CN112014243B - 一种含节理柱状岩石的拉剪试验装置及试验方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种含节理柱状岩石的拉剪试验装置及试验方法,所述一种含节理柱状岩石的拉剪试验装置包括试验结构、液压伺服控制系统、数据采集器、电脑主机和电脑显示器,所述试验结构包括试样固定单元、拉力产生单元、支撑单元和转换单元,试样固定单元用于岩体试样的固定,拉力产生单元用于向岩体试样施加拉力,支撑单元为施加拉力提供支持作用,转换单元用于将岩体试样的力学变化转换成数据信息;在本发明中,所述试验方法使用该试验装置进行岩石拉剪试验,操作简单、得到的试验数据能较真实反映岩石在拉剪过程的受力特征。为获得更为精确、完善的岩石本构模型、建立相应的强度准则,具有十分重要的意义。

Description

一种含节理柱状岩石的拉剪试验装置及试验方法
技术领域
本发明涉及岩体拉剪强度测试的技术领域,尤其涉及一种含节理柱状岩石的拉剪试验装置及试验方法。
背景技术
随着社会经济的快速发展和资源的急剧消耗,人们开展了大量的岩土工程活动,如隧道工程、采矿工程、边坡工程等。大部分岩土工程活动都会涉及到岩体的开挖,但在岩体的开挖过程中,岩体不同部位受到的力都是不一样的,致使岩体内部发生的变形和破坏也各不相同。其中,岩石的拉剪破坏在实际开挖过程中是十分常见的,比如,在岩石隧道的开挖过程会引起洞室边墙的法向应力卸荷,而洞室拱顶的切向应力集中,从而造成边墙部分的岩石受到强烈的拉剪应力,而地表岩石层也会因为其下方的持力层被移除由平衡状态转而形成拉力区,该区域将受降雨冲击后拉力进一步增大,同时还会受自重带来的剪力。又如岩质边坡的开挖卸荷会导致坡体上部产生拉应力区,该区域岩体一般处于既受拉又受剪的拉剪复合应力的状态。
以上的种种情况都有可能在实际工程中造成相当严重的事故,为了避免事故发生,我们需要提前了解施工区岩石所能承受的拉剪强度,从而来制定合理的施工方案。然而,目前测岩石拉剪强度中最常用的拉剪试验装置是在传统的直剪试验装置的基础上进行改进的,通过将直剪试验装置竖直方向上的压力转化为竖直方向上的拉力,从而起到提供竖向拉力的作用。但这种装置由于加载过程中岩体在水平方向上会产生变形,使得竖直方向上的拉力不会持续作用在岩体试件的中心,故会对整个试件的拉力加载造成偏心影响,进而影响拉剪试验结果的精度。因此,提出一种操作简单、便于观察试验过程的岩石拉剪强度测试装置和一种测得数据可以真实反映岩石的拉剪强度的一种岩石拉剪试验方法是十分必要的,同时也是一个非常紧迫的任务。
发明内容
针对现有技术存在的上述问题,本发明的要解决的第一个技术问题是:提出一种操作简单、便于观察试验过程的岩石拉剪强度测试装置。
本发明的要解决的第二个技术问题是:提出一种岩石拉剪试验方法,该方法得到的试验数据可以真实反映岩石的拉剪强度。
为解决上述第一个技术问题,本发明采用技术方案一:一种含节理柱状岩石的拉剪试验装置,包括试验结构、液压伺服控制系统、数据采集器、电脑主机和电脑显示器。
所述试验结构包括试样固定单元、拉力产生单元、支撑单元和转换单元。
所述试样固定单元包括上粘接块和下粘接块,所述上粘接块和下粘接块均为阶梯轴结构,且阶梯轴为两段,所述上粘接块位于下粘接块的上方,且上粘接块直径小的一端和下粘接块直径小的一端相对,上粘接块的下表面和下粘接块的上表面均设有竖直的圆形凹槽,所述上粘接块和下粘接块上的两个圆形凹槽共轴线。
所述拉力产生单元包括上压头、下压头、上支座、下支座、液压缸和多个高强度螺栓。
所述上压头和下压头分别位于固定单元的上方和下方,所述上压头与上粘接块通过多个高强度螺栓固定连接,所述下压头与下粘接块通过多个高强度螺栓固定连接。
所述上支座位于上压头的上方,上支座与上压头固定连接,所述下支座位于在下压头的下方,且下支座与下压头固定连接。
所述液压缸竖直位于上支座的上方,液压缸的活塞端与上支座的上表面固定连接,所述液压缸与圆形凹槽共轴线。
所述支撑单元包括底座和支撑框,所述底座位于下支座的下方,且下支座与底座固定连接。
所述支撑框包括一个顶板和两个侧板,所述两个侧板竖直设置在底座上,所述顶板水平设置在两个侧板的上方,顶板的下表面分别与两个侧板的顶端固定连接,所述固定单元和拉力产生单元位于顶板的下方,且固定单元和拉力产生单元位于两个侧板之间。
所述顶板上设有竖直的圆形通孔,所述液压缸的活塞端穿过圆形通孔至顶板的下方,液压缸与顶板固定连接。
所述转换单元包括力传感器,所述力传感器设置在上支座与上压头之间,且力传感器的上下两端分别与上支座和上压头固定连接,力传感器用于测量岩体试样所受的拉力。
所述力传感器与数据采集器的输入端连接,数据采集器的输出端与电脑主机的输入端连接,电脑主机的输出端与液压伺服控制系统的输入端连接,液压伺服控制系统的输出端与液压缸连接,电脑主机的显示信号输出端与电脑显示器的输入端连接。
本发明所采用的装置结构简单,使用方便,使用上下粘接块对岩体试样进行固定,保持拉力加载始终在岩体试样的轴线上,避免造成偏心影响,大大提高了试验结果的准确性。
作为优选,所述转换单元还包括直线位移传感器和环形应变计,所述直线位移传感器设置在下粘接块的上表面上,且直线位移传感器的测试端竖直朝向上粘接块,直线位移传感器用于测量岩体试样的轴向变形量,所述环形应变计水平设置在上粘接块和下粘接块之间,环形应变计用于测量岩体试样的径向变形量,所述直线位移传感器和环形应变计的输出端分别与数据采集器的输入端连接。
通过设置直线位移传感器和环形应变计,通过试验还可以测得岩体试样在受拉过程中的轴向变形量和径向变形量随时间变化的数据,研究员可以根据这两组数据对岩体试样的其他力学性能进行研究,
为解决上述第二个技术问题,本发明采用技术方案二:一种含节理柱状岩石的拉剪试验方法,使用技术方案一所述的一种含节理柱状岩石的拉剪试验装置,方法步骤如下:
S100:制作含节理的岩体试样。
S200:将岩体试样安装固定到试验装置中。
S300:电脑主机通过液压伺服控制系统对液压缸设定一个收缩速率,液压伺服控制系统控制液压缸的活塞端按设定的速率收缩,使岩体试样在竖直方向上受拉力,当岩体试样发生拉剪破坏时,液压伺服控制系统控制液压缸的活塞端停止收缩,同时液压伺服控制系统将液压缸的收缩时间反馈回电脑主机。
S400:在S300进行的同时,力传感器将代表岩体试样所受拉力随时间变化的电脉冲信号传递至数据采集器,直线位移传感器将代表岩体试样轴向变形量随时间变化的电脉冲信号传递至数据采集器,环形应变计将代表岩体试样径向变形量随时间变化的电脉冲信号传递至数据采集器。
S500:数据采集器对电脉冲信号进行转换,将三路电脉冲信号分别转换成三组数字数据信息,数据采集器将三组数字数据信息传递至电脑主机。
S500:电脑主机通过电脑显示器对三组数字数据信息、液压缸的收缩速率和收缩时间进行显示,试验员记录三组数字数据信息、液压缸的收缩速率和收缩时间,试验完成。
本试验方法使用上述试验装置,使试验操作更加简单,且使用上下粘接块提前对岩体试样进行固定,保证在拉力加载过程中,拉力始终作用在岩体试件的轴线上,从而避免偏心影响,使试验更加准确,在测试岩体试样拉剪强度的同时,还可以得到岩体试样在受拉过程中的轴向变形量和径向变形量,方便试验员后期对岩体试样其他力学性能的研究,为获得更为精确、完善的岩石本构模型、建立相应的强度准则,具有十分重要的意义。
作为优选,所述S100中制作含节理的岩体试样包括如下步骤:
S101:获取需要进行拉剪试验的岩石,对岩石进行切割处理和打磨处理,得到阶梯轴结构的岩石原样,即所述岩石原样由直径不同的两段圆柱体组成,直径小的一段为岩样内芯,直径大的一段为岩样外环。
S102:沿着岩样内芯与岩样外环的交界线在岩样外环内开设一个环形裂隙,并使用打磨工具对裂隙面进行平整,从而得到用于拉剪试验的岩体试样,所述裂隙即为岩体试样中的节理。
作为优选,所述S102步骤中,裂隙的宽度、深度、倾角可根据试验需要进行调整。
通过采用上述制作岩体试样的步骤,可以获得能够准确模拟真实含节理岩石的岩体试样,使试验获得的数据更加贴近真实情况,为对真实岩石力学性能的研究提供可靠的数据支撑,同时设置缝隙来模拟岩石节理,通过调整缝隙的宽度、深度和倾角来模拟真实岩石节理,方便研究员研究岩石拉剪强度分别与节理面的宽度、深度、倾角的关系。
作为优选,所述S200中岩体试样安装固定包括如下步骤:
S201:拧下高强度螺栓,将上粘接块和下粘接块取下。
S202:在上粘接块的圆形凹槽内涂抹胶水,然后将岩样内芯的末端置于上粘接块的圆形凹槽内,调整岩体试样,使岩体试样与上粘接块共轴线,同时保证岩样内芯的侧面与圆形凹槽之间充满胶水,完成调整后静置30分钟,等待胶水凝固。
S203:在下粘接块的圆形凹槽内涂抹胶水,然后将岩样外环的末端置于下粘接块的圆形凹槽内,调整岩体试样,使岩体试样与下粘接块共轴线,同时保证岩样外环的侧面与圆形凹槽之间充满胶水,完成调整后静置24小时,等待胶水完全凝固。
S204:将上粘接块、下粘接块和岩体试样一起放置到下压头上,下粘接块与下压头通过高强度螺栓固定连接。
S205:利用液压伺服控制系统控制液压缸的活塞端缓慢下降,当上压头与上粘接块可通过高强度螺栓连接时,活塞端停止下降,上压头与上粘接块通过高强度螺栓固定连接,从而完成岩体试样的安装。
通过采用上述安装固定岩体试样的方法,可以有效避免岩体试样在受拉过程中容易出现偏心的问题,同时通过调整高强度固定螺栓来固定上下粘接块,避免在试验前对岩体试样加载过大的预拉力,从而导致试验数据出现偏差,大大提高了该试验方法的准确性。
相对于现有技术,本发明至少具有如下优点:
1.本发明所采用的装置结构简单,使用方便,使用上下粘接块对岩体试样进行固定,保持拉力加载始终在岩体试样的轴线上,避免造成偏心影响,大大提高了试验结果的准确性;在测试岩体试样拉剪强度的同时,还可以得到岩体试样在受拉过程中的轴向变形量和径向变形量,方便试验员后期对岩体试样其他力学性能的研究。
2.本试验方法使用上述试验装置,使试验操作更加简单,且使用上下粘接块提前对岩体试样进行固定,保证在拉力加载过程中,拉力始终作用在岩体试件的轴线上,从而避免偏心影响,使试验更加准确,在测试岩体试样拉剪强度的同时,还可以得到岩体试样在受拉过程中的轴向变形量和径向变形量,方便试验员后期对岩体试样其他力学性能的研究,为获得更为精确、完善的岩石本构模型、建立相应的强度准则,具有十分重要的意义。
3.本发明中试验方法采用上述制作岩体试样的步骤,可以获得能够准确模拟真实含节理岩石的岩体试样,使试验获得的数据更加贴近真实情况,为对真实岩石力学性能的研究提供可靠的数据支撑,同时设置缝隙来模拟岩石节理,通过调整缝隙的宽度、深度和倾角来模拟真实岩石节理,方便研究员研究岩石拉剪强度分别与节理面的宽度、深度、倾角的关系。
4.本发明中试验方法采用上述安装固定岩体试样的方法,可以有效避免岩体试样在受拉过程中容易出现偏心的问题,同时通过调整高强度固定螺栓来固定上下粘接块,避免在试验前对岩体试样加载过大的预拉力,从而导致试验数据出现偏差,大大提高了该试验方法的准确性。
5.本发明为获得更为精确、完善的岩石本构模型、建立相应的强度准则,具有十分重要的意义。
附图说明
图1为本发明试验装置的整体结构示意图。
图2为本发明的试验方法中岩体试样的示意图。
图3为本发明的试验方法中岩体试样的俯视图。
图4为本发明的试验方法中岩体试样A-A’截面的剖面图。
图5为本发明的试验方法中岩体试样的安装示意图。
图中,1-液压缸,2-法兰盘,3-顶板,4-活塞端,5-侧板,6-上支座,7-力传感器,8-上压头,9-上粘接块,10-底座,11-岩体试样,12-下粘接块,13-下压头,14-下支座,15-液压伺服控制系统,16-数据采集器,17-电脑主机,18-电脑显示器,19-岩样内芯,20-岩样外环,21-节理,22-直线位移传感器,23-高强度螺栓,24-环形应变计。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
为了方便描述,本发明撰写中引入了以下描述概念:
本发明中‘前’、‘后’、‘左’、‘右’、‘上’、‘下’均指在图1中的方位,其中‘前’是指在图1中相对于纸面朝外,‘后’是指在图1中相对于纸面朝里。
实施例1:参见图1-5,一种含节理柱状岩石的拉剪试验装置,包括试验结构、液压伺服控制系统15、数据采集器16、电脑主机17和电脑显示器18。
所述试验结构包括试样固定单元、拉力产生单元、支撑单元和转换单元。
所述试样固定单元包括上粘接块9和下粘接块12,所述上粘接块9和下粘接块12均为阶梯轴结构,且阶梯轴为两段,所述上粘接块9位于下粘接块12的上方,且上粘接块9直径小的一端和下粘接块12直径小的一端相对,上粘接块9的下表面和下粘接块12的上表面均设有竖直的圆形凹槽,所述上粘接块9和下粘接块12上的两个圆形凹槽共轴线。
所述拉力产生单元包括上压头8、下压头13、上支座6、下支座14、液压缸1和多个高强度螺栓23。
所述上压头8和下压头13分别位于固定单元的上方和下方,所述上压头8与上粘接块9通过多个高强度螺栓23固定连接,所述下压头13与下粘接块12通过多个高强度螺栓23固定连接。
所述上支座6位于上压头8的上方,上支座6与上压头8固定连接,所述下支座14位于在下压头13的下方,且下支座14与下压头13固定连接。
所述液压缸1竖直位于上支座6的上方,液压缸1的活塞端4与上支座6的上表面固定连接,所述液压缸1与所述圆形凹槽共轴线。
所述支撑单元包括底座10、支撑框和法兰盘2,所述底座10位于下支座14的下方,且下支座14与底座10固定连接。
所述支撑框包括一个顶板3和两个侧板5,所述两个侧板5竖直设置在底座10上,所述顶板3水平设置在两个侧板5的上方,顶板3的下表面分别与两个侧板5的顶端固定连接,所述固定单元和拉力产生单元位于顶板3的下方,且固定单元和拉力产生单元位于两个侧板5之间。
所述顶板3上设有竖直的圆形通孔,所述液压缸1的活塞端4穿过圆形通孔至顶板3的下方,液压缸1通过法兰盘2与顶板3固定连接。
所述转换单元包括力传感器7,所述力传感器7设置在上支座6与上压头8之间,且力传感器7分别与上支座6和上压头8固定连接,力传感器7用于测量岩体试样11所受的拉力。具体实施时,力传感器7为S型拉力传感器。
所述力传感器7的输出端与数据采集器16的输入端连接,数据采集器16的输出端与电脑主机17的输入端连接,电脑主机17的输出端与液压伺服控制系统15的输入端连接,液压伺服控制系统15的输出端与液压缸1连接,电脑主机17的显示信号输出端与电脑显示器18的输入端连接。
进一步地,所述转换单元还包括直线位移传感器22和环形应变计24,所述直线位移传感器22设置在下粘接块12的上表面上,且直线位移传感器22的测试端竖直朝向上粘接块9,直线位移传感器22用于测量岩体试样11的轴向变形量,所述环形应变计24水平设置在上粘接块9和下粘接块12之间,环形应变计24用于测量岩体试样11的径向变形量,直线位移传感器22和环形应变计24的输出端分别与数据采集器16的输入端连接。
实施例2:参见图1-5,一种含节理柱状岩石的拉剪试验方法,使用实施例1所述的一种含节理柱状岩石的拉剪试验装置,方法步骤如下。
S100:制作含节理的岩体试样11。
S200:将岩体试样11安装固定到试验装置中。
S300:电脑主机17通过液压伺服控制系统15对液压缸1设定一个收缩速率,液压伺服控制系统15控制液压缸1的活塞端4按设定的速率收缩,使岩体试样11在竖直方向上受拉力,当岩体试样11发生拉剪破坏时,液压伺服控制系统15控制液压缸1的活塞端4停止收缩,同时液压伺服控制系统15将液压缸1的收缩时间反馈回电脑主机17。
S400:在S300进行的同时,力传感器7将代表岩体试样11所受拉力随时间变化的电脉冲信号传递至数据采集器16,直线位移传感器22将代表岩体试样11轴向变形量随时间变化的电脉冲信号传递至数据采集器16,环形应变计24将代表岩体试样11径向变形量随时间变化的电脉冲信号传递至数据采集器16。
S500:数据采集器16对电脉冲信号进行转换,将三路电脉冲信号分别转换成三组数字数据信息,数据采集器16将三组数字数据信息传递至电脑主机17。
S500:电脑主机17通过电脑显示器18对三组数字数据信息液压缸1的收缩速率和收缩时间进行显示,试验员记录三组数字数据信息、液压缸1的收缩速率和收缩时间,试验完成。
进一步地,所述S100中制作含节理的岩体试样11包括如下步骤。
S101:获取需要进行拉剪试验的岩石,对岩石进行切割处理和打磨处理,得到阶梯轴结构的岩石原样,即所述岩石原样由直径不同的两段圆柱体组成,直径小的一段为岩样内芯19,直径大的一段为岩样外环20。
S102:沿着岩样内芯19与岩样外环20的交界线在岩样外环20内开设一个环形裂隙,并使用打磨工具对裂隙面进行平整,从而得到用于拉剪试验的岩体试样11,所述裂隙即为岩体试样11中的节理21。
进一步地,所述S102步骤中,裂隙的宽度、深度、倾角可根据试验需要进行调整。
进一步地,所述S200中岩体试样11安装固定包括如下步骤。
S201:拧下高强度螺栓23,将上粘接块9和下粘接块12取下。
S202:在上粘接块9的圆形凹槽内涂抹胶水,然后将岩样内芯19的末端置于上粘接块9的圆形凹槽内,调整岩体试样11,使岩体试样11与上粘接块9共轴线,同时保证岩样内芯19的侧面与圆形凹槽之间充满胶水,完成调整后静置30分钟,等待胶水凝固。
S203:在下粘接块12的圆形凹槽内涂抹胶水,然后将岩样外环20的末端置于下粘接块12的圆形凹槽内,调整岩体试样11,使岩体试样11与下粘接块12共轴线,同时保证岩样外环20的侧面与圆形凹槽之间充满胶水,完成调整后静置24小时,等待胶水完全凝固。
S204:将上粘接块9、下粘接块12和岩体试样11一起放置到下压头13上,下粘接块12与下压头13通过高强度螺栓23固定连接。
S205:利用液压伺服控制系统15控制液压缸1的活塞端4缓慢下降,当上压头8与上粘接块9可通过高强度螺栓23连接时,活塞端4停止下降,上压头8与上粘接块9通过高强度螺栓23固定连接,从而完成岩体试样11的安装。具体实施时,高强度螺栓23不宜拧的过紧,避免对岩体试样11提前造成较大拉力,从而影响试验准确性。
本发明限定的一种含节理柱状岩石的拉剪试验装置的工作原理如下:
试验员使用电脑主机17通过液压伺服控制系统15对液压缸1设定一个收缩速率,液压缸1的活塞端4按设定的速率向上收缩,活塞端4带动上支座6向上移动,上支座6带动与之固定连接的力传感器7向上移动,力传感器7带动与之固定连接的上压头8向上移动,上压头8带动上粘接块9向上移动。
由于下粘接块12与下压头13固定连接,下压头13与下支座14固定连接,下支座14与底座10固定连接,而底座10通过支撑框与液压缸1固定连接,使得液压缸1与下粘接块12之间的距离不会发生改变,而上粘接块9因活塞端4的收缩而靠近液压缸1,从而使上粘接块9与下粘接块12之间的距离逐渐增大,两端分别与上粘接块9和下粘接块12固定连接的岩体试样11受到拉力,岩体试样11受拉力在轴向上的形变量小,使得岩体试样11所受拉力随上粘接块9与下粘接块12之间的距离逐渐增大,当拉力值到达岩体试样11的最大抗拉剪强度值时,岩体试样11被拉断。
力传感器7被固定设置在上支座6与上压头8之间,当岩体试样11受拉力时,力传感器7可以对拉力值进行测量,同时力传感器7将拉力值随时间变化的数据传入电脑主机17中,直线位移传感器22将岩体试样11受拉力时随时间增加的轴向变形数据传入电脑主机17中,环形应变计24将岩体试样11受拉力时随时间增加的径向变形数据传入电脑主机17中。
液压伺服控制系统15控制液压缸1停止动作,电脑主机17利用电脑显示器18将力传感器7传回的数据、直线位移传感器22传回的数据、环形应变计24传回的数据、液压缸1的收缩速率和收缩时间显示出。
本发明限定的一种含节理柱状岩石的拉剪试验方法的流程如下:
1、根据试验需求制作含节理的岩体试样11。
2、将岩体试样11安装固定到试验装置中。
3、启动试验装置进行试验。
4、试验员对电脑显示器18上显示的试验数据进行记录。
本发明提供一种含节理柱状岩石的拉剪试验装置及试验方法,开展岩石拉剪试验的研究,具有理论上可靠,操作上简便的优点。该装置动力在试验过程中由液压缸提供,由液压伺服控制系统控制进行,故可进行稳定操作,便于观察整个试验过程,能较真实反映岩石在拉剪过程的受力特征。为获得更为精确、完善的岩石本构模型、建立相应的强度准则,具有十分重要的意义。
最后说明的是,以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制,尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明,本领域的普通技术人员应当理解,可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换,而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围,其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (2)

1.一种含节理柱状岩石的拉剪试验方法,其特征在于:采用一种含节理柱状岩石的拉剪试验装置进行,所述拉剪试验装置包括试验结构、液压伺服控制系统(15)、数据采集器(16)、电脑主机(17)和电脑显示器(18);
所述试验结构包括试样固定单元、拉力产生单元、支撑单元和转换单元;
所述试样固定单元包括上粘接块(9)和下粘接块(12),所述上粘接块(9)和下粘接块(12)均为阶梯轴结构,且阶梯轴为两段,所述上粘接块(9)位于下粘接块(12)的上方,且上粘接块(9)直径小的一端和下粘接块(12)直径小的一端相对,上粘接块(9)的下表面和下粘接块(12)的上表面均设有竖直的圆形凹槽,所述上粘接块(9)和下粘接块(12)上的两个圆形凹槽共轴线;
所述拉力产生单元包括上压头(8)、下压头(13)、上支座(6)、下支座(14)、液压缸(1)和多个高强度螺栓(23);
所述上压头(8)和下压头(13)分别位于固定单元的上方和下方,所述上压头(8)与上粘接块(9)通过多个高强度螺栓(23)固定连接,所述下压头(13)与下粘接块(12)通过多个高强度螺栓(23)固定连接;
所述上支座(6)位于上压头(8)的上方,上支座(6)与上压头(8)固定连接,所述下支座(14)位于在下压头(13)的下方,且下支座(14)与下压头(13)固定连接;
所述液压缸(1)竖直位于上支座(6)的上方,液压缸(1)的活塞端(4)与上支座(6)的上表面固定连接,所述液压缸(1)与所述圆形凹槽共轴线;
所述支撑单元包括底座(10)和支撑框;
所述底座(10)位于下支座(14)的下方,且下支座(14)与底座(10)固定连接;
所述支撑框包括一个顶板(3)和两个侧板(5),所述两个侧板(5)竖直设置在底座(10)上,所述顶板(3)水平设置在两个侧板(5)的上方,顶板(3)的下表面分别与两个侧板(5)的顶端固定连接,所述固定单元和拉力产生单元位于顶板(3)的下方,且固定单元和拉力产生单元位于两个侧板(5)之间;
所述顶板(3)上设有竖直的圆形通孔,所述液压缸(1)的活塞端(4)穿过圆形通孔至顶板(3)的下方,液压缸(1)与顶板(3)固定连接;
所述转换单元包括力传感器(7),所述力传感器(7)位于上支座(6)与上压头(8)之间,且力传感器(7)的上下两端分别与上支座(6)和上压头(8)固定连接,力传感器(7)用于测量岩体试样(11)所受的拉力;
所述力传感器(7)的输出端与数据采集器(16)的输入端连接,数据采集器(16)的输出端与电脑主机(17)的输入端连接,电脑主机(17)的输出端与液压伺服控制系统(15)的输入端连接,液压伺服控制系统(15)的输出端与液压缸(1)连接,电脑主机(17)的显示信号输出端与电脑显示器(18)的输入端连接;
所述转换单元还包括直线位移传感器(22)和环形应变计(24);
所述直线位移传感器(22)设置在下粘接块(12)的上表面上,且直线位移传感器(22)的测试端竖直朝向上粘接块(9),直线位移传感器(22)用于测量岩体试样(11)的轴向变形量;
所述环形应变计(24)水平设置在上粘接块(9)和下粘接块(12)之间,环形应变计(24)用于测量岩体试样(11)的径向变形量;
所述直线位移传感器(22)和环形应变计(24)的输出端分别与数据采集器(16)的输入端连接;
所述一种含节理柱状岩石的拉剪试验方法,包括的步骤如下;
S100:制作含节理的岩体试样(11),包括如下步骤;
S101:获取需要进行拉剪试验的岩石,对岩石进行切割处理和打磨处理,得到阶梯轴结构的岩石原样,即所述岩石原样由直径不同的两段圆柱体组成,直径小的一段为岩样内芯(19),直径大的一段为岩样外环(20);
S102:沿着岩样内芯(19)与岩样外环(20)的交界线在岩样外环(20)内开设一个环形裂隙,并使用打磨工具对裂隙面进行平整,从而得到用于拉剪试验的岩体试样(11),所述裂隙即为岩体试样(11)中的节理(21);
S200:将岩体试样(11)安装固定到试验装置中,包括如下步骤;
S201:拧下高强度螺栓(23),将上粘接块(9)和下粘接块(12)取下;
S202:在上粘接块(9)的圆形凹槽内涂抹胶水,然后将岩样内芯(19)的末端置于上粘接块(9)的圆形凹槽内,调整岩体试样(11),使岩体试样(11)与上粘接块(9)共轴线,同时保证岩样内芯(19)的侧面与圆形凹槽之间充满胶水,完成调整后静置30分钟,等待胶水凝固;
S203:在下粘接块(12)的圆形凹槽内涂抹胶水,然后将岩样外环(20)的末端置于下粘接块(12)的圆形凹槽内,调整岩体试样(11),使岩体试样(11)与下粘接块(12)共轴线,同时保证岩样外环(20)的侧面与圆形凹槽之间充满胶水,完成调整后静置24小时,等待胶水完全凝固;
S204:将上粘接块(9)、下粘接块(12)和岩体试样(11)一起放置到下压头(13)上,下粘接块(12)与下压头(13)通过高强度螺栓(23)固定连接;
S205:利用液压伺服控制系统(15)控制液压缸(1)的活塞端(4)缓慢下降,当上压头(8)与上粘接块(9)可通过高强度螺栓(23)连接时,活塞端(4)停止下降,上压头(8)与上粘接块(9)通过高强度螺栓(23)固定连接,从而完成岩体试样(11)的安装;
S300:电脑主机(17)通过液压伺服控制系统(15)对液压缸(1)设定一个收缩速率,液压伺服控制系统(15)控制液压缸(1)的活塞端(4)按设定的速率收缩,使岩体试样(11)在竖直方向上受拉力,当岩体试样(11)发生拉剪破坏时,液压伺服控制系统(15)控制液压缸(1)的活塞端(4)停止收缩,同时液压伺服控制系统(15)将液压缸(1)的收缩时间反馈回电脑主机(17);
S400:在S300进行的同时,力传感器(7)将代表岩体试样(11)所受拉力随时间变化的电脉冲信号传递至数据采集器(16),直线位移传感器(22)将代表岩体试样(11)轴向变形量随时间变化的电脉冲信号传递至数据采集器(16),环形应变计(24)将代表岩体试样(11)径向变形量随时间变化的电脉冲信号传递至数据采集器(16);
S500:数据采集器(16)对电脉冲信号进行转换,将三路电脉冲信号分别转换成三组数字数据信息,数据采集器(16)将三组数字数据信息传递至电脑主机(17);
S500:电脑主机(17)通过电脑显示器(18)对三组数字数据信息、液压缸(1)的收缩速率和收缩时间进行显示,试验员记录三组数字数据信息、液压缸(1)的收缩速率和收缩时间,试验完成。
2.如权利要求1所述的一种含节理柱状岩石的拉剪试验方法,其特征在于:所述S102步骤中,裂隙的宽度、深度、倾角可根据试验需要进行调整。
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