结构面各向异性的目的。
在本文中，所涉及的前、后、上、下等方位词是以附图中零部件位于图中以及零部件相互之间的位置来定义的，只是为了表达技术方案的清楚及方便。应当理解，所述方位词的使用不应限制本申请请求保护的范围。
在不冲突的情况下，本文中上述实施例及实施例中的特征可以相互结合。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种研究结构面试样各向异性的直剪仪固定装置,其特征在于，包括磁力调向单元、传力机构和包裹机构，所述磁力调向单元的上方固接一平板，所述平板上放置传力机构，所述平板和传力机构之间通过磁力调向单元产生的强大磁力固定为一体，所述平板上设有第一刻度线，所述传力机构与第一刻度线相适配的位置设有第二刻度线，所述包裹机构放置在传力机构的内部，并与传力机构固接为一体，所述包裹机构内包裹结构面试样，所述直剪仪对所述结构面试样完成一个方向的直剪后，通过关闭磁力调向单元，使平板和传力机构之间失去固定磁力，将传力机构旋转至第一刻度线的下一刻度线，再打开磁力调向单元，即可以实现对结构面试样下一个方向的直剪，进而实现对结构面试样所有方向的直剪；
所述传力机构包括外撑架，所述外撑架的直径与所述平板的直径相适配，所述第二刻度线设在外撑架的下方，所述外撑架的内部沿圆周方向设有传力块，所述传力机构通过传力块与包裹机构固接；
所述外撑架上开有通孔，所述通孔的数量与传力块的数量相适配，所述传力块插入通孔，并通过螺钉固定，所述传力块插入的深度可以调节，所述传力块的数量为3块，所述传力块沿外撑架的内部圆周方向等间距分布。
2.根据权利要求1所述的研究结构面试样各向异性的直剪仪固定装置,其特征在于，所述包裹机构包括数个包裹单元，所述包裹单元的两侧均固接一封口条，所述封口条上设有上螺孔、下螺孔和中螺孔，所述包裹单元与相邻包裹单元之间通过在上螺孔和下螺孔中插入螺钉固定，所述传力块的前端开有与中螺孔相适配的第一螺孔，所述传力块和包裹单元通过在中螺孔和第一螺孔中插入螺钉固定。
3.根据权利要求2所述的研究结构面试样各向异性的直剪仪固定装置,其特征在于，所述包裹单元由若干包裹微元连接而成，所述包裹单元通过增减包裹微元的数量调整尺寸，调整包裹单元的数量进而调整包裹机构的尺寸。
4.根据权利要求3所述的研究结构面试样各向异性的直剪仪固定装置,其特征在于，所述包裹微元与相邻包裹微元间通过凹凸配合连接在一起，并通过销钉固定，所述包裹微元的形状为长条形。
5.根据权利要求1所述的研究结构面试样各向异性的直剪仪固定装置,其特征在于，所述磁力调向单元为磁力机，所述磁力机通过开关实现运转和关闭。
6.根据权利要求1所述的研究结构面试样各向异性的直剪仪固定装置,其特征在于，所述平板焊接在磁力调向单元的上方。
7.一种如权利要求1-6任一项所述的研究结构面试样各向异性的直剪仪固定装置的固定方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)用钻机钻取多种尺寸的待研究的圆柱体结构面试样；
(2)用胶带缠绕钻取的结构面试样，使结构面试样保持原始咬合状态，并在结构面试样上标明初始直剪方向；
(3)通过调整包裹机构的包裹单元和包裹微元的数量，使包裹单元包裹结构面试样，再通过在封口条中插入螺钉将包裹单元固定为一体，并放在到传力机构的内部，将传力机构放置在磁力调向单元上方的平板上；
(4)调整包裹机构在传力机构内部的位置，使封口条与传力机构的传力块相对，并通过螺钉将封口条和传力块固定在一起，进而使包裹机构与传力机构固定；
(5)调整传力机构的位置，使传力机构上第二刻度线的零刻线与平板上第一刻度线的零刻线相对应，同时，结构面试样上初始直剪方向与零刻线的位置相适配，启动磁力调向单元，并放入直剪仪中，即可完成结构面试样一个方向的直剪；
(6)结构面试样一个方向的直剪完成后，关闭磁力调向单元，将传力机构旋转至第一刻度线的下一刻度线，再启动磁力调向单元，并放入直剪仪中，即可完成结构面试样下一个方向的直剪，以此类推，即可完成结构面试样所有方向的直剪，取出，关闭磁力调向单元；
(7)由外向内进行拆除，取出结构面试样，再放入另一尺寸的结构面试样，重复步骤(2)-(6)，即可完成不同尺寸结构面试样所有方向的直剪。
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