CN109323920A - 一种用于两刚一柔真三轴试验机卸荷的夹具及装配方法 - Google Patents

Abstract

一种用于两刚一柔真三轴试验机卸荷的夹具及装配方法，包括四个压块，分别是第一压块、第二压块、第三压块和第四压块，第一压块、第二压块、第三压块和第四压块的凹槽内均设置有位置控制柱，所述第一压块、第二压块、第三压块和第四压块的凹槽首尾相连组成方形槽，且方形槽内设置有限制挡板，限制挡板的四个面与位置控制柱表面贴合；本发明弥补了“两刚一柔”型真三轴试验机夹具在卸荷试验中的不足，该夹具在进行单一方向卸荷试验时，能够做到单面卸荷，限制挡板能够对与之对应的另一面岩样起到一定的限制约束作用。从而，可以更加广泛地研究岩石卸荷试验过程中的破坏行为，也为研究工程现场卸荷破坏灾害问题提供了可能。

Description

一种用于两刚一柔真三轴试验机卸荷的夹具及装配方法

技术领域

本发明属于岩石真三轴试验岩样夹具技术领域，具体涉及一种用于两刚一柔真三轴试验机卸荷的夹具及装配方法。

背景技术

为了满足当今社会飞速发展的需要，许多大型水利水电、采矿以及土工建设工程等逐渐向地球深部进军。与此同时，深部高地应力诱发的工程岩体(特别是硬脆性岩体)灾害，不仅对工程造成了巨大经济损失，而且对工作人员的人身安全构成威胁。深部高地应力环境下的工程岩体破坏，特别是开挖边界处，往往由于开挖卸荷导致开裂和破坏，其破坏形式有片帮、岩爆以及深层开裂等。地壳中的岩石多处于真三轴应力状态，即(σ₁≥σ₂≥σ₃)，工程建设过程中会对岩体进行开挖卸荷，岩体原有应力状态被破坏，工程岩体为维持结构的平衡会进行一定应力调整，此过程会引发上文工程灾害。岩爆、片帮等灾害一般是由于在原始三向地应力状态下，自最小主应力方向单面开挖卸荷导致；同时，也不排除单一方向双面开挖卸荷的情况。尽管如此，临空面内部一定距离的岩体仍然对临空面附近岩体具有一定的支撑作用。所以，有必要开展室内试验来研究这些灾害的发生机理，以便更好地预防和应对灾害的发生。

用于科学研究的室内真三轴试验机能够模拟再现工程中的灾害现象，真三轴试验机岩样一般为长方体或正方体，为确保活塞将力准确并均匀施加于岩样上，需利用合金承压垫块传递荷载，其一侧与岩样完全接触，另一侧与刚性活塞接触。目前，真三轴试验机主要有两种形式：“三刚”型(三个主应力方向均为刚性活塞加载)和“两刚一柔”型(两个方向为刚性活塞加载，另外一个方向为液压油柔性加载)。

对于“三刚”型真三轴试验机可以在两个主应力大小不变的情况下，在第三个主应力方向上进行单面卸荷，而与其对应的另一面活塞位置不变，起到限制约束作用，实际监测表明，卸荷试验过程中，单面卸荷试验对立面位置不变活塞的受力很小。然而，对于“两刚一柔”型真三轴试验机，油压方向一般为最小主应力方向，进行卸荷试验时，只能在油压方向对岩样进行双面卸荷，加之传统夹具不能够对岩样在最小主应力方向起到单方面限制，这无疑对研究岩石卸荷破坏行为产生了一定的局限性，不利于从更一般的情况研究分析片帮和岩爆等灾害的发生机理。另外，国内用于“两刚一柔”型真三轴试验机内进行单面卸荷试验的夹具几乎没有，并且更改试验机类型的费用远高于发明新型夹具的费用。为研究灾害机理的需要，急需一种用于该类型试验机中进行卸荷试验的新型夹具。

发明内容

鉴于“两刚一柔”型真三轴试验机中现有岩石夹具在卸荷试验过程中的不足，本发明提出一种用于“两刚一柔”真三轴试验机卸荷的夹具及装配方法，该夹具结构相对简单，岩样装配方便，能够在卸荷试验过程中对岩样单侧变形起到一定约束作用，解决了传统夹具在此方面的不足。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种用于两刚一柔真三轴试验机卸荷的夹具，包括四个压块，分别是第一压块、第二压块、第三压块和第四压块，第一压块、第二压块、第三压块和第四压块的凹槽内均设置有位置控制柱，所述第一压块、第二压块、第三压块和第四压块的凹槽首尾相连组成方形槽，且方形槽内设置有限制挡板，限制挡板的四个面与位置控制柱表面贴合。

所述压块一侧壁表面一端设置有三角板和凹槽，与所述三角板所在侧壁相连的斜侧壁上设置有连接部，连接部所在侧壁与三角板所在侧壁之间倒圆角设置，连接部上开设有第一螺纹孔，与所述斜侧壁相对设置的侧壁上开设有第二螺纹孔，所述第一压块、第二压块、第三压块和第四压块通过连接部、紧固螺丝和第二螺纹孔依次相连。

所述压块的表面开设有三个第三螺纹孔，且第三螺纹孔轴线与第一螺纹孔轴线垂直设置。

所述方形槽的尺寸大于限制挡板的尺寸。

所述位置控制柱有四个，分别为第一位置控制柱、第二位置控制柱、第三位置控制柱和第四位置控制柱，所述第一位置控制柱位于第一压块凹槽内，第二位置控制柱位于第二压块凹槽内，第三位置控制柱位于第三压块凹槽内，第四位置控制柱位于第四压块凹槽内。

一种用于两刚一柔真三轴试验机卸荷的夹具，还包括底端板、左端板和后端板，后端板表面设置有底端板和左端板，且底端板和左端板垂直设置，所述后端板表面顶端和右端均设置有支座，且支座上对称设置有紧固螺栓，其中两个紧固螺栓的螺柱端面与第三压块表面紧密贴合，另外两个紧固螺栓端面与第四压块表面紧密贴合，所述底端板和左端板表面分别与第一压块和第二压块紧密贴合。

一种用于两刚一柔真三轴试验机卸荷的夹具的装配方法，采用一种用于两刚一柔真三轴试验机卸荷的夹具，包括以下步骤，

步骤1，将第一压块和第二压块分别放置于真三轴岩样装配装置的底端板和左端板上；

步骤2，将第一位置控制柱和第二位置控制柱分别插入到第一压块和第二压块的凹槽中，且使第一位置控制柱和第二位置控制柱分别与第一压块和第二压块的凹槽槽底紧贴；

步骤3，将限制挡板插入到第一压块和第二压块的凹槽内，并将岩样放置于限制挡板上，并使岩样与第一压块和第二压块紧密贴合；

步骤4，将第三位置控制柱插入到第三压块凹槽中，第三压块和第三位置控制柱整体与第二压块和限制挡板结合；将第四位置控制柱插入到第四压块凹槽中，第四压块与第四位置控制柱整体与第三压块、第一压块和限制挡板紧密贴合；

步骤5，通过真三轴岩样装配装置上的四个紧固螺栓对岩样和压块进行预紧贴合，且预紧过程中四个紧固螺栓的转动圈数相同，防止岩样和本发明夹具整体的偏心，预紧贴合后将四个位置控制柱取出；

步骤6，通过四个紧固螺丝分别将第一压块的连接部与第二压块的第二螺纹孔相连，将第二压块的连接部与第三压块的第二螺纹孔相连，将第三压块的连接部与第四压块的第二螺纹孔相连，将第四压块的连接部与第一压块的第二螺纹孔相连，对压块进行连接固定；

步骤7，继续用四个紧固螺栓对压块和岩样进行夹紧工作，且四个紧固螺栓的转动圈数相同；

步骤8，利用四个紧固螺丝再次对压块进行夹紧，当四个紧固螺丝的螺杆端面与压块表面平齐时，压块和岩样夹紧完成，且四个紧固螺丝的转动圈数相同；

步骤9，完成夹具的安装，拆除四个紧固螺栓。

本发明的有益效果为：

1、本发明弥补了“两刚一柔”型真三轴试验机夹具在卸荷试验中的不足，该夹具在进行单一方向卸荷试验时，能够做到单面卸荷，限制挡板能够对与之对应的另一面岩样起到一定的限制约束作用。从而，可以更加广泛地研究岩石卸荷试验过程中的破坏行为，也为研究工程现场卸荷破坏灾害问题提供了可能。

2、本发明夹具结构简单，岩样装配方便，且利用最少的价值实现“三刚型”真三轴试验机卸荷试验中的部分功能，价格低廉，节省成本。

附图说明

图1为本发明夹具整体结构示意图；

图2为本发明夹具爆炸视图；

图3为本发明夹具后视图；

图4为本发明压块结构正视图；

图5为本发明压块结构侧视图；

图6为本发明压块结构俯视图；

图7为本发明夹具置于真三轴岩样装配装置组装过程示意图；

1-压块，2-第一压块，3-第二压块，4-第三压块，5-第四压块，6-凹槽，7-岩样，8-第一位置控制柱，9-第二位置控制柱，10-第三位置控制柱，11-第四位置控制柱，12-限制挡板，13-三角板，14-连接部，15-第一螺纹孔，16-第二螺纹孔，17-紧固螺丝，18-第三螺纹孔，19-真三轴岩样装配装置，20-紧固螺栓，21-底端板，22-左端板，23-后端板，24-支座。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。

如图1-图3所示，一种用于两刚一柔真三轴试验机卸荷的夹具，包括四个压块1，分别是第一压块2、第二压块3、第三压块4和第四压块5，第一压块2、第二压块3、第三压块4和第四压块5的凹槽6内均设置有位置控制柱，所述第一压块2、第二压块3、第三压块4和第四压块5的凹槽6首尾相连组成方形槽，且方形槽内设置有限制挡板12，限制挡板12的四个面与位置控制柱表面贴合。

如图4-图6所示，所述压块1一侧壁表面一端设置有三角板13和凹槽6，三角板13的设置防止四个压块1互扣过程中相撞，与所述三角板13所在侧壁相连的斜侧壁上设置有连接部14，连接部14所在侧壁与三角板13所在侧壁之间倒圆角设置，倒圆角设置方便夹具安装完成后位置控制柱的抽出，连接部14上开设有第一螺纹孔15，与所述斜侧壁相对设置的侧壁上开设有第二螺纹孔16，所述第一压块2、第二压块3、第三压块4和第四压块5通过连接部14、紧固螺丝17和第二螺纹孔16依次相连。

所述压块1的表面开设有三个第三螺纹孔18，且第三螺纹孔18轴线与第一螺纹孔15轴线垂直设置，其中同一水平线上的两个第三螺纹孔18用于安装传感器，另一个斜向设置的第三螺纹孔18用于安装销子防止传感器乱动。

所述方形槽的尺寸大于限制挡板12的尺寸，压力机压头作用于本发明夹具上，间接对岩样7施加压力。因为本发明夹具为互扣式结构，岩样7在压缩过程中体积会变小，夹具必须和岩样7同步变形。如果四个压块1组成的方形槽尺寸与限制挡板12尺寸相同，由于限制挡板12和本发明夹具同为刚性材料，其变形能力相对于岩样7较弱，这就限制了本发明夹具和岩样7的同步缩小变形，无法进行试验，因此方形槽的尺寸应大于限制挡板12的尺寸。

所述位置控制柱有四个，分别为第一位置控制柱8、第二位置控制柱9、第三位置控制柱10和第四位置控制柱11，所述第一位置控制柱8位于第一压块2的凹槽6内，第二位置控制柱9位于第二压块3的凹槽6内，第三位置控制柱10位于第三压块4的凹槽6内，第四位置控制柱11位于第四压块5的凹槽6内，位置控制柱主要是保证限制挡板12位置居中。

一种用于两刚一柔真三轴试验机卸荷的夹具，还包括底端板21、左端板22和后端板23，后端板23表面设置有底端板21和左端板22，且底端板21和左端板22垂直设置，所述后端板23表面顶端和右端均设置有支座24，且支座24上对称设置有紧固螺栓20，其中两个紧固螺栓20的螺柱端面与第三压块4表面紧密贴合，另外两个紧固螺栓20端面与第四压块5表面紧密贴合，所述底端板21和左端板22表面分别与第一压块2和第二压块3紧密贴合。

一种用于两刚一柔真三轴试验机卸荷的夹具的装配方法，采用一种用于两刚一柔真三轴试验机卸荷的夹具，包括以下步骤，

如图7所示步骤1，将第一压块2和第二压块3分别放置于真三轴岩样装配装置19的底端板21和左端板22上；

步骤2，将第一位置控制柱8和第二位置控制柱9分别插入到第一压块2和第二压块3的凹槽6中，且使第一位置控制柱8和第二位置控制柱9分别与第一压块2和第二压块3的凹槽6槽底紧贴；

步骤3，将限制挡板12插入到第一压块2和第二压块3的凹槽6内，并将岩样7放置于限制挡板12上，并使岩样7与第一压块2和第二压块3紧密贴合；

步骤4，将第三位置控制柱10插入到第三压块4凹槽6中，第三压块4和第三位置控制柱10整体与第二压块3和限制挡板12结合；将第四位置控制柱11插入到第四压块5凹槽6中，第四压块5和第四位置控制柱11整体与第三压块4、第一压块2和限制挡板12紧密贴合；

步骤5，通过真三轴岩样装配装置19上的四个紧固螺栓20对岩样7和压块1进行预紧贴合，且预紧过程中四个紧固螺栓20的转动圈数相同，防止岩样7和本发明夹具整体的偏心，如果四个紧固螺栓20的预紧力相差较大，容易在某一方向产生缝隙，即岩样7与本发明夹具之间产生缝隙，导致岩样7和本发明夹具整体偏心，为此应保证紧固螺栓20的转动圈数相同，预紧贴合后将四个位置控制柱取出；

步骤6，通过四个紧固螺丝17分别将第一压块2的连接部14与第二压块3的第二螺纹孔16相连，将第二压块3的连接部14与第三压块4的第二螺纹孔16相连，将第三压块4的连接部14与第四压块5的第二螺纹孔16相连，将第四压块5的连接部14与第一压块2的第二螺纹孔16相连，对压块1进行连接固定；

步骤7，继续用四个紧固螺栓20对压块1和岩样7进行夹紧工作，且四个紧固螺栓20的转动圈数相同；

步骤8，利用四个紧固螺丝17再次对压块1进行夹紧，当四个紧固螺丝17的螺杆端面与本发明夹具表面平齐时，压块1和岩样7的夹紧完成；紧固螺丝17的螺杆端面与本发明夹具表面平齐时，每个紧固螺丝17正好旋转1080°，即转动3圈，且四个紧固螺丝17的转动圈数相同；

步骤9，完成夹具的安装，拆除四个紧固螺栓20。

Claims (7)

1.一种用于两刚一柔真三轴试验机卸荷的夹具，其特征在于，包括四个压块，分别是第一压块、第二压块、第三压块和第四压块，第一压块、第二压块、第三压块和第四压块的凹槽内均设置有位置控制柱，所述第一压块、第二压块、第三压块和第四压块的凹槽首尾相连组成方形槽，且方形槽内设置有限制挡板，限制挡板的四个面与位置控制柱表面贴合。

2.根据权利要求1所述的一种用于两刚一柔真三轴试验机卸荷的夹具，其特征在于：所述压块一侧壁表面一端设置有三角板和凹槽，与所述三角板所在侧壁相连的斜侧壁上设置有连接部，连接部所在侧壁与三角板所在侧壁之间倒圆角设置，连接部上开设有第一螺纹孔，与所述斜侧壁相对设置的侧壁上开设有第二螺纹孔，所述第一压块、第二压块、第三压块和第四压块通过连接部、紧固螺丝和第二螺纹孔依次相连。

3.根据权利要求1所述的一种用于两刚一柔真三轴试验机卸荷的夹具，其特征在于：所述压块的表面开设有三个第三螺纹孔，且第三螺纹孔轴线与第一螺纹孔轴线垂直设置。

4.根据权利要求1所述的一种用于两刚一柔真三轴试验机卸荷的夹具，其特征在于：所述方形槽的尺寸大于限制挡板的尺寸。

5.根据权利要求1所述的一种用于两刚一柔真三轴试验机卸荷的夹具，其特征在于：所述位置控制柱有四个，分别为第一位置控制柱、第二位置控制柱、第三位置控制柱和第四位置控制柱，所述第一位置控制柱位于第一压块凹槽内，第二位置控制柱位于第二压块凹槽内，第三位置控制柱位于第三压块凹槽内，第四位置控制柱位于第四压块凹槽内。

6.根据权利要求1-5中任一一种用于两刚一柔真三轴试验机卸荷的夹具，其特征在于，还包括底端板、左端板和后端板，后端板表面设置有底端板和左端板，且底端板和左端板垂直设置，所述后端板表面顶端和右端均设置有支座，且支座上对称设置有紧固螺栓，其中两个紧固螺栓的螺柱端面与第三压块表面紧密贴合，另外两个紧固螺栓端面与第四压块表面紧密贴合，所述底端板和左端板表面分别与第一压块和第二压块表面紧密贴合。

7.一种用于两刚一柔真三轴试验机卸荷的夹具的装配方法，采用权利要求6所述的一种用于两刚一柔真三轴试验机卸荷的夹具，包括以下步骤，

步骤1，将第一压块和第二压块分别放置于真三轴岩样装配装置的底端板和左端板上；

步骤2，将第一位置控制柱和第二位置控制柱分别插入到第一压块和第二压块的凹槽中，且使第一位置控制柱和第二位置控制柱分别与第一压块和第二压块的凹槽槽底紧贴；

步骤3，将限制挡板插入到第一压块和第二压块的凹槽内，并将岩样放置于限制挡板上，并使岩样与第一压块和第二压块紧密贴合；

步骤4，将第三位置控制柱插入到第三压块凹槽中，第三压块和第三位置控制柱整体与第二压块和限制挡板结合；将第四位置控制柱插入到第四压块凹槽中，第四压块与第四位置控制柱整体与第三压块、第一压块和限制挡板紧密贴合；

步骤5，通过真三轴岩样装配装置上的四个紧固螺栓对岩样和压块进行预紧贴合，且预紧过程中四个紧固螺栓的转动圈数相同，防止岩样和本发明夹具整体的偏心，预紧贴合后将四个位置控制柱取出；

步骤6，通过四个紧固螺丝分别将第一压块的连接部与第二压块的第二螺纹孔相连，将第二压块的连接部与第三压块的第二螺纹孔相连，将第三压块的连接部与第四压块的第二螺纹孔相连，将第四压块的连接部与第一压块的第二螺纹孔相连，对压块进行连接固定；

步骤7，继续用四个紧固螺栓对压块和岩样进行夹紧工作，且四个紧固螺栓的转动圈数相同；

步骤8，利用四个紧固螺丝再次对压块进行夹紧，当四个紧固螺丝的螺杆端面与压块表面平齐时，压块和岩样夹紧完成，且四个紧固螺丝的转动圈数相同；

步骤9，完成夹具的安装，拆除四个紧固螺栓。