CN112557217B - 超大幅宽连续尺寸岩体结构面抗剪强度试验系统 - Google Patents

Abstract

一种超大幅宽连续尺寸岩体结构面抗剪强度试验系统，切向组合加载机构和试样复位装置位于框架的两侧，切向组合加载机构加载位置为靠近断裂面处的上部试样，任何一个不同幅宽的下部试样在测试前固定于运输小车的正上方且试样左侧统一位于靠近切向组合加载机构的设定位置，试样复位装置根据试样幅宽尺寸采用三种方式复位，法向组合加载机构安装在框架横梁上并在切向加载方向可设定法向加载位置，根据上部试样的荷载要求及幅宽自动选取相应数量的法向和切向作动器进行组合协同加载，提升机构安装在横梁上部且可沿着切向加载方向移动以实现薄型上部试样或辅助装置的提升及安装。本发明有效满足大范围载荷下同精度抗剪强度尺寸效应研究、可靠性良好。

Description

超大幅宽连续尺寸岩体结构面抗剪强度试验系统

技术领域

本发明涉及一种超大幅宽连续尺寸岩体结构面抗剪强度试验系统。

背景技术

在同等试验条件下，随着岩石试样尺寸的变化，抗剪强度等一些特性会产生变化，即尺寸效应现象是岩体力学中常见的一种特征。为研究一种幅宽连续可调岩体的结构面抗剪强度尺寸效应，需要用一个尺寸效应测试系统完成岩石从薄型试样到超长幅宽试样的直剪试验，它需要满足幅宽连续可调试样的安装、加载和复位等设备功能要求。

现有开发的岩石尺寸效应直剪试验设备中，杜时贵提出了一种针对不同结构面等比例放大的岩体结构面抗剪强度尺寸效应试验机(CN201410149668.2)和多尺度岩石直剪仪(CN201310273743.1)，这些设备结构满足小尺寸到大尺寸的连续尺寸正方体试样安装、运输和测试等要求。同时杜时贵也提出了锚固结构面抗剪强度尺寸效应试验系统(CN201910675191.4)和多套机构组合式结构面抗剪强度尺寸效应试验机(CN201610976607.2)。由于传感器存在荷载测试范围及精度的限制以及作动器和控制器存在加载载荷范围的限制，这些专利采用了多作动器进行加载的方式满足大型试样和等比例放大的岩体试样的直剪测试。但是现有设备及专利内容还无法解决大范围幅宽连续可调的上部试样在切向载荷作用下发生移动而导致法向载荷偏心的问题，特别是上部试样的移动距离过大而超出作动器加载板宽度的状况；无法解决在大范围荷载要求时相同宽度尺寸的试样切向加载位置始终处于试样的加载面内，特别是试样的宽度只允许一个作动器加载位置的状况；无法满足上部试样在切向力作用下行程过长时切向作动器活塞杆行程过长而导致的加载过程的震动和产品使用寿命问题；无法满足薄型试样的安装测试、安全保护及复位等问题。为此开发一种超大幅宽连续尺寸岩体结构面抗剪强度试验系统非常重要。

发明内容

为了克服已有技术的不足，本发明提供了一种超大幅宽连续尺寸岩体结构面抗剪强度试验系统，有效满足幅宽连续可调的等高度不同规格岩石结构面试样的安装和复位；有效满足大范围荷载下同精度的尺寸效应研究、可靠性良好；有效满足薄型试样到超长试样的加载测试要求，尤其解决了上部试样切向移动后的法向载荷偏心和加载不到位的问题，解决了切向加载位置不受试样宽度影响的问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种超大幅宽连续尺寸岩体结构面抗剪强度试验系统，包括框架、切向组合加载机构、法向组合加载机构、提升机构、运输小车和试样复位装置，幅宽连续可调岩体结构面试样以断裂面为界限分为上部试样和下部试样，试样的幅宽指连续尺寸试样从薄型到超长型的长度变化，切向组合加载机构和试样复位装置位于框架的两侧，切向组合加载机构的加载位置为靠近断裂面处的上部试样左侧，任何一个不同幅宽的下部试样在测试前固定于运输小车的正上方且试样左侧统一位于靠近切向组合加载机构的设定位置，试样复位装置根据试样的幅宽采用三种方式复位，法向组合加载机构安装在框架横梁上并在切向加载方向可设定法向加载位置，根据上部试样的荷载要求及幅宽自动选取相应数量的法向和切向作动器进行组合协同加载，提升机构安装在横梁上部且可沿着横梁左右移动以实现薄型上部试样或辅助装置的提升及安装；

所述的切向组合加载机构包括至少两个切向作动器组成的切向作动器群，所述法向组合加载机构包括至少两个法向作动器组成的法向作动器群。

进一步，所述的切向组合加载机构包括切向作动器群、安装架、切向测力传感器、二级传力架、滚珠衬套座，一级传力架、切向安装台、加载架和切向加载头，所述切向作动器群中各切向作动器活塞杆端部固定测力传感器，各切向作动器通过安装架固定在切向安装台的同一个水平面上且高度一致，各切向作动器的活塞杆移动方向都统一朝向切向加载方向；加载架左侧与切向作动器群中最右侧第一排并处于中间位置的测力传感器固定，加载架随着作动器活塞杆的伸出而水平限位移动，切向加载头固定在加载架右侧，切向加载头右侧安装滚轴，切向加载时滚轴与上部试样的左侧接触；所述的一级传力架由加载板和传力杆组成，一级传力架的加载板与右侧第二排中间处的测力传感器固定，一级传力架的传力杆穿过固定在切向安装台上的滚珠衬套座并在切向加载方向做直线移动，传力杆可支撑到加载架的左侧位置。二级传力架由加载板和传力杆组成，二级传力架的加载板与第三排处于中间位置的测力传感器固定，二级传力架的传力杆穿过固定在切向安装台上的滚珠衬套座，二级传力架的传力杆穿过固定在切向安装台上的滚珠衬套座并在切向加载方向做直线移动，二级传力架的传力杆可支撑到一级传力架的加载板左侧位置；依次类推，可以设置n-1级传力架，分别与右侧第n排中间处的测力传感器固定，各级传力架可以根据荷载要求共同施加切向载荷到加载头上。

进一步，所述的切向作动器群，沿着切向加载方向并排n列切向作动器组，每列切向作动器组并排m个切向作动器；若m是奇数，则最中间的切向作动器所固定的测力传感器与对应传力架的加载板连接，若m为偶数，则最靠近中间处的两个对称切向作动器所固定的测力传感器与对应传力架的加载板连接。

进一步，所述的框架包括左侧立柱、横梁、横梁上部导轨块组、防翻转挡块、横梁下部导轨块组、小车推拉组件、底部平台导轨块、底部平台、支撑测力传感器和右侧立柱，所述的底部平台固定在地面，左侧立柱和右侧立柱位于底部平台和横梁的两侧，横梁位于底部平台的正上方，左侧立柱的下部穿过切向组合加载机构并与它的切向安装台固定，左侧立柱上部和右侧立柱上部的同一高度上安装试样复位装置，横梁的上下两面中间处贯穿并呈“回”字型，横梁的前后两面中间处贯穿并呈“回”字型，前后两面贯穿处的上表面和下表面分别安装横梁上部导轨块组和横梁下部导轨块组，横梁上部导轨块组和横梁下部导轨块组之间安装法向组合加载机构；底部平台的上方沿着切向加载方向安装底部平台导轨块，底部平台导轨块的上方可安放运输小车，底部平台中间处安装小车推拉组件，可将运输小车推进或推出框架；支撑测力传感器安装在右侧立柱的下部，它由一排支撑测力传感器组成，在试验时支撑测力传感器与运输小车的支撑架接触传力中可测切向载荷。

进一步，所述的提升机构包括电机、减速器、第一齿轮、第一轴、第一同步带传动装置、轴承座、第三轴、转轮、安装架、钢丝绳、导向装置、第二轴、第二齿轮、第二同步带传动装置和行车轮，所述的安装架底部安装行车轮，行车轮的车轮通过小电机的带动下可以在框架横梁上方沿着既定方向移动，电机固定在安装架上，电机输出轴与减速器输入轴连接，第一轴的一端与减速器输出轴连接，第一轴的另一端安装第一同步带传动装置的同步带轮，第一轴中间处安装第一齿轮。安装架的前后两侧对称安装轴承座，两个第三轴的一端分别安装在轴承座上，第三轴中间处安装转轮，前侧的第三轴另一端安装第一同步带传动装置的同步带轮，第一轴和前侧第三轴上安装的同步带轮通过同步带实现带传动。第二轴一端安装在安装架上的轴承座上，第二轴中间处安装第二齿轮，第一齿轮与第二齿轮之间为齿轮传动。第二轴的另一端安装第二同步带传动装置的同步带轮，第二轴和后侧第三轴上安装的同步带轮通过同步带实现带传动；转轮内安放卷在一起的钢丝绳，钢丝绳一端通过含导向轮的导向装置并可吊起薄型试样或复位L型板等辅助装置，导向装置具有磁性吸力可吸附到框架横梁上。除了电机和减速器外的各装置在安装架两侧呈对称布置。

进一步，所述的法向组合加载机构包括电机、减速器、轴承座、丝杆、水平限位导向杆、十字关节、垂向导向杆、法向作动器群、测力传感器、限位板、水平移动架、法向导轨块、加载板和加强筋，所述的水平移动架位于横梁上部导轨块组和横梁下部导轨块组之间，水平移动架上安装了由一定数量法向作动器等距分布的法向作动器群，任意两个作动器中间处的水平移动架上下面安装了加强筋；水平移动架的两侧安装了水平限位导向杆，水平移动架左侧处的横梁上固定了一台电机，电机输出轴与减速器输入轴连接，减速器输出轴与丝杆连接，丝杆一端安装在轴承座上，丝杆的另一端与水平移动架左侧的丝杆孔配合形成丝杆传动；作动器活塞杆上安装测力传感器，测力传感器下端与限位板固定，限位板四周固定垂向导向杆，垂向导向杆穿过安装在水平移动架上的滚珠轴套做导向功能；限位板下部与十字关节的上端固定，十字关节的下端与加载板固定，加载板下面安装一定数量且沿切向加载方向的法向导轨块。

进一步，所述的运输小车包括伸缩油缸、车轮组、挡板、液压千斤顶、L型安装座、车体、L型支撑板、支撑架、试样支撑块和限位板，车体两侧对角处安装伸缩油缸，伸缩油缸活塞杆上安装车轮组，试样左侧通过挡板安放并紧靠在车体的左侧限位板上；车体的上表面设置多排螺栓孔，当下部试样长度尺寸较小且载荷较小时，下部试样右侧通过挡板紧靠在固定在车体上的L型安装座，安装在限位板上的液压千斤顶可压紧下部试样；当下部试样长度尺寸较大且载荷较大时，下部试样的右侧用一定数量的试样支撑块支撑，最右侧的试样支撑块紧靠车体右侧的支撑架，支撑架右侧紧靠支撑测力传感器，根据试验荷载选择一定数量呈对称布置的支撑测力传感器。选择的支撑测力传感器和支撑架之间安放L型支撑板。

进一步，所述的试样复位装置包括左侧复位油缸、左侧拉力架、拉杆、L型拉力板，拉轴、右侧推力架和右侧复位油缸，左侧复位油缸固定在左侧立柱的上部，右侧复位油缸固定在右侧立柱的上部，左侧复位油缸的活塞杆上固定左侧拉力架，上部试样测试完毕后由提升机构将L型拉力板安放到上部试样的右侧，拉轴穿过L型拉力板右侧板上的孔且拉轴的两端同时伸出L型拉力板，左侧复位油缸、右侧复位油缸和拉轴的高度一致且约为上部试样的中间处，拉轴和左侧拉力架之间可安装拉杆或者钢丝绳。右侧复位油缸活塞杆上安装右侧推力架。

本发明的技术构思为：尺寸效应引起的抗剪强度变化是值得深思的科学问题，而试验装备及相关技术是关键所在，本发明重点围绕超大幅宽连续尺寸岩体结构面抗剪强度尺寸效应研究的装备关键技术，主要内容如下：

1.现有的岩石直剪仪在测试时主要有两种：下剪(保持上部试样不动，切向加载机构加载到下部试样)和上剪(保持下部试样不动，切向加载机构加载到上部试样)。下剪方式对多尺度上部试样的固定难度大，上部试样一旦固定后会阻碍下部试样的切向移动而影响测试结果，另外存在下部试样复位难度大等问题；上剪方式主要的问题是在切向载荷作用下上部试样相对运动后法向载荷存在偏心加载，如果需要移动距离大时会存在法向载荷加载不到的状况。针对以上问题，提出一种直剪加载方式，在上剪方式的基础上通过法向组合加载机构的同步跟随加载来实现加载偏心问题，即当上部试样产生位移时法向组合加载机构通过丝杆传动及信号反馈实现同步移动。与此同时，所有随着幅宽变化的试样可以统一靠近剪切加载位置进行安装，从而可以实现切向作动器活塞行程只要满足切向最大位移行程及很小的空载行程，在很小荷载要求时极大减少切向作动器行程过长而引起震动现象，有效延长作动器的使用寿命。

2.幅宽连续可调岩体结构面试样的宽度是固定不变的，在试样压强不变时随着试样长度的增加，切向荷载不断变大。由于受到作动器、测力传感器的测量范围和精度要求，一个作动器和一个传感器无法实现薄型试样小荷载的控制，如果多个作动器并排安放加载，则会导致外围许多作动器无法加载试样表面。为此采用多排水平加载作动器的组合加载方式实现大范围幅宽试样的荷载及精度要求，后排作动器通过传力杆方式将载荷传动到试样表面，该过程通过测试载荷精度标定方法实现载荷的精度要求。

同理，随着试样长度的变大，法向加载机构也无法通过一个作动器和一个测力传感器满足载荷精度要求。为此沿着横梁长度方向安装一定数量的作动器和对应的测力传感器，组成法向组合加载机构。随着试样长度的增加，作动器参与加载的数量也相应增加。

3.当试样为薄型且较高试样时，上部试样很难安装到下部试样结构面上，在没有其它外围约束的情况下如何保证加载的稳定性，加载后上部试样移位时如何解决不掉下以确保试样及设备不损坏是一大难点，对此先通过调整法向载荷的位置，再通过提升机构将上部试样固定在试样盒上，用提升机构将其上升到下部试样上方慢慢放下进行安装，上部和下部试样配合后法向加载预应力，然后放松钢丝绳去除约束，随后进行加载测试，当上部试样移动脱离下部试样时，放松的钢丝绳拉住上部试样防止其跌落。同时可以重新提升上部试样再次加载测试。

本发明具有的有益效果主要表现在：1、有效满足幅宽连续可调的等高度不同规格多尺度岩石结构面试样的安装和复位；2、有效满足大范围载荷下同精度尺寸效应研究、可靠性良好；3、有效满足薄型试样到超长试样的加载测试要求，尤其解决了上部试样移动后的法向载荷偏心和加载不到位的问题，解决了切向加载位置不受试样宽度影响的问题。

附图说明

图1为一种超大幅宽连续尺寸岩体结构面抗剪强度试验系统为薄型试样时的主视图。

图2为一种超大幅宽连续尺寸岩体结构面抗剪强度试验系统为薄型试样时的俯视图。

图3为切向组合加载机构的主视图。

图4为切向组合加载机构的俯视图。

图5为框架的主视图。

图6为框架的俯视图。

图7为提升机构的主视图。

图8为提升机构的右视图。

图9为法向组合加载机构主视图。

图10为法向组合加载机构俯视图。

图11为运输小车安装薄型试样的主视图。

图12为运输小车安装薄型试样的俯视图。

图13为运输小车安装较大幅宽尺寸试样的主视图。

图14为运输小车与切向测力传感器布置俯视图。

图15为较大幅宽尺寸试样复位的尺寸效应试验机的主视图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。

参照图1～图15，一种超大幅宽连续尺寸岩体结构面抗剪强度试验系统，包括框架2、切向组合加载机构1、法向组合加载机构4、提升机构3、运输小车5和试样复位装置6。幅宽连续可调岩体结构面试样以断裂面为界限分为上部试样和下部试样，试样的幅宽指连续尺寸试样从薄型到超长型的长度变化，切向组合加载机构1和试样复位装置6位于框架的两侧，切向组合加载机构1的加载位置为靠近断裂面处的上部试样左侧，任何一个不同幅宽的下部试样在测试前固定于运输小车5的正上方且试样左侧统一位于靠近切向组合加载机构1的设定位置，试样复位装置6根据试样的幅宽采用三种方式复位，法向组合加载机构4安装在框架横梁上并在切向加载方向可设定法向加载位置，根据上部试样的荷载要求及幅宽自动选取相应数量的法向和切向作动器进行组合协同加载，提升机构3安装在横梁上部且可沿着横梁左右移动以实现薄型上部试样或辅助装置的提升及安装。

所述的切向组合加载机构1包括至少两个切向作动器组成的切向作动器群，所述法向组合加载机构4包括至少两个法向作动器组成的法向作动器群。

进一步，所述的切向组合加载机构1包括切向作动器群10、安装架11、切向测力传感器12、二级传力架13、滚珠衬套座14，一级传力架15、切向安装台16、加载架17和切向加载头18。所述切向作动器群10中各切向作动器活塞杆端部固定测力传感器12。各切向作动器10通过安装架固定在切向安装台的同一个水平面上且高度一致，各切向作动器的活塞杆移动方向都统一朝向切向加载方向，加载架17的左侧与切向作动器群10中最右侧第一排处于中间位置的测力传感器12固定，加载架17随着作动器活塞杆伸出而水平移动，切向加载头18固定在加载架右侧，切向加载头18右侧安装滚轴，切向加载时滚轴与上部试样的左侧接触；所述的一级传力架由加载板和传力杆组成，一级传力架15的加载板与右侧第二排中间处的测力传感器12固定，一级传力架15的传力杆穿过固定在切向安装台上的滚珠衬套座14并在切向加载方向做直线移动，传力杆可支撑到加载架17的左侧位置。二级传力架13由加载板和传力杆组成，二级传力架13与第三排处于中间位置的测力传感器12固定。二级传力架13的传力杆穿过固定在切向安装台16上的滚珠衬套座14。二级传力架13的传力杆穿过固定在切向安装台上的滚珠衬套座并在切向加载方向做直线移动，二级传力架13的传力杆可支撑到一级传力架15的加载板左侧位置；依次类推，可以设置n-1级传力架，分别与右侧第n排中间处的测力传感器固定，各级传力架可以根据荷载要求共同施加切向载荷到加载头上。

进一步，所述的切向作动器群10沿着切向加载方向并排n列切向作动器组，每列切向作动器组并排m个切向作动器；若m是奇数，则最中间的切向作动器所固定的测力传感器12与对应传力架的加载板连接，若m为偶数，则最靠近中间处的两个对称切向作动器所固定的测力传感器12与对应传力架的加载板连接

进一步，所述的框架2包括左侧立柱20、横梁21、横梁上部导轨块组22、防翻转挡块23、横梁下部导轨块组24、小车推拉组件25、底部平台导轨块26、底部平台27、支撑测力传感器28、右侧立柱29。所述的底部平台27固定在地面，左侧立柱20和右侧立柱29位于底部平台27和横梁21的两侧，横梁21位于底部平台27的正上方，左侧立柱20的下部穿过切向组合加载机构并与它的切向安装台固定，左侧立柱20上部和右侧立柱29上部的同一高度上安装试样复位装置，横梁21的上下两面中间处贯穿并呈“回”字型，横梁21的前后两面中间处贯穿并呈“回”字型，前后两面贯穿处的上表面和下表面分别安装横梁上部导轨块组11和横梁下部导轨块组24，横梁上部导轨块组22和横梁下部导轨块组24之间安装法向组合加载机构3。底部平台27的上方沿着切向加载方向安装底部平台导轨块26，底部平台导轨块26上方可安放运输小车5。底部平台27中间处安装小车推拉组件25，可将运输小车5推进推出框架，支撑测力传感器28安装在右侧立柱29的下方，它由一排支撑测力传感器28组成，在试验时支撑测力传感器28与运输小车5的支撑架57接触传力中可测切向载荷。

进一步，所述的提升机构3包括电机30、减速器31、第一齿轮32、第一轴33、第一同步带传动装置34、轴承座35、第三轴36、转轮37、安装架38、钢丝绳39、导向装置310、第二轴311、第二齿轮312、第二同步带传动装置313和行车轮314。所述的安装架38底部安装行车轮314，行车轮314的车轮通过小电机的带动下可以在框架横梁21上方沿着既定方向移动。电机30固定在安装架38上，电机输出轴与减速器31输入轴连接，第一轴33的一端与减速器31的输出轴连接，第一轴33的另一端安装第一同步带传动装置34的同步带轮，第一轴33中间处安装第一齿轮32，安装架38的前后两侧对称安装轴承座35，两个第三轴36的一端分别安装在轴承座35上，第三轴36中间处安装转轮37，前侧的第三轴另一端安装第一同步带传动装置34的同步带轮，第一轴33和前侧第三轴上安装的同步带轮通过同步带实现带传动，第二轴311一端安装在安装架上的轴承座上，第二轴311中间处安装第二齿轮312，第一齿轮32与第二齿轮312之间为齿轮传动，第二轴311的另一端安装第二同步带传动装置313的同步带轮，第二轴311和后侧第三轴上安装的同步带轮通过同步带实现带传动，转轮37内安放卷在一起的钢丝绳39，钢丝绳39一端通过含导向轮的导向装置310并可吊起薄型试样或复位L型板等辅助装置。导向装置310具有磁性吸力可吸附到框架横梁21上。除了电机和减速器外的各装置在安装架两侧呈对称布置。

进一步，所述的法向组合加载机构包括电机40、减速器41、轴承座42、丝杆43、水平限位导向杆44、十字关节45、垂向导向杆46、法向作动器群47、测力传感器48、限位板49、水平移动架410、法向导轨块411、加载板412、加强筋413，所述的水平移动架410位于横梁上部导轨块组和横梁下部导轨块组之间，水平移动架410上安装了由一定数量法向作动器等距分布的法向作动器群47，任意两个作动器中间处的水平移动架上下面安装了加强筋413；水平移动架410的两侧安装了水平限位导向杆44，水平移动架410左侧处的横梁上固定了一台电机40，电机40输出轴与减速器41输入轴连接，减速器41输出轴与丝杆43连接，丝杆43一端安装在轴承座上，丝杆43的另一端与水平移动架左侧的丝杆孔配合形成丝杆传动；作动器活塞杆上安装测力传感器48，测力传感器48下端与限位板49固定，限位板49四周固定垂向导向杆46，垂向导向杆46穿过安装在水平移动架上的滚珠轴套做导向功能；限位板49下部与十字关节45的上端固定，十字关节45的下端与加载板412固定，加载板412下面安装一定数量且沿切向加载方向的法向导轨块411。

进一步，所述的运输小车包括伸缩油缸50、车轮组51、挡板52、液压千斤顶53、L型安装座54、车体55、L型支撑板56、支撑架57、试样支撑块58和限位板59，车体55两侧对角处安装伸缩油缸50，伸缩油缸50活塞杆上安装车轮组51，试样左侧通过挡板安放并紧靠在车体的左侧限位板59上；车体55的上表面设置多排螺栓孔，当下部试样长度尺寸较小且载荷较小时，下部试样右侧通过挡板紧靠在固定在车体上的L型安装座54，安装在限位板59上的液压千斤顶53可压紧下部试样；当下部试样长度尺寸较大且载荷较大时，下部试样的右侧用一定数量的试样支撑块支撑，最右侧的试样支撑块紧靠车体右侧的支撑架，支撑架57右侧紧靠支撑测力传感器，根据试验荷载选择一定数量呈对称布置的支撑测力传感器28，选择的支撑测力传感器28和支撑架57之间安放L型支撑板56。

进一步，所述的试样复位装置6包括左侧复位油缸60、左侧拉力架61、拉杆62、L型拉力板63，拉轴64、右侧推力架65和右侧复位油缸66，左侧复位油缸60固定在左侧立柱20的上部，右侧复位油缸66固定在右侧立柱29的上部，左侧复位油缸60的活塞杆上固定左侧拉力架61，上部试样测试完毕后由提升机构将L型拉力板63安放到上部试样的右侧，拉轴64穿过L型拉力板63右侧板上的孔且拉轴的两端同时伸出L型拉力板63，左侧复位油缸60、右侧复位油缸66和拉轴的高度一致且约为上部试样的中间处，拉轴64和左侧拉力架61之间可安装拉杆62或者钢丝绳，右侧复位油缸66活塞杆上安装右侧推力架65。

本实施例中：运输小车一开始位于试验机框架2底部平台前方。当试样为薄型试样时，先将下部试样靠近运输小车5最左端且下部试样两侧用两块挡板52辅助后用液压千斤顶53压紧。上部试样在安装试样盒70后安放到在靠近下部试样处的运输小车上，底部平台27中间处安装小车推拉组件25，可将运输小车5推进试验机测试位置。随后运输小车的伸缩油缸50让车轮组51缩回，车体55完全压在底部平台27的导轨块上。提升机构3的钢丝绳39末端的钩子钩住试样盒70后，在电机带动下将试样盒70及上部试样提升到下部试样正上方，缓慢下降将上部试样和下部试样配合。根据载荷大小确定支撑测力传感器28的数量，选择的支撑测力传感器28和支撑架57之间安放L型支撑板56。切向组合加载机构1预加载使得支撑测力传感器达到预应力，此时运输小车5完全靠近支撑测力传感器28。调整法向组合加载机构的位置，使得最左边作动器和上部试样的中心一致。法向作动器施加预应力后，放松钢丝绳39进行加载。切向组合加载机构1根据试验要求逐级加载载荷，运输小车5的一旦上部试样出现跌落趋势导致法向载荷无法保压时，试验结束并由钢丝绳39拉住上部试样防止掉落到运输小车5上。测试完毕后通过钢丝绳39重新提升上部试样高度，由于薄型试样的重力作用可以重新安装与测试。

当试样的长度较长和超长时，下部试样和上部试样通过外围辅助机构安装到运输小车5后推入试验机测试位置。根据试样长度尺寸选择法向组合加载机构4和切向组合加载机构1中的作动器组合加载方式。根据测试要求按顺序和逐级加载完成直剪测试。测试完毕后需要将上部试样复位进行再测试。若试样长度较长时，右侧框架安装的右侧复位油缸66无法将试样复位，则提升机构移动位置到试样右侧，将L型拉力板63吊起安装到上部试样右侧，左侧复位油缸60作用下通过拉轴64或者钢丝绳的传力作用将上部试样复位。当试样的长度超大时右侧复位油缸66直接通过右侧推力架65将上部试样复位。

本说明书的实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，仅作说明用途。本发明的保护范围不应当被视为仅限于本实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也及于本领域的普通技术人员根据本发明构思所能想到的等同技术手段。

Claims (7)

1.一种超大幅宽连续尺寸岩体结构面抗剪强度试验系统，其特征在于，所述系统包括框架、切向组合加载机构、法向组合加载机构、提升机构、运输小车和试样复位装置，幅宽连续可调岩体结构面试样以断裂面为界限分为上部试样和下部试样，试样的幅宽指连续尺寸试样从薄型到超长型的长度变化，切向组合加载机构和试样复位装置位于框架的两侧，切向组合加载机构的加载位置为靠近断裂面处的上部试样左侧，任何一个不同幅宽的下部试样在测试前固定于运输小车的正上方且试样左侧统一位于靠近切向组合加载机构的设定位置，试样复位装置根据试样的幅宽采用三种方式复位，法向组合加载机构安装在框架横梁上并在切向加载方向可设定法向加载位置，根据上部试样的荷载要求及幅宽自动选取相应数量的法向和切向作动器进行组合协同加载，提升机构安装在横梁上部且可沿着切向加载方向移动以实现薄型上部试样或辅助装置的提升及安装；

所述的切向组合加载机构包括至少两个切向作动器组成的切向作动器群，所述法向组合加载机构包括至少两个法向作动器组成的法向作动器群；

所述的提升机构包括电机、减速器、第一齿轮、第一轴、第一同步带传动装置、轴承座、第三轴、转轮、安装架、钢丝绳、导向装置、第二轴、第二齿轮、第二同步带传动装置和行车轮，所述的安装架底部安装行车轮，行车轮的车轮通过小电机的带动下可以在框架横梁上方沿着既定方向移动，电机固定在安装架上，电机输出轴与减速器输入轴连接，第一轴的一端与减速器输出轴连接，第一轴的另一端安装第一同步带传动装置的同步带轮，第一轴中间处安装第一齿轮，安装架的前后两侧对称安装轴承座，两个第三轴的一端分别安装在轴承座上，第三轴中间处安装转轮，前侧的第三轴另一端安装第一同步带传动装置的同步带轮，第一轴和前侧第三轴上安装的同步带轮通过同步带实现带传动，第二轴一端安装在安装架上的轴承座上，第二轴中间处安装第二齿轮，第一齿轮与第二齿轮之间为齿轮传动，第二轴的另一端安装第二同步带传动装置的同步带轮，第二轴和后侧第三轴上安装的同步带轮通过同步带实现带传动；转轮内安放卷在一起的钢丝绳，钢丝绳一端通过含导向轮的导向装置并可吊起薄型试样或复位L型板，导向装置具有磁性吸力可吸附到框架横梁上，除了电机和减速器外的各装置在安装架两侧呈对称布置。

2.如权利要求1所述的一种超大幅宽连续尺寸岩体结构面抗剪强度试验系统，其特征在于，所述的切向组合加载机构包括切向作动器群、安装架、切向测力传感器、二级传力架、滚珠衬套座、一级传力架、切向安装台、加载架和切向加载头，所述的切向作动器群中各切向作动器活塞杆端部固定测力传感器，各切向作动器通过安装架固定在切向安装台的同一个水平面上且高度一致，各切向作动器的活塞杆移动方向都统一朝向切向加载方向；加载架左侧与切向作动器群中最右侧第一排并处于中间位置的测力传感器固定，加载架随着作动器活塞杆的伸出而水平限位移动，切向加载头固定在加载架右侧，切向加载头右侧安装滚轴，切向加载时滚轴与上部试样的左侧接触；所述的一级传力架由加载板和传力杆组成，一级传力架的加载板与右侧第二排中间处的测力传感器固定，一级传力架的传力杆穿过固定在切向安装台上的滚珠衬套座并在切向加载方向做直线移动，传力杆可支撑到加载架的左侧位置，二级传力架由加载板和传力杆组成，二级传力架的加载板与第三排处于中间位置的测力传感器固定，二级传力架的传力杆穿过固定在切向安装台上的滚珠衬套座，二级传力架的传力杆穿过固定在切向安装台上的滚珠衬套座并在切向加载方向做直线移动，二级传力架的传力杆可支撑到一级传力架的加载板左侧位置；依次类推，可以设置n-1级传力架，分别与右侧第n排中间处的测力传感器固定，各级传力架可以根据荷载要求共同施加切向载荷到加载头上。

3.如权利要求1或2所述的一种超大幅宽连续尺寸岩体结构面抗剪强度试验系统，其特征在于，所述的切向作动器群，沿着切向加载方向并排n列切向作动器组，每列切向作动器组并排m个切向作动器；若m是奇数，则最中间的切向作动器所固定的测力传感器与对应传力架的加载板连接，若m为偶数，则最靠近中间处的两个对称切向作动器所固定的测力传感器与对应传力架的加载板连接。

4.如权利要求1或2所述的一种超大幅宽连续尺寸岩体结构面抗剪强度试验系统，其特征在于，所述的框架包括左侧立柱、横梁、横梁上部导轨块组、防翻转挡块、横梁下部导轨块组、小车推拉组件、底部平台导轨块、底部平台、支撑测力传感器和右侧立柱，所述的底部平台固定在地面，左侧立柱和右侧立柱位于底部平台和横梁的两侧，横梁位于底部平台的正上方，左侧立柱的下部穿过切向组合加载机构并与它的切向安装台固定，左侧立柱上部和右侧立柱上部的同一高度上安装试样复位装置，横梁的上下两面中间处贯穿并呈“回”字型，横梁的前后两面中间处贯穿并呈“回”字型，前后两面贯穿处的上表面和下表面分别安装横梁上部导轨块组和横梁下部导轨块组，横梁上部导轨块组和横梁下部导轨块组之间安装法向组合加载机构；底部平台的上方沿着切向加载方向安装底部平台导轨块，底部平台导轨块的上方可安放运输小车，底部平台中间处安装小车推拉组件，可将运输小车推进或推出框架；支撑测力传感器安装在右侧立柱的下部，它由一排支撑测力传感器组成，在试验时支撑测力传感器与运输小车的支撑架接触传力中可测切向载荷。

5.如权利要求1或2所述的一种超大幅宽连续尺寸岩体结构面抗剪强度试验系统，其特征在于，所述的法向组合加载机构包括电机、减速器、轴承座、丝杆、水平限位导向杆、十字关节、垂向导向杆、法向作动器群、测力传感器、限位板、水平移动架、法向导轨块、加载板和加强筋，所述的水平移动架位于横梁上部导轨块组和横梁下部导轨块组之间，水平移动架上安装了由一定数量法向作动器等距分布的法向作动器群，任意两个作动器中间处的水平移动架上下面安装了加强筋；水平移动架的两侧安装了水平限位导向杆，水平移动架左侧处的横梁上固定了一台电机，电机输出轴与减速器输入轴连接，减速器输出轴与丝杆连接，丝杆一端安装在轴承座上，丝杆的另一端与水平移动架左侧的丝杆孔配合形成丝杆传动；作动器活塞杆上安装测力传感器，测力传感器下端与限位板固定，限位板四周固定垂向导向杆，垂向导向杆穿过安装在水平移动架上的滚珠轴套做导向功能；限位板下部与十字关节的上端固定，十字关节的下端与加载板固定，加载板下面安装一定数量且沿切向加载方向的法向导轨块。

6.如权利要求1或2所述的一种超大幅宽连续尺寸岩体结构面抗剪强度试验系统，其特征在于，所述的运输小车包括伸缩油缸、车轮组、挡板、液压千斤顶、L型安装座、车体、L型支撑板、支撑架、试样支撑块和限位板，车体两侧对角处安装伸缩油缸，伸缩油缸活塞杆上安装车轮组，试样左侧通过挡板安放并紧靠在车体的左侧限位板上；车体的上表面设置多排螺栓孔，当下部试样长度尺寸较小且载荷较小时，下部试样右侧通过挡板紧靠在固定在车体上的L型安装座，安装在限位板上的液压千斤顶可压紧下部试样；当下部试样长度尺寸较大且载荷较大时，下部试样的右侧用一定数量的试样支撑块支撑，最右侧的试样支撑块紧靠车体右侧的支撑架，支撑架右侧紧靠支撑测力传感器，根据试验荷载选择一定数量呈对称布置的支撑测力传感器，选择的支撑测力传感器和支撑架之间安放L型支撑板。

7.如权利要求1或2所述的一种超大幅宽连续尺寸岩体结构面抗剪强度试验系统，其特征在于，所述的试样复位装置包括左侧复位油缸、左侧拉力架、拉杆、L型拉力板，拉轴、右侧推力架和右侧复位油缸，左侧复位油缸固定在左侧立柱的上部，右侧复位油缸固定在右侧立柱的上部，左侧复位油缸的活塞杆上固定左侧拉力架，上部试样测试完毕后由提升机构将L型拉力板安放到上部试样的右侧，拉轴穿过L型拉力板右侧板上的孔且拉轴的两端同时伸出L型拉力板，左侧复位油缸、右侧复位油缸和拉轴的高度一致且约为上部试样的中间处，拉轴和左侧拉力架之间可安装拉杆或者钢丝绳，右侧复位油缸活塞杆上安装右侧推力架。

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