CN111044448A - 用于测试岩石结构面基本摩擦角的升降装置及使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于测试岩石结构面基本摩擦角的升降装置及使用方法，包括试验台、铰接连接体、单旋转轴控制器，铰接连接体与试验台和单旋转轴控制器相连；试验台包括合页、上合金板、下合金固定框和高精度电子数显倾斜仪；上合金板与下合金固定框铰接连接；铰接连接体包括上铰接支座、下铰接支座和铰接杆；铰接杆一端与上铰接支座铰接，另一端与下铰接支座铰接；单旋转轴控制器包括旋转把手、行走螺母和反力螺纹杆；行走螺母与下铰接支座固定连接，旋转把手固定在反力螺纹杆的一端，反力螺纹杆的另一端与行走螺母螺纹连接。本发明测量精确、可靠性和稳定性强，能够在实验室内或岩土工程现场测试基本摩擦角。

Description

用于测试岩石结构面基本摩擦角的升降装置及使用方法

技术领域

本发明属于岩石测试技术领域，更具体的说是涉及一种用于测试岩石结构面基本摩擦角的升降装置及使用方法。

背景技术

岩体的变形与强度，取决于构成岩体的岩块和结构面的力学性能。在岩体中结构面弱化了岩体的力学性能，影响着法向变形、剪切变形及抗剪强度，使得岩体具有不同的稳定性特征和潜在破坏类型，因此，研究岩体中的结构面力学参数是稳定性评估工作中很重要的一环。其中，结构面基本摩擦角是结构面特征参数中的最重要的力学参数之一。

不论是在岩石力学室内试验或者是工程技术中的现场试验，都使用倾斜台装置直接进行试验，使得测试基本摩擦角试样方便快捷，获取基本摩擦角参数速度快，是确定结构面基本摩擦角的主要实验手段。目前采用现有的倾斜台进行岩石试样结构面基本摩擦角测试存在如下问题：

1.现在的简易式斜台试验装置多数采用一个旋转板，旋转板的一端与架子通过转轴转动连接，另一端可绕转轴转动，岩体受旋转板的推力上升，在此过程简单的用手抬起做调节，其惯性导致的误差较大，运动具有不稳定性，误差较大。

2.物理计算法:将岩样放置在标准水平面上，首先测出岩样质量，然后拉力计水平拉动岩样，记录岩样开始移动时的拉力T，根据正压力Fn与拉力T关系，即T＝μFn、μ＝tanθ，计算反正切角即为岩样的基本摩擦角。但在试验时岩样滑动时的水平拉力是瞬时过程，水平拉力误差较大，测量不准确。

3.进行简易式斜台试验时，现有的角度测量大多数是机械工具，人为因素影响较大，获取角度数据不准确。

因此，如何提供一种用于测试岩石结构面基本摩擦角的升降装置及使用方法是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种用于测试岩石结构面基本摩擦角的升降装置及使用方法，测量精确、可靠性和稳定性强，能够在实验室内或岩土工程现场测试基本摩擦角。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种用于测试岩石结构面基本摩擦角的升降装置，包括：试验台、铰接连接体、单旋转轴控制器，所述铰接连接体一端与所述试验台相连，另一端与所述单旋转轴控制器相连；

所述试验台包括合页、上合金板、下合金固定框和高精度电子数显倾斜仪；所述上合金板的下端头通过所述合页与所述下合金固定框铰接连接，所述高精度电子数显倾斜仪固定在所述上合金板的上端；

铰接连接体包括上铰接支座、下铰接支座和铰接杆；所述上铰接支座固定在所述上合金板底面，所述下铰接支座固定在所述下合金固定框中，所述铰接杆一端与所述上铰接支座铰接，另一端与所述下铰接支座铰接；

单旋转轴控制器包括旋转把手、行走螺母和反力螺纹杆；所述行走螺母与所述下铰接支座固定连接，所述旋转把手固定在反力螺纹杆的一端，所述反力螺纹杆的另一端穿插在所述行走螺母内，并与所述行走螺母螺纹连接。

优选的，所述试验台还包括障碍板，所述障碍板固定在上合金板顶面的下端头。

优选的，所述下合金固定框靠近所述旋转把手的一侧设置有通孔，所述轴承圆盘贯穿在所述通孔内，所述反力螺纹杆与所述轴承圆盘转动连接。

优选的，所述旋转把手通过紧固螺栓固定在所述反力螺纹杆上，且所述旋转把手是由三个圆柱组成的四面体结构。

优选的，所述铰接杆的两端头分别焊接有平行的钢管，所述上铰接支座的金属销子与所述下铰接支座的金属销子分别穿过铰接杆两端头的钢管。

优选的，所述上合金板的两侧均安装有夹板。

一种用于测试岩石结构面基本摩擦角的升降装置的使用方法，包括如下步骤：

S1：将倾斜式升降装置近水平放置，打开高精度电子数显倾斜仪然后微调整，使的上合金板和下合金固定框在同一平面上且倾斜角近0°；

S2：将下盘岩石结构面紧贴放置于上合金板顶部，并使岩样下端紧挨障碍板，上盘岩石放置于下盘岩石的顶部；

S3：慢速转动旋转把手，使上合金板缓慢向上倾斜，直至上盘岩石结构面沿下盘岩石结构面表面产生滑移；

S4：读取高精度电子数显倾斜仪示数，即所测岩石结构面的基本摩擦角。

本发明的有益效果在于：

本发明是一种测量精确、可靠性和稳定性强且方便室外和室内作业的倾斜式升降装置，能够避免试样在测量过程中直接用手抬起做调节，角度测量误差大的问题，本发明操作简单和试验结果准确更可靠，适用于上盘岩石结构面基本摩擦角测试试验研究。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1附图为本发明的结构示意图。

图2附图为本发明下合金框的结构示意图。

图3附图为本发明下铰接支座的结构示意图。

图4附图为本发明反力螺纹杆的结构示意图。

图5附图为本发明夹板的结构示意图。

其中，图中，

1-固定螺栓；2-合页；3-障碍板；4-上盘岩石；5-上合金板；6-高精度电子数显倾斜仪；7-旋转把手；8-紧固螺栓；9-轴承圆盘；10-通孔；11-行走螺母；12-下铰接支座；13-铰接杆；14-反力螺纹杆；15-上铰接支座；16-下合金固定框；17-金属销子；18-夹板；19-下盘岩石；20-凹槽。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅附图1-4，本发明提供了一种用于测试岩石结构面基本摩擦角的升降装置，包括：试验台、铰接连接体、单旋转轴控制器，铰接连接体一端与试验台相连，另一端与单旋转轴控制器相连；

试验台包括合页2、上合金板5、下合金固定框16和高精度电子数显倾斜仪6；上合金板5使用固定螺栓1与合页2固定连接，下合金固定框16也使用固定螺栓1与合页2固定连接，上合金板5的下端头通过合页2与下合金固定框16铰接连接，高精度电子数显倾斜仪6固定在上合金板5的上端；

铰接连接体包括上铰接支座15、下铰接支座12和铰接杆13；上铰接支座15固定在上合金板5底面，下铰接支座12固定在下合金固定框16中，铰接杆13一端与上铰接支座15铰接，另一端与下铰接支座12铰接；

单旋转轴控制器包括旋转把手7、行走螺母11和反力螺纹杆14；行走螺母11与下铰接支座12固定连接，旋转把手7固定在反力螺纹杆14的一端，反力螺纹杆14的另一端穿插在行走螺母11内，并与行走螺母11螺纹连接。

试验台还包括障碍板3，障碍板3固定在上合金板5顶面的下端头。障碍板3是小尺寸长方体合金板，能够避免下盘岩石19滑落。

参阅附图5，在另一种实施例中，上合金板5的两侧均安装有夹板18。夹板18的设置能够控制上盘岩石4沿着上合金板5稳定滑移。夹板底侧设置有与障碍板3相适配的凹槽20，方便夹板18的安装固定。

参阅附图2，下合金固定框16靠近旋转把手7的一侧设置有通孔10，轴承圆盘9贯穿在通孔10内，反力螺纹杆14与轴承圆盘9转动连接。下合金固定框16是由四块矩形合金板固定组成，左右结构尺寸相同都是由长方体块状合金组成，上下尺寸相同是长方体块状合金组成，通孔10设置在下合金固定框16下侧的长方体块状合金的竖直轴线上。使得反力螺纹杆14及行走螺母11沿轴向直线前进，保障倾斜式升降装置稳定运动。

在另一种实施例中，旋转把手7通过紧固螺栓8固定在反力螺纹杆14上，且旋转把手7是由三个圆柱组成的四面体结构。

铰接杆13的两端头分别焊接有平行的钢管，上铰接支座15的金属销子17与下铰接支座12的金属销子17分别穿过铰接杆13两端头的钢管，金属销子17外径与钢管内径的尺寸相同。

在上合金板5的上表面放置上盘岩石4与下盘岩石19，上盘岩石4与下盘岩石19可以相对下合金固定框16转动。通过这样的设置不仅结构简单，而且价格低廉，节约成本，满足实验要求。

在上合金板5的上表面放置高精度电子数显倾斜仪6作为角度检测设备，电子数显倾斜仪与上合金板5位置相对固定，并且电子数显倾斜仪和上合金板5可以相对下合金固定框16转动，通过此设置，不仅保证检测设备与试样相对固定便于检测数据，而且高精度电子数显倾斜仪6可以数显读数、精度较高、轻巧耐用，提高读数效率，将能够丰富度量设备在测试上盘岩石结构面基本摩擦角中的试验研究。

下盘岩石19与上合金板5位置相对固定，并且下盘岩石19和上合金板5可以相对下合金固定框16转动。通过这样的连接固定设置可以使得转动反力螺纹杆14机械带动行走螺母11运动，行走螺母11运动带动上合金板5和上盘岩石4。转动反力螺纹杆14一圈，行走螺母11大约行走1mm位移，可以提高实验可靠性，能够增加测试装置的可操控性和稳定性。

本发明还提供了一种用于测试岩石结构面基本摩擦角的升降装置的使用方法，包括如下步骤：

S1：将倾斜式升降装置近水平放置于地面上，打开高精度电子数显倾斜仪然后微调整，使的上合金板和下合金固定框在同一平面上且倾斜角近0°。

S2：将下盘岩石结构面紧贴放置于上合金板顶部，并使下盘岩石结构面下端紧挨障碍板，上盘岩石放置于下盘岩石的顶部。

S3：慢速转动旋转把手，使上合金板缓慢向上倾斜，直至上盘岩石结构面沿下盘岩石结构面表面产生滑移。

S4：读取高精度电子数显倾斜仪示数，即所测岩石结构面的基本摩擦角。

多次重复步骤S1到S4得到该岩石结构面多组数据，分析获得基本摩擦角。

本发明是一种测量精确、可靠性和稳定性强且方便室外作业的倾斜式升降装置，能够避免试样在测量过程中直接用手抬起做调节，角度测量误差大的问题，本发明操作简单和试验结果准确更可靠，适用于岩石试样结构面基本摩擦角测试试验研究。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (7)

1.一种用于测试岩石结构面基本摩擦角的升降装置，其特征在于，包括：试验台、铰接连接体、单旋转轴控制器，所述铰接连接体一端与所述试验台相连，另一端与所述单旋转轴控制器相连；

所述试验台包括合页、上合金板、下合金固定框和高精度电子数显倾斜仪；所述上合金板的下端头通过所述合页与所述下合金固定框铰接连接，所述高精度电子数显倾斜仪固定在所述上合金板的上端；

铰接连接体包括上铰接支座、下铰接支座和铰接杆；所述上铰接支座固定在所述上合金板底面，所述下铰接支座固定在所述下合金固定框中，所述铰接杆一端与所述上铰接支座铰接，另一端与所述下铰接支座铰接；

单旋转轴控制器包括旋转把手、行走螺母和反力螺纹杆；所述行走螺母与所述下铰接支座固定连接，所述旋转把手固定在反力螺纹杆的一端，所述反力螺纹杆的另一端穿插在所述行走螺母内，并与所述行走螺母螺纹连接。

2.根据权利要求1所述的用于测试岩石结构面基本摩擦角的升降装置，其特征在于，所述试验台还包括障碍板，所述障碍板固定在上合金板顶面的下端头。

3.根据权利要求1所述的用于测试岩石结构面基本摩擦角的升降装置，其特征在于，所述下合金固定框靠近所述旋转把手的一侧设置有通孔，所述轴承圆盘贯穿在所述通孔内，所述反力螺纹杆与所述轴承圆盘转动连接。

4.根据权利要求1或3所述的用于测试岩石结构面基本摩擦角的升降装置，其特征在于，所述旋转把手通过紧固螺栓固定在所述反力螺纹杆上，且所述旋转把手是由三个圆柱组成的四面体结构。

5.根据权利要求1所述的用于测试岩石结构面基本摩擦角的升降装置，其特征在于，所述铰接杆的两端头分别焊接有平行的钢管，所述上铰接支座的金属销子与所述下铰接支座的金属销子分别穿过铰接杆两端头的钢管。

6.根据权利要求1所述的用于测试岩石结构面基本摩擦角的升降装置，其特征在于，所述上合金板的两侧均安装有夹板。

7.根据权利要求1-6任一项所述的用于测试岩石结构面基本摩擦角的升降装置的使用方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1：将倾斜式升降装置近水平放置，打开高精度电子数显倾斜仪然后微调整，使的上合金板和下合金固定框在同一平面上且倾斜角近0°。

S2：将下盘岩石结构面紧贴放置于上合金板顶部，并使岩样下端紧挨障碍板，上盘岩石放置于下盘岩石的顶部；

S3：慢速转动旋转把手，使上合金板缓慢向上倾斜，直至上盘岩石结构面沿下盘岩石结构面表面产生滑移；

S4：读取高精度电子数显倾斜仪示数，即所测岩石结构面的基本摩擦角。

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