CN109085057A - 一种用于岩土劈裂试验的试验装置及试验方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于岩土劈裂试验的试验装置及试验方法，该试验装置包括机架、下部台座、上部台座和楔入型加载机构，楔入型加载机构包括水平安装轴、第一楔入板、第二楔入板和驱动电机，驱动电机与第一楔入板和第二楔入板之间设置有齿轮齿条传动机构，第一楔入板上安装有角度测量尺，试验方法包括：一、准备所需的圆柱体岩土试样；二、安装圆柱体岩土试样；三、加载圆柱体岩土试样；四、重复步骤一至步骤三，进行多组试验，得到多组试验结果；五、观察并分析多组试验结果，总结裂纹开裂走向的规律。本发明不仅解决了加载过程中圆柱体岩土试样偏移的问题，保证了圆柱体岩土试样的两个横向截面上所受到的加载力的均匀性，提高了试验结果的精度。

Description

一种用于岩土劈裂试验的试验装置及试验方法
技术领域
本发明属于岩石力学与工程技术领域，涉及一种用于室内岩土力学试验中测量岩土试样的劈裂抗拉强度的试验装置，具体涉及一种用于岩土劈裂试验的试验装置及试验方法。
背景技术
岩土属于典型的脆性材料，直接测试其抗拉强度十分困难，所以一般普遍采用巴西圆盘劈裂试验用以代替土的抗拉强度。但是该方法需对岩土试样施加対径压缩载荷，这使得加载线附近由于强烈的应力集中而发生压破坏，测得的抗拉强度与真实值存在较大的差异，在一定程度上说违背了岩土抗拉强度的定义。为了降低标准巴西圆盘劈裂试验中对径线加载所引起的应力集中的程度，改进巴西圆盘劈裂试验，本发明提供利用一种用于岩土劈裂试验的试验装置及试验方法。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种用于岩土劈裂试验的试验装置，其结构简单、设计合理，通过楔入型加载机构对圆柱体岩土试样进行加载，不仅解决了加载过程中圆柱体岩土试样偏移的问题，而且能够解决巴西圆盘劈裂试验中因为对径线加载而引起圆柱体岩土试样应力集中的问题，在试验加载过程中，能够使圆柱体岩土试样的竖直中线始终与水平安装轴的轴线相垂直，保证了圆柱体岩土试样的两个横向截面上所受到的加载力的均匀性，提高了试验结果的精度。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种用于岩土劈裂试验的试验装置，其特征在于：包括机架、安装在所述机架底端用于放置圆柱体岩土试样的下部台座、安装在所述机架上端的上部台座和安装在所述上部台座上的楔入型加载机构，所述机架包括多个呈矩形布设的立柱、平行设置在所述立柱上的底板和顶板，所述下部台座包括位于所述底板正上方的试验平台、安装在所述试验平台上的凸块和固定安装在所述试验平台上用于调整所述试验平台位置高度的第一调节丝杆，所述底板上安装有与第一调节丝杆相配合的第一螺纹套；所述上部台座包括位于所述顶板正下方的水平安装板、安装在所述水平安装板上的竖直安装板和固定安装在所述水平安装板上用于调整所述水平安装板位置高度的第二调节丝杆，所述顶板上安装有与所述第二调节丝杆相配合的第二螺纹套；所述楔入型加载机构包括水平安装轴、转动安装在所述水平安装轴上的第一楔入板和第二楔入板，以及用于驱动所述第一楔入板和第二楔入板开合的驱动电机，所述水平安装轴的一端固定安装在所述竖直安装板上，所述驱动电机与所述第一楔入板和第二楔入板之间设置有齿轮齿条传动机构，所述第一楔入板上安装有角度测量尺。
上述的一种用于岩土劈裂试验的试验装置，其特征在于：所述齿轮齿条传动机构包括安装在所述第一楔入板远离所述水平安装轴一侧的第一弧形齿条、安装在所述第二楔入板上远离所述水平安装轴一侧的第二弧形齿条以及与所述第一弧形齿条和第二弧形齿条均啮合的双齿轮，所述双齿轮安装在所述驱动电机的输出轴上。
上述的一种用于岩土劈裂试验的试验装置，其特征在于：所述第一楔入板的宽度尺寸大于所述第二楔入板的宽度尺寸，所述第一弧形齿条和第二弧形齿条呈同心圆布设，第二弧形齿条与所述双齿轮的小齿轮相啮合，所述第一弧形齿条与所述双齿轮的大齿轮相啮合，所述第一楔入板上开设有供第二弧形齿条穿过的让位孔。
上述的一种用于岩土劈裂试验的试验装置，其特征在于：所述第一楔入板靠近所述竖直安装板一侧端面上设置有第一插销，所述第二楔入板靠近所述竖直安装板一侧端面上设置有第二插销，所述竖直安装板上开设有供所述第一插销和第二插销滑移的弧形槽。
上述的一种用于岩土劈裂试验的试验装置，其特征在于：所述第一楔入板上安装有套装在所述水平安装轴上的第一轴套，所述第二楔入板上固定安装有套装在所述水平安装轴上的第二轴套，所述第一轴套和所述第二轴套相间布设。
本发明还提供了一种用于岩土劈裂试验的试验方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一、准备所需的圆柱体岩土试样：
在传统圆柱体岩土试样上开设楔入槽，所述楔入槽沿着传统圆柱体岩土试样的轴向方向贯通，形成圆柱体岩土试样；
步骤二、安装所述圆柱体岩土试样：
步骤201、根据所述圆柱体岩土试样的尺寸大小，调整所述试验平台的位置高度和所述水平安装板的位置高度；
步骤202、启动驱动电机，使所述第一楔入板和所述第二楔入板之间的角度为0°，之后，将所述圆柱体岩土试样水平放置在凸块上，再调整所述水平安装板的位置高度，将所述第一楔入板和所述第二楔入板插入所述楔入槽内；
步骤203、记录所述第一楔入板和所述第二楔入板之间的初始角度；
步骤三、加载所述圆柱体岩土试样，具体包括以下步骤：
步骤301、启动驱动电机，所述驱动电机正转，带动所述第一楔入板和所述第二楔入板打开，所述第一楔入板和所述第二楔入板同时挤压所述圆柱体岩土试样，使所述圆柱体岩土试样出现裂纹，观察所述裂纹的开裂点和所述裂纹开裂的走向，当所述裂纹贯通所述圆柱体岩土试样时，关闭所述驱动电机，停止加载，并记录所述第一楔入板和所述第二楔入板之间的最终角度；
步骤302、启动驱动电机，所述驱动电机反转，带动所述第一楔入板和所述第二楔入板闭合；
步骤303、调整所述水平安装板的位置高度，使所述第一楔入板和所述第二楔入板逐渐退出所述楔入槽，之后，取出所述圆柱体岩土试样；
步骤四、重复步骤一至步骤三，进行多组试验，得到多组试验结果；
步骤五、观察并分析多组试验结果，总结所述裂纹开裂走向的规律：
将试验后的所述圆柱体岩土试样进行对比，观察每一个试验后的所述圆柱体岩土试样的所述裂纹开裂的走向，总结所述圆柱体岩土试样的所述裂纹开裂走向的规律。
上述的试验方法，其特征在于：步骤一中，所述楔入槽为矩形槽，所述矩形槽的槽宽h＝3mm～5mm，所述矩形槽的槽深L1＝R,其中R为所述圆柱体岩土试样的半径。
上述的试验方法，其特征在于：步骤203中，当所述楔入槽为矩形槽时，所述第一楔入板和所述第二楔入板相闭合，此时，所述初始角度为0°。
上述的试验方法，其特征在于：步骤一中，所述楔入槽为扇形槽，所述扇形槽的扇面角度α＝1°～10°，所述扇形槽的槽深L2＝R,其中R为所述圆柱体岩土试样的半径。
上述的试验方法，其特征在于：步骤203中，当所述楔入槽为扇形槽时，启动驱动电机，所述第一楔入板和所述第二楔入板打开，当所述第一楔入板的外侧面和所述第二楔入板的外侧面分别紧贴在所述扇形槽的两个侧面上时，关闭驱动电机，此时，所述初始角度为1°～10°。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、本发明通过在机架底端设置下部台座，在机架上端设置上部台座，并在上部台座上安装楔入型加载机构，下部台座起到了支撑的圆柱体岩土试样的作用，上部支座起到了支撑楔入型加载机构的作用，而机架则起到了支撑下部台座和上部台座的作用，整个试验装置结构紧凑，体积小。
2、本发明通过旋拧第一调节丝杆的方式，能够调整试验平台的位置高度，通过旋拧第二调节丝杆的方式，能够调整水平安装板的位置高度，由于试验平台和水平安装板相平行，且试验平台和水平安装板之间形成一个试验空间，当试验平台的位置高度或水平安装板的位置高度发生改变的时候，所述试验空间的大小会发生改变，能够适用于不同规格圆柱体岩土试样，使用效果好，便于推广应用。
3、本发明所利用的楔入型加载机构包括水平安装轴、第一楔入板、第二楔入板和驱动电机，第一楔入板和第二楔入板均转动安装在所述水平安装轴上，水平安装轴的一端固定安装在竖直安装板上，所述驱动电机与所述第一楔入板和第二楔入板之间设置有齿轮齿条传动机构，在劈裂圆柱体岩土试样的过程中，由驱动电机提供动力，由齿轮齿条传动机构传递动力，带动第一楔入板和第二楔入板打开，第一楔入板和第二楔入板不断挤压圆柱体岩土试样，使圆柱体岩土试样不断出现裂纹，直至圆柱体岩土试样完全被劈裂，在试验加载过程中，能够使圆柱体岩土试样的竖直中线始终与水平安装轴的轴线相垂直，保证了圆柱体岩土试样的两个横向截面上所受到的加载力的均匀性，提高了试验结果的精度。
4、本发明所提供的试验方法，流程简单，便于操作，能够保证试验结果的准确性。
综上所述，本发明结构简单、设计合理，通过楔入型加载机构对圆柱体岩土试样进行加载，解决了加载过程中圆柱体岩土试样偏移的问题，能够解决巴西圆盘劈裂试验中因为对径线加载而引起圆柱体岩土试样应力集中的问题，在试验加载过程中，能够使圆柱体岩土试样的竖直中线始终与水平安装轴的轴线相垂直，保证了圆柱体岩土试样的两个横向截面上所受到的加载力的均匀性，提高了试验结果的精度。
下面通过附图和实施例，对本发明做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明试验装置的结构示意图。
图2为本发明楔入型加载机构的结构示意图。
图3为本发明试验装置的使用状态示意图。
图4为本发明试验方法的流程图。
图5为本发明实施例2圆柱体岩土试样的结构示意图。
图6为本发明实施例3圆柱体岩土试样的结构示意图。
附图标记说明:
1-1—立柱； 1-2—底板； 1-3—顶板；
2-1—试验平台； 2-2—凸块； 2-3—第一调节丝杆；
2-4—第一螺纹套； 2-5—第一调节手柄； 3-1—水平安装板；
3-2—竖直安装板； 3-2-1—弧形槽； 3-3—第二调节丝杆；
3-4—第二螺纹套； 3-5—第二调节手柄； 4—水平安装轴；
5-1—第一轴套； 5-2—第二轴套； 6-1—第一楔入板；
6-2—第二楔入板； 7-1—第一弧形齿条； 7-2—第二弧形齿条；
8—驱动电机； 8-1—输出轴； 9—双齿轮；
10—角度测量尺； 14—圆柱体岩土试样； 14-1—矩形槽；
14-2—扇形槽。
具体实施方式
本发明提供的一种用于岩土劈裂试验的试验装置通过实施例1进行详细说明：
实施例1
如图1至图3所示的一种用于岩土劈裂试验的试验装置，包括机架、安装在所述机架底端用于放置圆柱体岩土试样14的下部台座、安装在所述机架上端的上部台座和安装在所述上部台座上的楔入型加载机构，所述机架包括多个呈矩形布设的立柱1-1、平行设置在所述立柱1-1上的底板1-2和顶板1-3，所述下部台座包括位于所述底板1-2正上方的试验平台2-1、安装在所述试验平台2-1上的凸块2-2和固定安装在所述试验平台2-1上用于调整所述试验平台2-1位置高度的第一调节丝杆2-3，所述底板1-2上安装有与第一调节丝杆2-3相配合的第一螺纹套2-4，所述上部台座包括位于所述顶板1-3正下方的水平安装板3-1、安装在所述水平安装板3-1上的竖直安装板3-2和固定安装在所述水平安装板3-1上用于调整所述水平安装板3-1位置高度的第二调节丝杆3-3，所述顶板1-3上安装有与所述第二调节丝杆3-3相配合的第二螺纹套3-4，所述楔入型加载机构包括水平安装轴4、转动安装在所述水平安装轴4上的第一楔入板6-1和第二楔入板6-2，以及用于驱动所述第一楔入板6-1和第二楔入板6-2开合的驱动电机8，所述水平安装轴4的一端固定安装在所述竖直安装板4上，所述驱动电机8与所述第一楔入板6-1和第二楔入板6-2之间设置有齿轮齿条传动机构，所述第一楔入板6-1上安装有角度测量尺10。
本实施例中，通过在机架底端设置下部台座，在机架上端设置上部台座，并在上部台座上安装楔入型加载机构，下部台座起到了支撑的圆柱体岩土试样14的作用，上部支座起到了支撑楔入型加载机构的作用，而机架则起到了支撑下部台座和上部台座的作用，整个试验装置结构紧凑，体积小。
如图3所示，实际使用时，本试验装置所需要的圆柱体岩土试样14，与现有技术中，巴西圆盘劈裂试验中所采用的传统圆柱体岩土试样有所不同，需要在传统圆柱体岩土试样上开设楔入槽，所述楔入槽沿着传统圆柱体岩土试样的轴向方向贯通，形成圆柱体岩土试样14，再将圆柱体岩土试样14放置在下部台座上，由楔入型加载机构向圆柱体岩土试样14提供加载力，实现对圆柱体岩土试样14的劈裂。
本实施例中，所述下部台座包括试验平台2-1、凸块2-2、第一调节丝杆2-3和第一螺纹套2-4，第一螺纹套2-4固定安装在底板1-2上，第一调节丝杆2-3与第一螺纹套2-4相配合，且第一调节丝杆2-3与试验平台2-1固定连接，因此，通过旋拧第一调节丝杆2-3的方式，能够调整试验平台2-1的位置高度；所述上部台座包括水平安装板3-1、竖直安装板3-2、第二调节丝杆3-3和第二螺纹套3-4，第二螺纹套3-4固定安装在顶板1-3上，第二调节丝杆3-3与第二螺纹套3-4相配合，且第二调节丝杆3-3与水平安装板3-1固定连接，因此，通过旋拧第二调节丝杆3-3的方式，能够调整水平安装板3-1的位置高度；又由于试验平台2-1和水平安装板3-1相平行，且试验平台2-1和水平安装板3-1之间形成一个试验空间，当试验平台2-1的位置高度或水平安装板3-1的位置高度发生改变的时候，所述试验空间的大小会发生改变，能够适用于不同规格圆柱体岩土试样14，使用效果好，便于推广应用。
本实施例中，所述楔入型加载机构包括水平安装轴4、第一楔入板6-1、第二楔入板6-2和驱动电机8，第一楔入板6-1和第二楔入板6-2均转动安装在所述水平安装轴4上，水平安装轴4的一端固定安装在竖直安装板3-2上，所述驱动电机8与所述第一楔入板6-1和第二楔入板6-2之间设置有齿轮齿条传动机构，在劈裂圆柱体岩土试样14的过程中，由驱动电机8提供动力，由齿轮齿条传动机构传递动力，带动第一楔入板6-1和第二楔入板6-2打开，第一楔入板6-1和第二楔入板6-2不断挤压圆柱体岩土试样14，使圆柱体岩土试样14不断出现裂纹，直至圆柱体岩土试样14完全被劈裂。
与传统的巴西圆盘劈裂试验的试验装置相比较，本试验装置采用楔入型加载机构对圆柱体岩土试样14进行加载，第一楔入板6-1和第二楔入板6-2同时能够对圆柱体岩土试样14起到限位的作用，在试验加载过程中，能够使圆柱体岩土试样14的竖直中线始终与水平安装轴4的轴线相垂直，保证了圆柱体岩土试样14的两个横向截面上所受到的加载力的均匀性，能够防止圆柱体岩土试样14在加载过程中发生移动，解决了加载过程中圆柱体岩土试样偏移的问题，而且能够解决巴西圆盘劈裂试验中因为对径线加载而引起圆柱体岩土试样应力集中的问题，提高了试验结果的精度。
本实施例中，通过在第一楔入板6-1上安装角度测量尺10，劈裂圆柱体岩土试样14的过程中，在观察圆柱体岩土试样14裂纹产生的过程中，能够实时记录第一楔入板6-1和第二楔入板6-2之间的角度，便于试验数据的可视化记录。
如图2所示，本实施例中，所述齿轮齿条传动机构包括安装在所述第一楔入板6-1远离所述水平安装轴4一侧的第一弧形齿条7-1、安装在所述第二楔入板6-2上远离所述水平安装轴4一侧的第二弧形齿条7-2以及与所述第一弧形齿条7-1和第二弧形齿条7-2均啮合的双齿轮9，所述双齿轮9安装在所述驱动电机8的输出轴8-1上。
本实施例中，所述第一楔入板6-1的宽度尺寸大于所述第二楔入板6-2的宽度尺寸，所述第一弧形齿条7-1和第二弧形齿条7-2呈同心圆布设，第二弧形齿条7-2与所述双齿轮9的小齿轮相啮合，所述第一弧形齿条7-1与所述双齿轮9的大齿轮相啮合，所述第一楔入板6-1上开设有供第二弧形齿条7-2穿过的让位孔。
本实施例中，通过在驱动电机8的输出轴8-1上安装双齿轮9，双齿轮9的小齿轮第与第二弧形齿条7-2相啮合，双齿轮9的大齿轮与第一弧形齿条7-1相啮合，第一弧形齿条7-1能够带动第一楔入板6-1绕着水平安装轴4转动，第二弧形齿条7-2能够带动第二楔入板6-2绕着水平安装轴4转动，传动精度高，结构紧凑，节省空间，使用效果好。
由于所述第一楔入板6-1的宽度尺寸大于所述第二楔入板6-2的宽度尺寸，因此，在第一楔入板6-1和第二楔入板6-2开合的过程中，第一弧形齿条7-1不会与第二楔入板6-2发生干涉，但是，第二弧形齿条7-2会与第一楔入板6-1发生干涉，影响第二弧形齿条7-2的移动，从而影响齿轮齿条传动机构的传动，因此，本实施例中，通过在所述第一楔入板6-1上开设供第二弧形齿条7-2穿过的让位孔，为第二弧形齿条7-2提供足够的移动空间，构思巧妙，使用效果好。
实际使用时，当第一楔入板6-1的宽度尺寸等于所述第二楔入板6-2的宽度尺寸时，则需要在第二楔入板6-2上开设供第一弧形齿条7-1穿过的让位孔，为第一弧形齿条7-1提供足够的移动空间，保证齿轮齿条传动机构的传动。
本实施例中，所述第一楔入板6-1靠近所述竖直安装板3-2一侧端面上设置有第一插销6-1-1，所述第二楔入板6-2靠近所述竖直安装板3-2一侧端面上设置有第二插销6-2-1，所述竖直安装板3-2上开设有供所述第一插销6-1-1和第二插销6-2-1滑移的弧形槽3-2-1。
本实施例中，通过在第一楔入板6-1靠近所述竖直安装板3-2一侧端面上设置第一插销6-1-1，在第二楔入板6-2靠近所述竖直安装板3-2一侧端面上设置第二插销6-2-1，且在竖直安装板3-2上开设供第一插销6-1-1和第二插销6-2-1滑移的弧形槽3-2-1，通过第一插销6-1-1和弧形槽3-2-1之间的配合，能够限定第一楔入板6-1绕着水平安装轴4转动的运行轨迹，能够防止第一楔入板6-1在绕着水平安装轴4转动的过程中发生扭转的现象，保证了第一楔入板6-1作用在圆柱体岩土试样14上挤压力的均匀性；通过第二插销6-2-1和弧形槽3-2-1之间的配合，能够限定第二楔入板6-2绕着水平安装轴4转动的运行轨迹，能够防止第二楔入板6-2在绕着水平安装轴4转动的过程中发生扭转的现象，保证了第二楔入板6-2作用在圆柱体岩土试样14上挤压力的均匀性。
本实施例中，所述第一楔入板6-1上安装有套装在所述水平安装轴4上的第一轴套5-1，所述第二楔入板6-2上均固定安装有套装在所述水平安装轴4上的第二轴套5-2，所述第一轴套5-1和所述第二轴套5-2相间布设。
本发明提供的一种用于岩土劈裂试验的试验方法通过实施例2和实施例3进行详细说明：
实施例2
如图4所示的一种用于岩土劈裂试验的试验方法，包括以下步骤：
步骤一、准备所需的圆柱体岩土试样：
在传统圆柱体岩土试样上开设楔入槽，所述楔入槽沿着传统圆柱体岩土试样的轴向方向贯通，形成圆柱体岩土试样14；
与现有技术中，巴西圆盘劈裂试验中所采用的传统圆柱体岩土试样有所不同，需要在传统圆柱体岩土试样上开设楔入槽，所述楔入槽沿着传统圆柱体岩土试样的轴向方向贯通，形成圆柱体岩土试样14，在开设楔入槽的过程中，务必保证楔入槽的槽底经过圆柱体岩土试样14的轴线，并且，所述楔入槽的两个侧面必须平整无损伤。
步骤二、安装所述圆柱体岩土试样：
步骤201、根据所述圆柱体岩土试样14的尺寸大小，调整所述试验平台2-1的位置高度和所述水平安装板3-1的位置高度；
本实施例中，通过调整所述试验平台2-1的位置高度和所述水平安装板3-1的位置高度，能够改变试验平台2-1和水平安装板3-1之间形成的试验空间，又由于所述水平安装板3-1上安装有竖直安装板3-2，且竖直安装板3-2上安装有楔入型加载机构，因此，此调整过程必须在放置所述圆柱体岩土试样14之前完成，必须保证为所述圆柱体岩土试样14的放置提供充足的空间，避免在试验过程中，对圆柱体岩土试样14造成损坏，造成浪费。
步骤202、启动驱动电机8，使所述第一楔入板6-1和所述第二楔入板6-2之间的角度为0°，之后，将所述圆柱体岩土试样14水平放置在凸块2-2上，再调整所述水平安装板3-1的位置高度，将所述第一楔入板6-1和所述第二楔入板6-2插入所述楔入槽内；
本实施例中，在将所述圆柱体岩土试样14水平放置在凸块2-2上之前，还需要使所述第一楔入板6-1和所述第二楔入板6-2之间的角度为0°的目的在于：在后续将第一楔入板6-1和所述第二楔入板6-2插入所述楔入槽内时，当第一楔入板6-1和所述第二楔入板6-2之间的角度为0°时，能够避免第一楔入板6-1或第二楔入板6-2碰触到所述楔入槽的两个侧面，从而防止对所述圆柱体岩土试样14造成损伤，提高了试验结果的精度。
步骤203、记录所述第一楔入板6-1和所述第二楔入板6-2之间的初始角度；
步骤三、加载所述圆柱体岩土试样，具体包括以下步骤：
步骤301、启动驱动电机8，所述驱动电机8正转，带动所述第一楔入板6-1和所述第二楔入板6-2打开，所述第一楔入板6-1和所述第二楔入板6-2同时挤压所述圆柱体岩土试样14，使所述圆柱体岩土试样14出现裂纹，观察所述裂纹的开裂点和所述裂纹开裂的走向，当所述裂纹贯通所述圆柱体岩土试样14时，关闭所述驱动电机8，停止加载，并记录所述第一楔入板6-1和所述第二楔入板6-2之间的最终角度；
本实施例中，由驱动电机8提供动力，由齿轮齿条传动机构传递动力，带动第一楔入板6-1和第二楔入板6-2打开，第一楔入板6-1和第二楔入板6-2不断挤压圆柱体岩土试样14，使圆柱体岩土试样14不断出现裂纹，直至圆柱体岩土试样14完全被劈裂，加载方式简单、构思巧妙，在加载过程中，第一楔入板6-1和第二楔入板6-2能够使圆柱体岩土试样14的竖直中线始终与水平安装轴4的轴线相垂直，保证了圆柱体岩土试样14的两个横向截面上所受到的加载力的均匀性，能够防止圆柱体岩土试样14在加载过程中发生移动，解决了加载过程中圆柱体岩土试样偏移的问题，而且能够解决巴西圆盘劈裂试验中因为对径线加载而引起圆柱体岩土试样应力集中的问题，提高了试验结果的精度。
步骤302、启动驱动电机8，所述驱动电机8反转，带动所述第一楔入板6-1和所述第二楔入板6-2闭合；
步骤303、调整所述水平安装板3-1的位置高度，使所述第一楔入板6-1和所述第二楔入板6-2逐渐退出所述楔入槽，之后，取出所述圆柱体岩土试样14；
步骤四、重复步骤一至步骤三，进行多组试验，得到多组试验结果；
步骤五、观察并分析多组试验结果，总结所述裂纹开裂走向的规律：
将试验后的所述圆柱体岩土试样14进行对比，观察每一个试验后的所述圆柱体岩土试样14的所述裂纹开裂的走向，总结所述圆柱体岩土试样14的所述裂纹开裂走向的规律。
如图5所示，本实施例中，所述楔入槽为矩形槽14-1，所述矩形槽14-1的槽宽h＝3mm～5mm，所述矩形槽14-1的槽深L1＝R,其中R为所述圆柱体岩土试样14的半径。
本实施例中，步骤203中，当所述楔入槽为矩形槽时，所述第一楔入板6-1和所述第二楔入板6-2相闭合，此时，所述初始角度为0°。
实施例3
本实施例与实施例2不同的是：如图6所示，本实施例中，步骤一中，所述楔入槽为扇形槽14-2，所述扇形槽14-2的扇面角度α＝1°～10°，所述扇形槽14-2的槽深L2＝R,其中R为所述圆柱体岩土试样14的半径。
本实施例中，步骤203中，当所述楔入槽为扇形槽时，启动驱动电机8，所述第一楔入板6-1和所述第二楔入板6-2打开，当所述第一楔入板6-1的外侧面和所述第二楔入板6-2的外侧面分别紧贴在所述扇形槽的两个侧面上时，关闭驱动电机8，此时，所述初始角度为1°～10°。
其他试验步骤均与实施例2相同。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (10)

1.一种用于岩土劈裂试验的试验装置，其特征在于：包括机架、安装在所述机架底端用于放置圆柱体岩土试样(14)的下部台座、安装在所述机架上端的上部台座和安装在所述上部台座上的楔入型加载机构，所述机架包括多个呈矩形布设的立柱(1-1)、平行设置在所述立柱(1-1)上的底板(1-2)和顶板(1-3)，所述下部台座包括位于所述底板(1-2)正上方的试验平台(2-1)、安装在所述试验平台(2-1)上的凸块(2-2)和固定安装在所述试验平台(2-1)上用于调整所述试验平台(2-1)位置高度的第一调节丝杆(2-3)，所述底板(1-2)上安装有与第一调节丝杆(2-3)相配合的第一螺纹套(2-4)；所述上部台座包括位于所述顶板(1-3)正下方的水平安装板(3-1)、安装在所述水平安装板(3-1)上的竖直安装板(3-2)和固定安装在所述水平安装板(3-1)上用于调整所述水平安装板(3-1)位置高度的第二调节丝杆(3-3)，所述顶板(1-3)上安装有与所述第二调节丝杆(3-3)相配合的第二螺纹套(3-4)；所述楔入型加载机构包括水平安装轴(4)、转动安装在所述水平安装轴(4)上的第一楔入板(6-1)和第二楔入板(6-2)，以及用于驱动所述第一楔入板(6-1)和第二楔入板(6-2)开合的驱动电机(8)，所述水平安装轴(4)的一端固定安装在所述竖直安装板(4)上，所述驱动电机(8)与所述第一楔入板(6-1)和第二楔入板(6-2)之间设置有齿轮齿条传动机构，所述第一楔入板(6-1)上安装有角度测量尺(10)。
2.按照权利要求1所述的一种用于岩土劈裂试验的试验装置，其特征在于：所述齿轮齿条传动机构包括安装在所述第一楔入板(6-1)远离所述水平安装轴(4)一侧的第一弧形齿条(7-1)、安装在所述第二楔入板(6-2)上远离所述水平安装轴(4)一侧的第二弧形齿条(7-2)以及与所述第一弧形齿条(7-1)和第二弧形齿条(7-2)均啮合的双齿轮(9)，所述双齿轮(9)安装在所述驱动电机(8)的输出轴(8-1)上。
3.按照权利要求2所述的一种用于岩土劈裂试验的试验装置，其特征在于：所述第一楔入板(6-1)的宽度尺寸大于所述第二楔入板(6-2)的宽度尺寸，所述第一弧形齿条(7-1)和第二弧形齿条(7-2)呈同心圆布设，第二弧形齿条(7-2)与所述双齿轮(9)的小齿轮相啮合，所述第一弧形齿条(7-1)与所述双齿轮(9)的大齿轮相啮合，所述第一楔入板(6-1)上开设有供第二弧形齿条(7-2)穿过的让位孔。
4.按照权利要求1所述的一种用于岩土劈裂试验的试验装置，其特征在于：所述第一楔入板(6-1)靠近所述竖直安装板(3-2)一侧端面上设置有第一插销(6-1-1)，所述第二楔入板(6-2)靠近所述竖直安装板(3-2)一侧端面上设置有第二插销(6-2-1)，所述竖直安装板(3-2)上开设有供所述第一插销(6-1-1)和第二插销(6-2-1)滑移的弧形槽(3-2-1)。
5.按照权利要求2所述的一种用于岩土劈裂试验的试验装置，其特征在于：所述第一楔入板(6-1)上安装有套装在所述水平安装轴(4)上的第一轴套(5-1)，所述第二楔入板(6-2)上固定安装有套装在所述水平安装轴(4)上的第二轴套(5-2)，所述第一轴套(5-1)和所述第二轴套(5-2)相间布设。
6.一种利用如权利要求1所述的试验装置进行岩土劈裂试验的试验方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一、准备所需的圆柱体岩土试样：
在传统圆柱体岩土试样上开设楔入槽，所述楔入槽沿着传统圆柱体岩土试样的轴向方向贯通，形成圆柱体岩土试样(14)；
步骤二、安装所述圆柱体岩土试样：
步骤201、根据所述圆柱体岩土试样(14)的尺寸大小，调整所述试验平台(2-1)的位置高度和所述水平安装板(3-1)的位置高度；
步骤202、启动驱动电机(8)，使所述第一楔入板(6-1)和所述第二楔入板(6-2)之间的角度为0°，之后，将所述圆柱体岩土试样(14)水平放置在凸块(2-2)上，再调整所述水平安装板(3-1)的位置高度，将所述第一楔入板(6-1)和所述第二楔入板(6-2)插入所述楔入槽内；
步骤203、记录所述第一楔入板(6-1)和所述第二楔入板(6-2)之间的初始角度；
步骤三、加载所述圆柱体岩土试样，具体包括以下步骤：
步骤301、启动驱动电机(8)，所述驱动电机(8)正转，带动所述第一楔入板(6-1)和所述第二楔入板(6-2)打开，所述第一楔入板(6-1)和所述第二楔入板(6-2)同时挤压所述圆柱体岩土试样(14)，使所述圆柱体岩土试样(14)出现裂纹，观察所述裂纹的开裂点和所述裂纹开裂的走向，当所述裂纹贯通所述圆柱体岩土试样(14)时，关闭所述驱动电机(8)，停止加载，并记录所述第一楔入板(6-1)和所述第二楔入板(6-2)之间的最终角度；
步骤302、启动驱动电机(8)，所述驱动电机(8)反转，带动所述第一楔入板(6-1)和所述第二楔入板(6-2)闭合；
步骤303、调整所述水平安装板(3-1)的位置高度，使所述第一楔入板(6-1)和所述第二楔入板(6-2)逐渐退出所述楔入槽，之后，取出所述圆柱体岩土试样(14)；
步骤四、重复步骤一至步骤三，进行多组试验，得到多组试验结果；
步骤五、观察并分析多组试验结果，总结所述裂纹开裂走向的规律：
将试验后的所述圆柱体岩土试样(14)进行对比，观察每一个试验后的所述圆柱体岩土试样(14)的所述裂纹开裂的走向，总结所述圆柱体岩土试样(14)的所述裂纹开裂走向的规律。
7.按照权利要求6所述的试验方法，其特征在于：步骤一中，所述楔入槽为矩形槽(14-1)，所述矩形槽(14-1)的槽宽h＝3mm～5mm，所述矩形槽(14-1)的槽深L1＝R,其中R为所述圆柱体岩土试样(14)的半径。
8.按照权利要求7所述的试验方法，其特征在于：步骤203中，当所述楔入槽为矩形槽时，所述第一楔入板(6-1)和所述第二楔入板(6-2)相闭合，此时，所述初始角度为0°。
9.按照权利要求6所述的试验方法，其特征在于：步骤一中，所述楔入槽为扇形槽(14-2)，所述扇形槽(14-2)的扇面角度α＝1°～10°，所述扇形槽(14-2)的槽深L2＝R,其中R为所述圆柱体岩土试样(14)的半径。
10.按照权利要求9所述的试验方法，其特征在于：步骤203中，当所述楔入槽为扇形槽时，启动驱动电机(8)，所述第一楔入板(6-1)和所述第二楔入板(6-2)打开，当所述第一楔入板(6-1)的外侧面和所述第二楔入板(6-2)的外侧面分别紧贴在所述扇形槽的两个侧面上时，关闭驱动电机(8)，此时，所述初始角度为1°～10°。
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