CN112666009B - 一种用于多尺度试样直剪测试的剪切盒 - Google Patents

Abstract

一种用于多尺度试样直剪测试的剪切盒，测试试样以结构面为界限分为上部试样和下部试样，下部试样安装盒用于安装下部试样，上部试样安装盒用于安装上部试样，销轴穿过上部试样安装盒的前后两侧并限位于下部试样安装盒的前后两侧，上部试样和下部试样的结构面重合，下部试样安装盒固定在直剪试验机的底部平台，切向加载传力机构固定在上部试样安装盒切向加载一侧并与切向加载头连接，法向加载传力机构固定在上部试样安装盒的正上方并与法向加载头连接，高度可调支撑架安放在切向加载传力机构的下方以确保剪切方向加载中心与剪切缝高度一致。本发明有效解决一定尺寸范围的多尺度试样安装在剪切盒后施加法向和切向载荷以实现直剪测试，可靠性良好。

Description

一种用于多尺度试样直剪测试的剪切盒

技术领域

本发明属于岩土力学室内试验领域，具体涉及一种用于多尺度试样直剪测试的试样剪切盒。

背景技术

试样的直剪测试用于获取试样对抗剪切力的强度值，在岩土的力学分析中普遍采用。在对试样进行安装时往往会用到剪切盒，它一方面可用于对试样的定位约束，另一方面对试样进行切向和法向的载荷传递。现有的剪切盒往往针对单一尺寸试样的安装或者通过一个大剪切盒内安装标准的尺寸垫块满足安装尺寸要求。由于试样存在加工误差而很难保证约束到位，比如套设式剪切盒结构(专利号：202010045308.3)、基于标准单元限位块组装式多尺寸结构面剪切盒(专利号：201711349738.9)等，这些剪切盒不能用于无级多尺度连续试样的安装及定位，且不同组合的套装件产生不同重量对法向荷载存在影响。罗战友提出的适用于多尺寸结构面的无级可调剪切盒(专利号：201711348434.0)通过前后或者左右调节不同高度上错位的限位条来约束试样，这种方式对试样的夹紧力往往不够，不能满足大吨位载荷的加载要求，试样周围四个面存在约束位置不一致而影响测试结果。以上剪切盒还不能有效解决切向加载高度与剪切缝高度一致的问题。比如：一种测定完整岩石任意方向剪切强度实验的剪切盒装置及其测定方法(专利号：201910801322.9)等切向加载位置往往位于剪切缝的上端。

发明内容

为了克服多尺度试样无级加载和切向加载中心与剪切缝高度不一致等问题，本发明提供了一种用于多尺度试样直剪测试的剪切盒。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种用于多尺度试样直剪测试的剪切盒，所述剪切盒包括高度可调支撑架、切向加载传力机构、上部试样安装盒、法向加载传力机构、销轴和下部试样安装盒，测试试样以结构面为界限分为上部试样和下部试样，下部试样安装盒用于安装下部试样，上部试样安装盒用于安装上部试样，销轴穿过上部试样安装盒的前后两侧并限位于下部试样安装盒的前后两侧，上部试样和下部试样的结构面重合，下部试样安装盒固定在直剪试验机的底部平台，切向加载传力机构固定在上部试样安装盒切向加载一侧并与切向加载头连接，法向加载传力机构固定在上部试样安装盒的正上方并与法向加载头连接，高度可调支撑架安放在切向加载传力机构的下方以确保剪切方向加载中心与剪切缝高度一致。

进一步，所述的上部试样安装盒包括上部试样盒、手把、压紧块、导向轴、螺母、T型螺杆和固定螺栓，上部试样盒的结构为方形且底面的中间处挖成方形槽，方形槽的四周为一定厚度和高度的板材，方形槽前后方的板材最右侧对角处向槽底部挖空，使得方形槽前后方的板材右侧留出一个方形空间且底部与方形槽底面持平，方形空间处沿前后方板材内部且为切向加载方向安装导向轴，导向轴通过螺母固定在上部试样盒右侧板材上，压紧块位于方形空间处且可沿导向轴限向移动；上部试样盒的方形槽内安装上部试样，上部试样的左侧紧靠方形槽左侧凸起的板材，T型螺杆安装在右侧凸起的板材中间处，T型螺杆端部可支撑到压紧块，T型螺杆可带动压紧块移动并压紧上部试样的右侧，方形槽后侧凸起的板材上安装多个固定螺栓，固定螺栓可将上部试样的后侧压紧，手把固定在上部试样盒正上方的前后两侧，上部试样盒正上方中间处安装螺杆，螺杆上用于安放一定数量的垫片，法向压头通过螺纹连接固定在螺杆的上端并压紧各垫片。

再进一步，所述的下部试样安装盒包括下部试样盒、T型螺杆、螺母、导向轴、压紧块和固定螺栓，下部试样盒的结构为方形且上表面的中间处挖成方形槽，方形槽的四周为一定厚度和高度的板材，方形槽前后方的板材最左侧对角处向槽底部挖空，使得方形槽前后方的板材左侧留出一个方形空间且底部与方形槽底面持平，方形空间处沿前后方板材内部且为切向加载方向安装导向轴，方形空间处并沿切向加载方向安装导向轴，导向轴通过螺母固定在下部试样盒的左侧板材上，压紧块位于方形空间处且可沿导向轴限向移动，下部试样盒前后两侧面的底端增加凸缘用于固定在直剪试验机的底部平台，下部试样盒的方形槽内安装下部试样，下部试样的右侧紧靠方形槽右侧凸起的板材，T型螺杆安装在左侧凸起的板材中间，T型螺杆端部可支撑到压紧块，T型螺杆可带动压紧块移动并压紧上部试样的左侧，方形槽后侧凸起的板材上安装多个固定螺栓，固定螺栓可将上部试样的后侧压紧。

更进一步，所述的切向加载传力机构包括传力轴、传力架和螺栓，传力架用螺栓固定在上部试样盒的左侧面，传力轴水平穿过传力架并与切向加载头连接。

所述的高度可调支撑架包括带滚珠螺钉、立柱、支撑板或螺钉，支撑板的四个对角处通过螺钉固定四个立柱，立柱底部安装带滚珠螺钉，带滚珠螺钉在立柱内可上下调节高度。

本发明的技术构思为：作为直剪测试对象的多尺度岩石试样，由于试样存在加工误差而无法满足平面度等公差要求，甚至试样尺寸误差较大，这导致试样放入剪切盒太松或太紧，甚至无法装入剪切盒而需要二次加工的情况。为此针对一定尺寸范围内的多尺度试样如何进行安装和测试变得非常重要的。将上部试样和下部试样分别安装到上下剪切盒上后，通过T型螺杆带动压紧块水平向移动，根据试样尺寸进行无级调节并结合T型螺杆的自锁性能用于夹紧试样。上部试样和下部试样的后侧用固定螺栓压紧。随后上部试样安装盒和下部试样安装盒通过销轴的约束以做好安装盒的上下对中，确保上部试样和下部试样剪切缝的重合。上部试样安装盒在切向加载一侧安装切向加载传力机构并可在一定范围调节安装高度，确保加载中心与剪切缝高度一致。同时由于加载载荷大，需确保试样切向加载受力一侧的剪切盒位置为刚性接触，即夹紧约束为试样的另一侧。由于试样高度在一定尺寸范围内可调，上部试样安装盒的顶面安装一定数量垫片以保证法向加载到位。

本发明具有的有益效果：1、有效满足一定尺寸范围内多尺度试样的安装限位；2、有效满足切向加载时加载中心与剪切缝位置高度一致；3、有效满足多尺度试样在一定尺寸范围内的法向加载传力到位。

附图说明

图1为一种用于多尺度试样直剪测试的剪切盒的主视图。

图2为一种用于多尺度试样直剪测试的剪切盒的俯视图。

图3为一种用于多尺度试样直剪测试的剪切盒的左视图。

图4为高度可调支撑架和切向加载传力机构的主视图。

图5为高度可调支撑架和切向加载传力机构的俯视图。

图6为上部试样安装盒和下部试样安装盒的主视图。

图7为上部试样安装盒和下部试样安装盒的俯视图。

图8为上部试样安装盒和下部试样安装盒的左视图。

图9为上部试样安装盒的仰视图。

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9，一种用于多尺度试样直剪测试的剪切盒，包括高度可调支撑架1、切向加载传力机构2、上部试样安装盒3、法向加载传力机构4、销轴5和下部试样安装盒6，测试的试样7以结构面为界限分为上部试样和下部试样，所述的下部试样安装盒6安装下部试样，上部试样安装盒3用于安装上部试样，所述的销轴5穿过上部试样安装盒3的前后两侧并限位于下部试样安装盒的前后两侧，上部试样和下部试样的结构面重合，下部试样安装盒6固定在直剪试验机的底部平台，所述的切向加载传力机构2固定在上部试样安装盒3切向加载一侧并与切向加载头连接。所述的法向加载传力机构4固定在上部试样安装盒3的正上方并与法向加载头连接，所述的高度可调支撑架1安放在切向加载传力机构2的下方以确保剪切方向加载中心与剪切缝高度一致。

进一步，所述的上部试样安装盒3包括上部试样盒31、手把32、压紧块33、导向轴34、螺母35、T型螺杆36和固定螺栓37，上部试样盒31的结构为方形且底面的中间处挖成方形槽，方形槽的四周为一定厚度和高度的板材，方形槽前后方的板材最右侧对角处向槽底部挖空，使得方形槽前后方的板材右侧留出一个方形空间且底部与方形槽底面持平，方形空间处沿前后方板材内部且为切向加载方向安装导向轴，方形空间处并沿切向加载方向安装导向轴34，导向轴34通过螺母35固定在上部试样盒31的左侧板材上，压紧块33位于方形空间处且可沿导向轴34限向移动；上部剪切盒的方形槽内安装上部试样，上部试样的左侧紧靠方形槽左侧凸起的板材，T型螺杆36安装在右侧凸起的板材中间处，T型螺杆36端部可支撑到压紧块33，T型螺杆36可带动压紧块移动并压紧上部试样的右侧，方形槽后侧凸起的板材上安装多个固定螺栓37，固定螺栓37可将上部试样的后侧压紧，手把32固定在上部试样盒31正上方的前后两侧，上部试样盒31正上方中间处安装螺杆，螺杆上用于安放一定数量的垫片，法向压头通过螺纹连接固定在螺杆的上端并压紧各垫片42。

进一步，所述的下部试样安装盒6包括下部试样盒61、T型螺杆62、螺母63、导向轴64、压紧块65和固定螺栓66，下部试样盒61的结构为方形且上表面的中间处挖成方形槽，方形槽的四周为一定厚度和高度的板材，方形槽前后方的板材最左侧对角处向槽底部挖空，使得方形槽前后方的板材左侧留出一个方形空间且底部与方形槽底面持平，方形空间处沿前后方板材内部且为切向加载方向安装导向轴，方形空间处并沿切向加载方向安装导向轴64，导向轴64通过螺母63固定在下部试样盒61的左侧板材上，压紧块65位于方形空间处且可沿导向轴限向移动，下部试样盒61前后两侧面的底端增加凸缘用于固定在直剪试验机的底部平台，下部试样盒61的方形槽内安装下部试样，下部试样的右侧紧靠方形槽右侧凸起的板材，T型螺杆62安装在左侧凸起的板材中间，T型螺杆端部可支撑到压紧块65，T型螺杆62可带动压紧块移动并压紧上部试样的左侧，方形槽后侧凸起的板材上安装多个固定螺栓66，固定螺栓66可将上部试样的后侧压紧。

进一步，所述的切向加载传力机构2包括传力轴21、传力架22和螺栓23，传力架22用螺栓23固定在上部试样盒31的左侧面，传力轴21水平穿过传力架22并与切向加载头连接。

进一步，所述的高度可调支撑架1包括带滚珠螺钉11、立柱12、支撑板13、螺钉14。支撑板13的四个对角处通过螺钉14固定四个立柱12，立柱12底部安装带滚珠螺钉11，带滚珠螺钉11在立柱12内可上下调节高度。

本实施例的试样盒的使用过程：

具体实施时，下部试样安装盒6的底面固定到直剪试验机的底部平台上，将下部试样安装到下部试样安装盒6中，通过T型螺杆62移动压紧块65以夹紧下部试样，下部试样的后侧用固定螺栓66紧固。同理，将上部试样安装到上部试样安装盒3中，通过T型螺杆36将压紧块33夹紧上部试样，上部试样的后侧用固定螺栓37紧固，上部试样安装盒3翻转180度使得上部试样和下部试样的剪切缝重合，用销轴5进行限位，固定螺栓66和固定螺栓37始终在同一侧。切向加载机构与切向加载传力机构2中的传力轴21连接。切向加载传力机构2下部安放高度可调支撑架1，调节高度可调支撑架1中的带滚珠螺钉11，使得切向加载高度与剪切缝高度一致。同时根据法向加载头与剪切盒顶部的距离，在螺杆上安装一定数量的垫片41，法向压头42固定在螺杆的上端并压紧垫片42，确保法向加载头能加载到法向压头42的顶面位置。在测试时去掉销轴，测试完毕后借助上部试样安装盒3的手把32进行重新复位。

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 (3)

1.一种用于多尺度试样直剪测试的剪切盒，其特征在于，所述剪切盒包括高度可调支撑架、切向加载传力机构、上部试样安装盒、法向加载传力机构、销轴和下部试样安装盒，测试试样以结构面为界限分为上部试样和下部试样，下部试样安装盒用于安装下部试样，上部试样安装盒用于安装上部试样，销轴穿过上部试样安装盒的前后两侧并限位于下部试样安装盒的前后两侧，上部试样和下部试样的结构面重合，下部试样安装盒固定在直剪试验机的底部平台，切向加载传力机构固定在上部试样安装盒切向加载一侧并与切向加载头连接，法向加载传力机构固定在上部试样安装盒的正上方并与法向加载头连接，高度可调支撑架安放在切向加载传力机构的下方以确保剪切方向加载中心与剪切缝高度一致；

所述的上部试样安装盒包括上部试样盒、手把、压紧块、导向轴、螺母、T型螺杆和固定螺栓，上部试样盒的结构为方形且底面的中间处挖成方形槽，方形槽的四周为一定厚度和高度的板材，方形槽前后方的板材最右侧对角处向槽底部挖空，使得方形槽前后方的板材右侧留出一个方形空间且底部与方形槽底面持平，方形空间处沿前后方板材内部且为切向加载方向安装导向轴，导向轴通过螺母固定在上部试样盒右侧板材上，压紧块位于方形空间处且可沿导向轴限向移动；上部试样盒的方形槽内安装上部试样，上部试样的左侧紧靠方形槽左侧凸起的板材，T型螺杆安装在右侧凸起的板材中间处，T型螺杆端部可支撑到压紧块，T型螺杆可带动压紧块移动并压紧上部试样的右侧，方形槽后侧凸起的板材上安装多个固定螺栓，固定螺栓可将上部试样的后侧压紧，手把固定在上部试样盒正上方的前后两侧，上部试样盒正上方中间处安装螺杆，螺杆上用于安放一定数量的垫片，法向压头通过螺纹连接固定在螺杆的上端并压紧各垫片；

所述的下部试样安装盒包括下部试样盒、T型螺杆、螺母、导向轴、压紧块和固定螺栓，下部试样盒的结构为方形且上表面的中间处挖成方形槽，方形槽的四周为一定厚度和高度的板材，方形槽前后方的板材最左侧对角处向槽底部挖空，使得方形槽前后方的板材左侧留出一个方形空间且底部与方形槽底面持平，方形空间处沿前后方板材内部且为切向加载方向安装导向轴，方形空间处并沿切向加载方向安装导向轴，导向轴通过螺母固定在下部试样盒的左侧板材上，压紧块位于方形空间处且可沿导向轴限向移动，下部试样盒前后两侧面的底端增加凸缘用于固定在直剪试验机的底部平台，下部试样盒的方形槽内安装下部试样，下部试样的右侧紧靠方形槽右侧凸起的板材，T型螺杆安装在左侧凸起的板材中间，T型螺杆端部可支撑到压紧块，T型螺杆可带动压紧块移动并压紧上部试样的左侧，方形槽后侧凸起的板材上安装多个固定螺栓，固定螺栓可将上部试样的后侧压紧。

2.如权利要求1所述的一种用于多尺度试样直剪测试的剪切盒，其特征在于，所述的切向加载传力机构包括传力轴、传力架和螺栓，传力架用螺栓固定在上部试样盒的左侧面，传力轴水平穿过传力架并与切向加载头连接。

3.如权利要求1所述的一种用于多尺度试样直剪测试的剪切盒，其特征在于，所述的高度可调支撑架包括带滚珠螺钉、立柱、支撑板或螺钉，支撑板的四个对角处通过螺钉固定四个立柱，立柱底部安装带滚珠螺钉，带滚珠螺钉在立柱内可上下调节高度。