CN111398037B - 用于岩石单自由面强度测试的试验装置及使用方法 - Google Patents

用于岩石单自由面强度测试的试验装置及使用方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于岩石单自由面强度测试的试验装置及使用方法，属于岩石强度与变形测试装置技术领域。用于岩石单自由面强度测试的试验装置，包括左侧变形限制板、右侧变形限制板、后侧顶紧部件、数个后侧顶紧部件变形限制调节构件和数个紧固构件。本发明试验装置能够更加准确地为岩石边坡坡面岩体，巷道和隧道表面岩体提供强度参数，以便更加准确判定工程岩体是否稳定。本发明试验装置提供的更加接近实际工况的岩体参数，使得工程支护设计更加科学合理，可在确保安全稳定的基础上节约支护成本，具有良好的经济和社会效益。

Description

用于岩石单自由面强度测试的试验装置及使用方法
技术领域
本发明属于岩石强度与变形测试装置技术领域，具体涉及一种用于岩石单自由面强度测试的试验装置及使用方法。
背景技术
在采矿、地下空间开发利用、高速公路及铁路工程中，普遍涉及到岩体的开挖和支护问题，这需要明确工程围岩的强度参数和变形特征，从而分析确定围岩稳定性和进行支护设计。常用的岩石参数获取方法有岩石试样的巴西劈裂、单轴和三轴试验，通过以上试验获得岩石抗拉和抗压强度来分析围岩稳定性和给出支护设计参数。但对于边坡表面、采矿巷道、隧道和地下工程临空面岩体而言，采用常规的单轴和三轴岩石力学试验参数进行设计与工程实际工况下的参数并不相符，原因在于单轴试验测定的强度为岩石在四个临空面下的强度，三轴试验测定的强度为岩石在四面相同或不同围压下的强度，而巷道、隧道及边坡表面岩体都是单自由面岩体，因而上述试验条件与工程实际条件不符。
对于巷道、隧道临空面岩体及边坡坡面岩体，这些具有单一自由面的岩体强度参数确定，如果采用单轴试验强度，则由于单轴试验有四个自由面的强度要低于工程岩体只有一个自由面的强度，使得所选参数偏低；如果采用三轴试验岩石强度，则由于三轴试样四面都有围压作用的强度普遍高于工程岩体只有一个自由面的强度，使得所选参数偏高。由此可见单轴和三轴试验岩体强度都不能准确获得具有单自由面的工程岩体强度，因此有必要开发一种单自由面岩石强度试验装置，利用该装置准确获取具有单自由面岩体的强度参数，有效解决相应技术难题。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术的不足，而提供一种用于岩石单自由面强度测试的试验装置及使用方法。
本发明采用如下技术方案：
用于岩石单自由面强度测试的试验装置，包括：
左侧变形限制板，该左侧变形限制板包括第一主板、设于所述第一主板一侧的第一岩体限位短板、连接所述第一主板和所述第一岩体限位短板的第一加强筋，所述第一主板上设有数个第一链接孔位；
右侧变形限制板，该右侧变形限制板包括第二主板、设于所述第二主板一侧的第二岩体限位短板、连接所述第二主板和所述第二岩体限位短板的第二加强筋，所述第二主板上设有数个第二链接孔位；
后侧顶紧部件，该后侧顶紧部件包括，主板、与所述主板两侧垂直连接的两个侧板，所述主板上设有数个孔位，所述侧板上设有数个第三链接孔位；
数个后侧顶紧部件变形限制调节构件，该后侧顶紧部件变形限制调节构件包括第一T型主体及可与所述第一T型主体卡合匹配的传力构件，所述孔位可供所述第一T型主体穿过后与所述传力构件卡合；
数个紧固构件，该紧固构件包括第二T型主体和用于锁紧所述第二T型主体的锁定部件，所述第一链接孔位、第三链接孔位、第二链接孔位可供所述第二T型主体穿过。
其中一些实施例中，所述第一链接孔位的数量为6个，每3个为一列分别设于所述第一岩体限位短板的两侧。
其中一些实施例中，所述后侧顶紧部件呈倒U型。
其中一些实施例中，所述主板上平行设有两列孔位，每列为4个孔位，所述侧板上设有3个第三链接孔位。
其中一些实施例中，本发明还包括后侧变形限制板和轴向加载传力构件，试验时所述后侧变形限制板置于岩样后侧，所述轴向加载传力构件放置于岩样上面。
本发明还提供所述用于岩石单自由面强度测试的试验装置的使用方法，步骤如下：
步骤一，将左侧变形限制板和右侧变形限制板分别置于岩样左右两侧，将后侧变形限制板置于岩样后侧；
步骤二，调整岩样位置使其前侧面与第一岩体限位短板和第二岩体限位短板均密切接触；
步骤三，分别调整左侧变形限制板与岩样左侧面密切接触，右侧变形限制板与岩样右侧面密切接触，后侧变形限制板与岩样后侧面密切接触；
步骤四，将后侧顶紧部件变形限制调节构件安装于孔位上；
步骤五，将安装好的带有变形限制调节构件的后侧顶紧部件置于左侧变形限制板与右侧变形限制板之间；
步骤六，利用紧固构件将左侧变形限制板、右侧变形限制板和后侧顶紧部件链接为整体；
步骤七，调节后侧顶紧部件变形限制调节构件，使全部传力构件都与后侧变形限制板密切接触，并推动后侧变形限制板与岩样紧密接触；
步骤八，反复调节紧固构件和后侧顶紧部件变形限制调节构件，使第一主板、第一岩体限位短板、第二主板、第二岩体限位短板和后侧变形限制板与岩样表面都密切接触，并紧固锁定；
步骤九，放置轴向加载传力构件于岩样上面，将试验装置置于压力机，加载轴向力完成岩石单自由面强度试验。
本发明与现有技术相比，其有益效果为：
（1）本发明装置能够通过试验加载系统获得岩石单自由面强度参数，参数选取更加接近工程实际工况，解决了目前岩石参数选取采用单轴强度偏低，而采用三轴强度偏高的问题。
（2）本发明试验装置能够更加准确地为岩石边坡坡面岩体，巷道和隧道表面岩体提供强度参数，以便更加准确判定工程岩体是否稳定。
（3）本发明试验装置提供的更加接近实际工况的岩体参数，使得工程支护设计更加科学合理，可在确保安全稳定的基础上节约支护成本，具有良好的经济和社会效益。
附图说明
图1-1为本发明装置左侧变形限制板的右视图；
图1-2为本发明装置左侧变形限制板的正视图；
图1-3为本发明装置左侧变形限制板的俯视图；
图2-1为本发明装置右侧变形限制板的正视图；
图2-2为本发明装置右侧变形限制板的左视图；
图2-3为本发明装置右侧变形限制板的俯视图；
图3-1为本发明装置后侧顶紧部件的正视图；
图3-2为本发明装置后侧顶紧部件的左视图；
图3-3为本发明装置后侧顶紧部件的俯视图；
图4-1为本发明装置后侧变形限制板的正视图；
图4-2为本发明装置后侧变形限制板的左视图；
图4-3为本发明装置后侧变形限制板的俯视图；
图5-1为本发明装置轴向加载传力构件的正视图；
图5-2为本发明装置轴向加载传力构件的左视图；
图5-3为本发明装置轴向加载传力构件的俯视图；
图6为本发明装置后侧顶紧部件变形限制调节构件示意图；
图7为本发明装置紧固构件示意图；
图8为本发明试验装置组合示意图。
其中，1、左侧变形限制板；1-1、第一主板；1-2、第一岩体限位短板；1-3、第一加强筋；1-4、第一链接孔位；2、右侧变形限制板；2-1、第二主板；2-2、第二岩体限位短板；2-3、第二加强筋；2-4、第二链接孔位；3、后侧顶紧部件；3-1、主板；3-2、孔位；3-3、第三链接孔位；4、后侧变形限制板；5、轴向加载传力构件；6、后侧顶紧部件变形限制调节构件；6-1、第一T型主体；6-2、传力构件；7、紧固构件；7-1、第二T型主体；7-2、锁定部件。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等效形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。
实施例
用于岩石单自由面强度测试的试验装置，包括：
左侧变形限制板，该左侧变形限制板包括第一主板1-1、设于所述第一主板1-1一侧的第一岩体限位短板1-2、连接所述第一主板1-1和所述第一岩体限位短板1-2的第一加强筋（1-3），所述第一主板1-1上设有数个第一链接孔位1-4；
右侧变形限制板，该右侧变形限制板包括第二主板2-1、设于所述第二主板2-1一侧的第二岩体限位短板2-2、连接所述第二主板2-1和所述第二岩体限位短板2-2的第二加强筋2-3，所述第二主板2-1上设有数个第二链接孔位2-4；
后侧顶紧部件，该后侧顶紧部件包括，主板3-1、与所述主板3-1两侧垂直连接的两个侧板，所述主板3-1上设有数个孔位3-2，所述侧板上设有数个第三链接孔位3-3；
数个后侧顶紧部件变形限制调节构件，该后侧顶紧部件变形限制调节构件包括第一T型主体6-1及可与所述第一T型主体6-1卡合匹配的传力构件6-2，所述孔位3-2可供所述第一T型主体6-1穿过后与所述传力构件6-2卡合；
数个紧固构件，该紧固构件包括第二T型主体7-1和用于锁紧所述第二T型主体7-1的锁定部件7-2，所述第一链接孔位1-4、第三链接孔位3-3、第二链接孔位2-4可供所述第二T型主体7-1穿过。
所述第一链接孔位1-4的数量为6个，每3个为一列分别设于所述第一岩体限位短板1-2的两侧。
所述后侧顶紧部件呈倒U型。
所述主板3-1上平行设有两列孔位3-2，每列为4个孔位3-2，所述侧板上设有3个第三链接孔位3-3。
还包括后侧变形限制板4和轴向加载传力构件5，试验时所述后侧变形限制板4置于岩样后侧，所述轴向加载传力构件5放置于岩样上面。
本发明还提供所述用于岩石单自由面强度测试的试验装置的使用方法，步骤如下：
步骤一，将左侧变形限制板和右侧变形限制板分别置于岩样左右两侧，将后侧变形限制板4置于岩样后侧；
步骤二，调整岩样位置使其前侧面与第一岩体限位短板1-2和第二岩体限位短板2-2均密切接触；
步骤三，分别调整左侧变形限制板与岩样左侧面密切接触，右侧变形限制板与岩样右侧面密切接触，后侧变形限制板4与岩样后侧面密切接触；
步骤四，将后侧顶紧部件变形限制调节构件安装于孔位3-2上；
步骤五，将安装好的带有变形限制调节构件的后侧顶紧部件置于左侧变形限制板与右侧变形限制板之间；
步骤六，利用紧固构件将左侧变形限制板、右侧变形限制板和后侧顶紧部件链接为整体；
步骤七，调节后侧顶紧部件变形限制调节构件，使全部传力构件6-2都与后侧变形限制板4密切接触，并推动后侧变形限制板4与岩样紧密接触；
步骤八，反复调节紧固构件和后侧顶紧部件变形限制调节构件，使第一主板1-1、第一岩体限位短板1-2、第二主板2-1、第二岩体限位短板2-2和后侧变形限制板4与岩样表面都密切接触，并紧固锁定；
步骤九，放置轴向加载传力构件5于岩样上面，将试验装置置于压力机，加载轴向力完成岩石单自由面强度试验。
上述实施例对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。以上所述仅为本发明较佳可行的实施例而已，并非因此局限本发明的权利范围，凡运用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变化，均包含于本发明的权利范围之内。

Claims (6)

1.用于岩石单自由面强度测试的试验装置，其特征在于，包括：
左侧变形限制板（1），该左侧变形限制板（1）包括第一主板（1-1）、设于所述第一主板（1-1）一侧的第一岩体限位短板（1-2）、连接所述第一主板（1-1）和所述第一岩体限位短板（1-2）的第一加强筋（1-3），所述第一主板（1-1）上设有数个第一链接孔位（1-4）；
右侧变形限制板（2），该右侧变形限制板（2）包括第二主板（2-1）、设于所述第二主板（2-1）一侧的第二岩体限位短板（2-2）、连接所述第二主板（2-1）和所述第二岩体限位短板（2-2）的第二加强筋（2-3），所述第二主板（2-1）上设有数个第二链接孔位（2-4）；
后侧顶紧部件（3），该后侧顶紧部件（3）包括，主板（3-1）、与所述主板（3-1）两侧垂直连接的两个侧板，所述主板（3-1）上设有数个孔位（3-2），所述侧板上设有数个第三链接孔位（3-3）；
数个后侧顶紧部件变形限制调节构件，该后侧顶紧部件变形限制调节构件包括第一T型主体（6-1）及可与所述第一T型主体（6-1）卡合匹配的传力构件（6-2），所述孔位（3-2）可供所述第一T型主体（6-1）穿过后与所述传力构件（6-2）卡合；
数个紧固构件，该紧固构件包括第二T型主体（7-1）和用于锁紧所述第二T型主体（7-1）的锁定部件（7-2），所述第一链接孔位（1-4）、第三链接孔位（3-3）、第二链接孔位（2-4）可供所述第二T型主体（7-1）穿过。
2.根据权利要求1所述的用于岩石单自由面强度测试的试验装置，其特征在于，所述第一链接孔位（1-4）的数量为6个，每3个为一列分别设于所述第一岩体限位短板（1-2）的两侧。
3.根据权利要求1所述的用于岩石单自由面强度测试的试验装置，其特征在于，所述后侧顶紧部件呈倒U型。
4.根据权利要求1所述的用于岩石单自由面强度测试的试验装置，其特征在于，所述主板（3-1）上平行设有两列孔位（3-2），每列为4个孔位（3-2），所述侧板上设有3个第三链接孔位（3-3）。
5.根据权利要求1所述的用于岩石单自由面强度测试的试验装置，其特征在于，还包括后侧变形限制板（4）和轴向加载传力构件（5），试验时所述后侧变形限制板（4）置于岩样后侧，所述轴向加载传力构件（5）放置于岩样上面。
6.权利要求5所述用于岩石单自由面强度测试的试验装置的使用方法，其特征在于，步骤如下：
步骤一，将左侧变形限制板和右侧变形限制板分别置于岩样左右两侧，将后侧变形限制板（4）置于岩样后侧；
步骤二，调整岩样位置使其前侧面与第一岩体限位短板（1-2）和第二岩体限位短板（2-2）均密切接触；
步骤三，分别调整左侧变形限制板与岩样左侧面密切接触，右侧变形限制板与岩样右侧面密切接触，后侧变形限制板（4）与岩样后侧面密切接触；
步骤四，将后侧顶紧部件变形限制调节构件安装于孔位（3-2）上；
步骤五，将安装好的带有变形限制调节构件的后侧顶紧部件置于左侧变形限制板与右侧变形限制板之间；
步骤六，利用紧固构件将左侧变形限制板、右侧变形限制板和后侧顶紧部件链接为整体；
步骤七，调节后侧顶紧部件变形限制调节构件，使全部传力构件（6-2）都与后侧变形限制板（4）密切接触，并推动后侧变形限制板（4）与岩样紧密接触；
步骤八，反复调节紧固构件和后侧顶紧部件变形限制调节构件，使第一主板（1-1）、第一岩体限位短板（1-2）、第二主板（2-1）、第二岩体限位短板（2-2）和后侧变形限制板（4）与岩样表面都密切接触，并紧固锁定；
步骤九，放置轴向加载传力构件（5）于岩样上面，将试验装置置于压力机，加载轴向力完成岩石单自由面强度试验。
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