CN108152149B - 一种真三轴剪切实验装置及其使用方法 - Google Patents

一种真三轴剪切实验装置及其使用方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种真三轴剪切实验装置，包括机架，所述机架的低端设置有第二垂直油缸，且第二垂直油缸的顶端放置有下固定件，所述下固定件的上部设置有第二剪切盒体，且第二剪切盒体的上部设置有第一剪切盒体，所述第一剪切盒体和第二剪切盒体的端部分别设有试件放置槽，且试件放置槽内放置有试件，所述试件的顶端放置有上固定件，且上固定件的顶端设有框架，所述框架内设有转轴，所述框架的上部设有第一垂直载荷油缸，所述第一剪切盒体的左端设置有第一水平载荷油缸，且第二剪切盒体的右端设置有第二水平载荷油缸。该发明通过水平方向施加力进行剪切，其余两个方向对试件施加载荷，结构简单新颖，大大提高工作效率。

Description

一种真三轴剪切实验装置及其使用方法
技术领域
本发明涉及真三轴剪切实验技术领域，尤其涉及一种真三轴剪切实验装置及其使用方法。
背景技术
近年来，国内外的矿山、水利水电工程、交通隧道、国防防护工程、核废料埋设等地下工程向深部不断扩展。在深部岩体开挖过程中，常遇到岩爆灾害问题。岩爆是指岩体中聚积的弹性变形势能在开挖扰动条件下突然猛烈释放从而导致岩体碎块爆裂并以一定初速度弹射出来的地质灾害现象。岩爆可分为应变型岩爆与动力扰动型岩爆两大类型。应变型岩爆是指高地应力岩体由于开挖卸荷引起的应力集中超过围岩的承载能力导致岩体积蓄的弹性应变能急剧释放的岩爆。动力扰动型岩爆是指开挖前地质构造运动或开挖后切向应力集中作用而存储大量弹性应变能的岩体在工程爆破、机械振动、地震波等外界动力扰动作用下触发的岩爆。动力扰动型岩爆的发生具有随机性、滞后性和突然性等三个特点，可导致深部地下岩体工程施工中人员的伤亡、开挖设备的毁坏和工期的拖延，从而造成重大经济损失。
近年来，随着低渗透、特低渗透油气藏，特别是页岩气藏等非常规储层的开发，水力压裂在保证非常规储层经济有效开发方面的作用也越来越重要。页岩气藏常采用滑溜水大规模压裂技术，目的是形成大规模的裂缝网络，增大储层改造体积(SRV)。页岩储层天然裂缝发育，压裂形成的裂缝网络中含有大量的剪切滑移裂缝，缝面发生剪切滑动可促使粗糙裂缝的凸起起到支撑裂缝的作用，缺少支撑剂的裂缝闭合后仍能形成残余缝隙，这种自支撑效应对储层增产改造效果有重要影响。因此，深入研究储层应力条件下剪切裂缝渗流特征对合理评价储层改造效果非常重要。
岩土工程领域，岩石的破坏通常都是剪切破坏。建筑物地基的承载力，挡土墙、地下结构物的岩石压力，各类边坡的稳定性等均由岩石的抗剪强度控制，能否正确获取岩石的抗剪强度，往往是工程成败的关键。现有的一些对岩石试件进行剪切的装置，剪切效果不好，申请号为2016104574377的申请专利，专利名称为一种利用真三轴试验机实现岩石双轴拉压试验的装置，包括试样粘结组件、拉伸组件和支撑组件，该装置借助真三轴压力试验机测出岩石材料双轴拉压条件下的强度和变形，此外，通过承压板直接将压力施加到试件的一个水平轴向。由此实现岩石试件的双轴拉压加载，但是该装置不能很好地对试件进行拉压实验，不能降低试件在拉压过程中的水平摩擦力，工作效率低，使用不方便，而且结构复杂，使用不方便。
发明内容
基于背景技术存在的技术问题，本发明目的在于提供一种真三轴剪切实验装置。
本发明的第二目的在于提供一种真三轴剪切实验装置的使用方法。
本发明提出的一种真三轴剪切实验装置，包括机架，所述机架的低端设置有第二垂直油缸，且第二垂直油缸的顶端放置有下固定件，所述下固定件的上部设置有第二剪切盒体，且第二剪切盒体的上部设置有第一剪切盒体，所述第一剪切盒体和第二剪切盒体的端部分别设有试件放置槽，且试件放置槽内放置有试件，所述试件的顶端放置有上固定件，且上固定件的顶端设有第一框架，所述第一框架内设有第一辊轴，所述第一框架的上部设有第一垂直载荷油缸，所述第一剪切盒体的左端设置有第一水平载荷油缸，且第二剪切盒体的右端设置有第二水平载荷油缸，所述试件的前端放置有第三水平油缸，且试件的后端设置有第四水平载荷油缸，所述试件的后端放置有侧面固定件，且侧面固定件的后端放置有第二框架，所述第二框架内设置有第二辊轴，所述第二框架的侧面设置有第四水平载荷油缸。
优选的，所述第一剪切盒体和第二剪切盒体的截面形状为L型，且第一剪切盒体和第二剪切盒体的大小等同，所述第一剪切盒体和第二剪切盒体对应放置，第一剪切盒体上的试件放置槽与第二剪切盒体上的试件放置槽在同一垂直线上。
优选的，所述试件放置槽的形状为正方形,且试件放置槽的宽度为100mm*100mm。
优选的，所述第一辊轴均匀设置在第一框架内，数量至少为八个到十二个，且第一辊轴为实心的圆柱形钢体。
优选的，所述上固定件和下固定件的截面形状为T型，且上固定件和下固定件的中部凸体宽度为100mm*100mm，所述第一剪切盒体上的试件放置槽为右侧面开口的，且第二剪切盒体上的试件放置槽为左侧面开口的。
优选的，所述第一水平载荷油缸和第二水平载荷油缸反向施加相同的力，所述第二垂直油缸和第三水平油缸不施加压力。
所述的一种真三轴剪切实验装置及其方法，具体实施步骤如下：
S1：在第二垂直油缸上放置下固定件，之后把第二剪切盒体放置在下固定件上，且第二剪切盒体的试件放置槽与下固定件的中部相对应；
S2：把试件放置在试件放置槽内，把第一剪切盒体反向对应套设在试件的上部，使试件放置在试件放置槽内；
S3：然后把上固定件压合在第一剪切盒体的上部，再水平放置框架；
S4：试件和试件剪切盒体放置好后，启动第一垂直载荷油缸，第一垂直载荷油缸施加50KN的力，第二垂直油缸不施加力，到载荷油缸末端接触到第一辊轴不左右晃动为止，之后在启动第四水平载荷油缸施加50KN的力到油缸末端接触到第一剪切盒体和第二剪切盒体的侧面，第三水平油缸不施加力；
S5：启动第一水平载荷油缸和第二水平载荷油缸施加相同的反向作用力对试件的左端和右端进行挤压操作；
S6：工作人员在显示屏上监视试件的位移情况，以及第一水平载荷油缸和第二水平载荷油缸力度的变化，当试件的位移方式变化时，停止第一水平载荷油缸和第二水平载荷油缸的工作，第一垂直载荷油缸和第四水平载荷油缸也停止工作；
S7：记录试件被剪切时的位移变化以及水平载荷油缸力度变化的数据；
S8：取出剪切后的试件，清理工作台。
本发明中的有益效果：1、该发明通过第一剪切盒体和第二剪切盒体反向对应放置，试件放置在试件放置槽内，经过第一水平载荷油缸和第二水平载荷油缸施加反向作用力，第一水平载荷油缸和第二水平载荷油缸的力可以根据需要进行调节力的大小，同时，第四水平载荷油缸的力也可以进行大小调节，在适当力的作用下，试件别剪切成两块，三面载荷加压剪切，结构新颖简单，实验方便。
2、该发明通过框架和辊轴，在水平载荷油缸对试件施加压力时，辊轴减少试件在实验中的水平摩擦力，提高实验的工作效率，使实验更加准确，记录的数据精准，更好的了解试件的承受力。
3、该发明通过水平方向施加力进行剪切，其余两个方向对试件施加载荷，方便快捷，大大提高工作效率。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1为本发明提出的内部结构示意图；
图2为本发明的A部放大图；
图3为本发明的剪切盒结构示意图；
图4为本发明的主视图；
图5为本发明的俯视图。
图中：1机架、2第一水平载荷油缸、3第二水平载荷油缸、4第一垂直载荷油缸、5第二垂直油缸、6试件、7第一剪切盒体、8第二剪切盒体、9上固定件、10第一框架、101第一辊轴、11下固定件、12试件放置槽、13第三水平油缸、14第四水平载荷油缸、15第二框架、151第二辊轴、16侧面固定件。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步解说。
参照图1-5，实施例一
一种真三轴剪切实验装置，包括机架1，所述机架1的低端设置有第二垂直油缸2，且第二垂直油缸2的顶端放置有下固定件11，所述下固定件11的上部设置有第二剪切盒体8，且第二剪切盒体8的上部设置有第一剪切盒体7，所述第一剪切盒体7和第二剪切盒体8的端部分别设有试件放置槽12，且试件放置槽12内放置有试件6，所述试件6的顶端放置有上固定件9，且上固定件9的顶端设有第一框架10，所述第一框架10内设有第一辊轴101，所述第一框架10的上部设有第一垂直载荷油缸4，所述第一剪切盒体7的左端设置有第一水平载荷油缸2，且第二剪切盒体8的右端设置有第二水平载荷油缸3，所述试件6的前端放置有第三水平油缸13，且试件的后端设置有第四水平载荷油缸14，试件6的后端放置有侧面固定件16，且侧面固定件16的后端放置有第二框架15，所述第二框架15内设置有第二辊轴151，所述第二框架15的侧面设置有第四水平载荷油缸14。
所述第一剪切盒体7和第二剪切盒体8的截面形状为L型，且第一剪切盒体7和第二剪切盒体8的大小等同，所述第一剪切盒体7和第二剪切盒体8对应放置，第一剪切盒体7上的试件放置槽12与第二剪切盒体8上的试件放置槽12在同一垂直线上，所述试件放置槽12的形状为正方形,且试件放置槽12的宽度为100mm*100mm，所述第一剪切盒体7上的试件放置槽12为右侧面开口的，且第二剪切盒体8上的试件放置槽12为左侧面开口的，所述第一辊轴101均匀设置在第一框架10内，数量为十个，且第一辊轴101为实心的圆柱形钢体，所述上固定件9和下固定件11的截面形状为T型，且上固定件9和下固定件11的中部凸体宽度为100mm*100mm，所述第一水平载荷油缸2和第二水平载荷油缸3反向施加相同的力，所述第二垂直油缸5和第三水平油缸13不施加压力。
所述的一种真三轴剪切实验装置及其方法，具体实施步骤如下：
S1：在第二垂直油缸5上放置下固定件11，之后把第二剪切盒体8放置在下固定件11上，且第二剪切盒体8的试件放置槽12与下固定件11的中部相对应；
S2：把试件6放置在试件放置槽12内，把第一剪切盒体7反向对应套设在试件6的上部，使试件6放置在试件放置槽12内；
S3：然后把上固定件9压合在第一剪切盒体7的上部，再水平放置第一框架10；
S4：试件6和试件剪切盒体放置好后，启动第一垂直载荷油缸4，第一垂直载荷油缸4施加一定的力，第二垂直油缸5不施加力，到载荷油缸末端接触到第一辊轴101不左右晃动为止，之后在启动第四水平载荷油缸14施加一定的力到油缸末端接触到第二框架15，第三水平油缸13不施加力；
S5：启动第一水平载荷油缸2和第二水平载荷油缸3施加相同的反向作用力对试件6的左端和右端进行挤压操作；
S6：工作人员在显示屏上监视试件的位移情况，以及第一水平载荷油缸2和第二水平载荷油缸3力度的变化，当试件6的位移方式变化时，停止第一水平载荷油缸和2第二水平载荷油缸3的工作，第一垂直载荷油缸4和第四水平载荷油缸14也停止工作；
S7：记录试件6被剪切时的位移变化以及水平载荷油缸力度变化的数据：
S8：取出剪切后的试件6，清理工作台。
实施例2
一种真三轴剪切实验装置，包括机架1，所述机架1的低端设置有第二垂直油缸2，且第二垂直油缸2的顶端放置有下固定件11，所述下固定件11的上部设置有第二剪切盒体8，且第二剪切盒体8的上部设置有第一剪切盒体7，所述第一剪切盒体7和第二剪切盒体8的端部分别设有试件放置槽12，且试件放置槽12内放置有试件6，所述试件6的顶端放置有上固定件9，且上固定件9的顶端设有第一框架10，所述第一框架10内设有第一辊轴101，所述第一框架10的上部设有第一垂直载荷油缸4，所述第一剪切盒体7的左端设置有第一水平载荷油缸2，且第二剪切盒体8的右端设置有第二水平载荷油缸3，所述试件6的前端放置有第三水平油缸13，且试件的后端设置有第四水平载荷油缸14，试件6的后端放置有侧面固定件16，且侧面固定件16的后端放置有第二框架15，所述第二框架15内设置有第二辊轴151，所述第二框架15的侧面设置有第四水平载荷油缸14。
方法步骤同实施例1，不同的工艺参数在于：
第一垂直载荷油缸4施加1000KN的力；
第四水平载荷油缸14施加1000KN的力。
第一辊轴的数量为八个。
实施例3
一种真三轴剪切实验装置，包括机架1，所述机架1的低端设置有第二垂直油缸2，且第二垂直油缸2的顶端放置有下固定件11，所述下固定件11的上部设置有第二剪切盒体8，且第二剪切盒体8的上部设置有第一剪切盒体7，所述第一剪切盒体7和第二剪切盒体8的端部分别设有试件放置槽12，且试件放置槽12内放置有试件6，所述试件6的顶端放置有上固定件9，且上固定件9的顶端设有第一框架10，所述第一框架10内设有第一辊轴101，所述第一框架10的上部设有第一垂直载荷油缸4，所述第一剪切盒体7的左端设置有第一水平载荷油缸2，且第二剪切盒体8的右端设置有第二水平载荷油缸3，所述试件6的前端放置有第三水平油缸13，且试件的后端设置有第四水平载荷油缸14，试件6的后端放置有侧面固定件16，且侧面固定件16的后端放置有第二框架15，所述第二框架15内设置有第二辊轴151，所述第二框架15的侧面设置有第四水平载荷油缸14。
方法步骤同实施例1，不同的工艺参数在于：
第一垂直载荷油缸4施加2000KN的力；
第四水平载荷油缸14施加2000KN的力。
第一辊轴的数量为十个。
实施例4
一种真三轴剪切实验装置，包括机架1，所述机架1的低端设置有第二垂直油缸2，且第二垂直油缸2的顶端放置有下固定件11，所述下固定件11的上部设置有第二剪切盒体8，且第二剪切盒体8的上部设置有第一剪切盒体7，所述第一剪切盒体7和第二剪切盒体8的端部分别设有试件放置槽12，且试件放置槽12内放置有试件6，所述试件6的顶端放置有上固定件9，且上固定件9的顶端设有第一框架10，所述第一框架10内设有第一辊轴101，所述第一框架10的上部设有第一垂直载荷油缸4，所述第一剪切盒体7的左端设置有第一水平载荷油缸2，且第二剪切盒体8的右端设置有第二水平载荷油缸3，所述试件6的前端放置有第三水平油缸13，且试件的后端设置有第四水平载荷油缸14，试件6的后端放置有侧面固定件16，且侧面固定件16的后端放置有第二框架15，所述第二框架15内设置有第二辊轴151，所述第二框架15的侧面设置有第四水平载荷油缸14。
方法步骤同实施例1，不同的工艺参数在于：
第一垂直载荷油缸4施加3000KN的力；
第四水平载荷油缸14施加3000KN的力。
第一辊轴的数量为十二个。
该发明通过第一剪切盒体7和第二剪切盒体8反向对应放置，试件6放置在试件放置槽12内，经过第一水平载荷油缸2和第二水平载荷油缸3施加反向作用力，第一水平载荷油缸2和第二水平载荷油缸3的力可以根据实验需要进行调节力的大小，在力的作用下，试件6被剪切成两块，结构简单，实验方便，通过第一框架10和第一辊轴101，在水平载荷油缸对试件6施加压力时，第一辊轴101减少试件6在实验中的水平摩擦力，提高实验的工作效率，使实验更加准确，使记录的数据精准，更好的了解试件6的承受力，通过水平方向施加力进行剪切，其余两个方向对试件6施加载荷，结构简单新颖，大大提高工作效率。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种真三轴剪切实验装置的使用方法，其特征在于，所述真三轴剪切实验装置包括机架，所述机架的底端设置有第二垂直油缸，且第二垂直油缸的顶端放置有下固定件，所述下固定件的上部设置有第二剪切盒体，且第二剪切盒体的上部设置有第一剪切盒体，所述第一剪切盒体和第二剪切盒体的端部分别设有试件放置槽，且试件放置槽内放置有试件，所述试件的顶端放置有上固定件，且上固定件的顶端设有第一框架，所述第一框架内设有第一辊轴，所述第一框架的上部设有第一垂直载荷油缸，所述第一剪切盒体的左端设置有第一水平载荷油缸，且第二剪切盒体的右端设置有第二水平载荷油缸，所述试件的前端放置有第三水平油缸，且试件的后端放置有侧面固定件，且侧面固定件的后端放置有第二框架，所述第二框架内设置有第二辊轴，所述第二框架的侧面设置有第四水平载荷油缸；
所述真三轴剪切实验装置使用的方法步骤如下：
S1：在第二垂直油缸上放置下固定件，之后把第二剪切盒体放置在下固定件上，且第二剪切盒体的试件放置槽与下固定件的中部相对应；
S2：把试件放置在第二剪切盒体的试件放置槽内，把第一剪切盒体反向对应套设在试件的上部，使试件放置在试件放置槽内；
S3：然后把上固定件压合在第一剪切盒体的上部，再水平放置第一框架；
S4：试件和第一剪切盒体放置好后，启动第一垂直载荷油缸，第一垂直载荷油缸施加50KN到3000KN的力，第二垂直油缸不施加力，到第一垂直载荷油缸末端接触到第一辊轴不左右晃动为止，之后再启动第四水平载荷油缸施加50KN到3000KN的力到第四水平载荷油缸末端接触到第一剪切盒体和第二剪切盒体的侧面，第三水平油缸不施加力；
S5：启动第一水平载荷油缸和第二水平载荷油缸施加相同的反向作用力对试件的左端和右端进行挤压操作；
S6：工作人员在显示屏上监视试件的位移情况，以及第一水平载荷油缸和第二水平载荷油缸力度的变化，当试件的位移方式变化时，停止第一水平载荷油缸和第二水平载荷油缸的工作，第一垂直载荷油缸和第四水平载荷油缸也停止工作；
S7：记录试件被剪切时的位移变化以及水平载荷油缸力度变化的数据；
S8：取出剪切后的试件，清理工作台。
2.根据权利要求1所述的一种真三轴剪切实验装置的使用方法，其特征在于，所述第一剪切盒体和第二剪切盒体的截面形状为L型，且第一剪切盒体和第二剪切盒体的大小等同，所述第一剪切盒体和第二剪切盒体对应放置，第一剪切盒体上的试件放置槽与第二剪切盒体上的试件放置槽在同一垂直线上。
3.根据权利要求1所述的一种真三轴剪切实验装置的使用方法，其特征在于，所述试件放置槽的形状为正方形,且试件放置槽的宽度为100mm*100mm，所述第一剪切盒体上的试件放置槽为右侧面开口的，且第二剪切盒体上的试件放置槽为左侧面开口的。
4.根据权利要求1所述的一种真三轴剪切实验装置的使用方法，其特征在于，所述第一辊轴均匀设置在第一框架内，数量为八个到十二个，且第一辊轴为实心的圆柱形钢体。
5.根据权利要求1所述的一种真三轴剪切实验装置的使用方法，其特征在于，所述上固定件和下固定件的截面形状为T型，且上固定件和下固定件的中部凸体宽度为100mm*100mm。
6.根据权利要求1所述的一种真三轴剪切实验装置的使用方法，其特征在于，所述第一水平载荷油缸和第二水平载荷油缸反向施加相同的力，所述第二垂直油缸和第三水平油缸不施加压力。
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