CN112710564B - 一种破裂面变角度剪切试验系统 - Google Patents

一种破裂面变角度剪切试验系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种破裂面变角度剪切试验系统,包括支架,竖向移动架设置在支架的一端,第一样品夹持装置通过第一角度调节杆和第二角度调节杆、第三角度调节杆和第四角度调节杆以及第一压力杆和第二压力杆与竖向移动架连接,第一驱动装置与竖向移动架铰接;横向移动架在支架另一端,第二样品夹持装置通过第五角度调节杆和第六角度调节杆、第七角度调节杆和第八角度调节杆以及第三压力杆和第四压力杆与横向移动架连接,第二驱动装置与横向移动架连接;第一样品夹持装置的夹持位置与第二样品夹持装置的夹持位置对应设置固定样品。本发明提供的破裂面变角度剪切试验系统能够对岩体的天然张开破裂面进行剪切试验,获取岩体带有天然张开破裂面的力学性质。

Description

一种破裂面变角度剪切试验系统
技术领域
本发明涉及岩石力学设备技术领域,尤其涉及一种破裂面变角度剪切试验系统。
背景技术
岩体是包含软弱结构面的各类岩石所组成的地质体,结构面是决定岩体力学性质的重要因素,受力后岩体易沿结构面发生剪切破坏,其破坏强度远远低于岩石本身的强度,从而对工程造成重大影响,如边坡失稳、坝基稳定性下降,因此对岩体带有天然张开破裂面的力学性质研究具有重大意义。
目前常规的研究方式是采用剪切试验机获得岩石试样破坏的应力-应变数据,岩体破坏后形成的破裂面受主应力方向的影响与控制,有时并不沿着岩体带有的天然张开破裂面发生破坏,因此无法获知岩体天然张开破裂面的力学性质。
因此,如何提供一种破裂面变角度剪切试验系统,以对岩体的天然张开破裂面进行剪切试验,获取岩体带有天然张开破裂面的力学性质,是目前本领域技术人员亟待解决的技术问题。
发明内容
有鉴于此,本发明的目的在于提供一种破裂面变角度剪切试验系统,以对岩体的天然张开破裂面进行剪切试验,获取岩体带有天然张开破裂面的力学性质。
为了达到上述目的,本发明提供如下技术方案:
一种破裂面变角度剪切试验系统,包括支架和设置在所述支架上的:
第一驱动装置、第二驱动装置、第一样品夹持装置、第二样品夹持装置、竖向移动架和横向移动架,
其中,
所述竖向移动架滑动的设置在所述支架的一端,
所述第一样品夹持装置的侧面上部铰接有第一角度调节杆和第二角度调节杆连接在所述竖向移动架的上部,所述第一样品夹持装置的侧面下部铰接有第三角度调节杆和第四角度调节杆连接在所述竖向移动架的下部,
所述第一样品夹持装置的侧面上部铰接有第一压力杆连接在所述竖向移动架的左侧,所述第一样品夹持装置的底面铰接有第二压力杆连接在所述竖向移动架的左侧;
所述第一驱动装置固定在所述支架上,所述第一驱动装置的驱动杆与所述竖向移动架铰接;
所述横向移动架滑动的设置在所述支架上且位于所述支架的另一端,
所述第二样品夹持装置的侧面上部铰接有第五角度调节杆和第六角度调节杆连接在所述横向移动架的上部,所述第二样品夹持装置的侧面下部铰接有第七角度调节杆和第八角度调节杆连接在所述横向移动架的下部,
所述第二样品夹持装置的侧面下部铰接有第三压力杆连接在所述横向移动架的右侧,所述第二样品夹持装置的底面铰接有第四压力杆连接在所述横向移动架的右侧;
所述第二驱动装置固定在所述支架上,所述第二驱动装置的驱动杆与所述横向移动架连接;
所述第一样品夹持装置的夹持位置与所述第二样品夹持装置的夹持位置对应设置固定样品。
优选的,上述支架包括间隔设置的左竖梁和右竖梁,所述左竖梁和所述右竖梁之间连接有横梁,
所述竖向移动架与所述左竖梁通过减摩擦滑轨连接,
所述横向移动架滑动的设置在所述横梁上。
优选的,上述横梁包括上横梁和下横梁,
所述横向移动架的两端分别滑动的设置在所述上横梁以及所述下横梁上,
所述横向移动架和所述竖向移动架均位于所述左竖梁、所述上横梁、所述下横梁和所述右竖梁组成的矩形框架内。
优选的,上述第一驱动装置和所述第二驱动装置均为伺服电机。
优选的,上述第一角度调节杆、所述第二角度调节杆、所述第三角度调节杆、所述第四角度调节杆、所述第五角度调节杆、所述第六角度调节杆、所述第七角度调节杆和所述第八角度调节杆均为螺纹杆。
优选的,上述的破裂面变角度剪切试验系统还包括用于驱动所述螺纹杆旋转的电动旋转驱动装置。
优选的,上述第一压力杆、所述第二压力杆、所述第三压力杆和所述第四压力杆均为螺纹杆。
优选的,上述的破裂面变角度剪切试验系统还包括用于驱动所述螺纹杆旋转的电动旋转驱动装置。
优选的,上述第一样品夹持装置和所述第二样品夹持装置的可调节角度为15°-85°。
优选的,上述样品为圆柱形,其直径为50-100mm,高度为100-200mm。
本发明提供的破裂面变角度剪切试验系统,包括支架和设置在所述支架上的:
第一驱动装置、第二驱动装置、第一样品夹持装置、第二样品夹持装置、竖向移动架和横向移动架,
其中,
所述竖向移动架滑动的设置在所述支架的一端,
所述第一样品夹持装置的侧面上部铰接有第一角度调节杆和第二角度调节杆连接在所述竖向移动架的上部,所述第一样品夹持装置的侧面下部铰接有第三角度调节杆和第四角度调节杆连接在所述竖向移动架的下部,
所述第一样品夹持装置的侧面上部铰接有第一压力杆连接在所述竖向移动架的左侧,所述第一样品夹持装置的底面铰接有第二压力杆连接在所述竖向移动架的左侧;
所述第一驱动装置固定在所述支架上,所述第一驱动装置的驱动杆与所述竖向移动架铰接;
所述横向移动架滑动的设置在所述支架上且位于所述支架的另一端,
所述第二样品夹持装置的侧面上部铰接有第五角度调节杆和第六角度调节杆连接在所述横向移动架的上部,所述第二样品夹持装置的侧面下部铰接有第七角度调节杆和第八角度调节杆连接在所述横向移动架的下部,
所述第二样品夹持装置的侧面下部铰接有第三压力杆连接在所述横向移动架的右侧,所述第二样品夹持装置的底面铰接有第四压力杆连接在所述横向移动架的右侧;
所述第二驱动装置固定在所述支架上,所述第二驱动装置的驱动杆与所述横向移动架连接;
所述第一样品夹持装置的夹持位置与所述第二样品夹持装置的夹持位置对应设置固定样品。
本发明提供的破裂面变角度剪切试验系统,使用时,根据试验样品带有的天然张开破裂面的形状及角度,通过调节角度调节杆的位置进而调节第一样品夹持装置和第一样品夹持装置的角度,使其能够沿破裂面进行剪切试验,第一样品夹持装置的夹持位置与第二样品夹持装置的夹持位置对应设置固定样品,通过第一驱动装置驱动竖向移动架提供剪切应力,通过第二驱动装置驱动横向移动架提供法向压力,随着剪切试验的进行,试验样品沿着天然张开破裂面发生破坏,进而获取破裂面的内聚力和内摩擦角。
本发明提供的破裂面变角度剪切试验系统,对岩体天然张开破裂面进行剪切试验从而获得测量破裂面的力学特性,包括获得内聚力和内摩擦角,从而获取岩体带有天然张开破裂面的力学性质。
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,下面描述中的附图是本发明的一些实施例,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,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的破裂面变角度剪切试验系统的结构示意图;
图2为本发明实施例提供的第一样品夹持装置的结构示意图;
图3为本发明实施例提供的第二样品夹持装置的结构示意图;
图4为本发明实施例提供的竖向移动架与第一样品夹持装置的连接结构示意图;
图5为本发明实施例提供的第一角度调节杆的结构示意图;
图6为本发明实施例提供的支架与横向移动架的连接结构示意图。
上图1-6中:
支架1、竖向移动架2、横向移动架3、左竖梁4、右竖梁5、上横梁6、下横梁7、第二驱动装置8、第一角度调节杆9、第二角度调节杆10、第三角度调节杆11、第四角度调节杆12、第五角度调节杆13、第六角度调节杆14、第七角度调节杆15、第八角度调节16、第一压力杆17、第二压力杆18、第三压力杆19、第四压力杆20、减摩擦滑轨21、样品22、第一样品夹持装置23、第二样品夹持装置24、第一驱动装置25。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,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。
请参考图1至图6,图1为本发明实施例提供的破裂面变角度剪切试验系统的结构示意图;图2为本发明实施例提供的第一样品夹持装置的结构示意图;图3为本发明实施例提供的第二样品夹持装置的结构示意图;图4为本发明实施例提供的竖向移动架与第一样品夹持装置的连接结构示意图;图5为本发明实施例提供的第一角度调节杆的结构示意图;图6为本发明实施例提供的支架与横向移动架的连接结构示意图。
本发明实施例提供的破裂面变角度剪切试验系统,包括支架1和设置在支架1上的:
第一驱动装置25、第二驱动装置8、第一样品夹持装置23、第二样品夹持装置24、竖向移动架2和横向移动架3,
其中,
竖向移动架2滑动的设置在支架1的一端,
第一样品夹持装置23的侧面上部铰接有第一角度调节杆9和第二角度调节杆10连接在竖向移动架2的上部,第一样品夹持装置23的侧面下部铰接有第三角度调节杆11和第四角度调节杆12连接在竖向移动架2的下部,
第一样品夹持装置23的侧面上部铰接有第一压力杆17连接在竖向移动架2的左侧,第一样品夹持装置23的底面铰接有第二压力杆18连接在竖向移动架2的左侧;
第一驱动装置25固定在支架1上,第一驱动装置25的驱动杆与竖向移动架2铰接;
横向移动架3滑动的设置在支架1上且位于支架1的另一端,
第二样品夹持装置24的侧面上部铰接有第五角度调节杆13和第六角度调节杆14连接在横向移动架3的上部,第二样品夹持装置24的侧面下部铰接有第七角度调节杆15和第八角度调节杆16连接在横向移动架3的下部,
第二样品夹持装置24的侧面下部铰接有第三压力杆19连接在横向移动架3的右侧,第二样品夹持装置24的底面铰接有第四压力杆20连接在横向移动架3的右侧;
第二驱动装置8固定在支架1上,第二驱动装置8的驱动杆与横向移动架3连接;
第一样品夹持装置23的夹持位置与第二样品夹持装置24的夹持位置对应设置固定样品22。
本发明实施例提供的破裂面变角度剪切试验系统,使用时,根据试验样品带有的天然张开破裂面的形状及角度,通过调节角度调节杆的位置进而调节第一样品夹持装置23和第一样品夹持装置24的角度,使其能够沿破裂面进行剪切试验,第一样品夹持装置23的夹持位置与第二样品夹持装置24的夹持位置对应设置固定样品22,通过第一驱动装置25驱动竖向移动架2提供剪切应力,通过第二驱动装置8驱动横向移动架3提供法向压力,随着剪切试验的进行,试验样品沿着天然张开破裂面发生破坏,进而获取破裂面的内聚力和内摩擦角。
本发明实施例提供的破裂面变角度剪切试验系统,对岩体天然张开破裂面进行剪切试验从而获得测量破裂面的力学特性,包括获得内聚力和内摩擦角,从而获取岩体带有天然张开破裂面的力学性质。
具体的,第一驱动装置25和第二驱动装置8均为伺服电机。
具体的,支架1包括间隔设置的左竖梁4和右竖梁5,左竖梁4和右竖梁5之间连接有横梁,
竖向移动架2与左竖梁4通过减摩擦滑轨21连接,
横向移动架3滑动的设置在横梁上。
在试验过程中,竖向移动架2传递剪切应力加压伺服电机产生的压力,竖向移动架2沿着减摩擦滑轨21进行移动并减少移动过程中的摩檫力以确保试验数据的准确性。
具体的,横梁包括上横梁6和下横梁7,
横向移动架3的两端分别滑动的设置在上横梁6以及下横梁7上,
横向移动架3和竖向移动架2均位于左竖梁4、上横梁6、下横梁7和右竖梁5组成的矩形框架内。
使得横向移动架3在进行横向移动时更加的稳定。
具体的,第一角度调节杆9、第二角度调节杆10、第三角度调节杆11、第四角度调节杆12、第五角度调节杆13、第六角度调节杆14、第七角度调节杆15和第八角度调节杆16均为螺纹杆。上述的破裂面变角度剪切试验系统还包括用于驱动螺纹杆旋转的电动旋转驱动装置。实现自动化操作。
具体的,第一压力杆17、第二压力杆18、第三压力杆19和第四压力杆20均为螺纹杆,用于传递剪切应力和法向压力。上述的破裂面变角度剪切试验系统还包括用于驱动螺纹杆旋转的电动旋转驱动装置。实现自动化操作。
并且,角度调节杆与压力杆均为实心金属杆,杆上全螺纹,可以通过电动工具旋转杆件,调节杆件的位置。
具体的,上述第一样品夹持装置23和第二样品夹持装置24的可调节角度为15°-85°。实际上,第一样品夹持装置23和第二样品夹持装置24各具有六个铰接点,其中四个为角度调节杆的铰接,两个为压力杆的铰接。
具体的,样品22为圆柱形,其直径为50-100mm,高度为100-200mm。
本发明实施例提供的破裂面变角度剪切试验系统,能够解决如何对岩体带有的天然张开破裂面进行剪切试验的问题,可以在岩体样品剪切试验前通过调整样品夹持器的角度使样品沿着破裂面进行剪切试验,从而获得破裂面的力学特性。
本发明实施例提供的破裂面变角度剪切试验系统,具体使用时,岩体剪切试验前可根据试验样品带有的天然张开破裂面的形状及角度,通过电动工具旋转角度调节杆以及压力杆等杆件,调节杆件的位置进而调节样品夹持装置,使其沿破裂面进行剪切试验,可调节角度15°~85°,可用样品尺寸:直径50~100mm,高度100~200mm。
法向压力与剪切压力通过法向压力加压电机(第二驱动装置8)与剪切应力加压电机(第一驱动装置25)采用伺服电机加载提供。受压力的影响样品试验装置沿着减摩擦滑轨21和横梁移动,随着剪切试验的进行试验样品沿着天然张开破裂面发生破坏,进而获取破裂面的内聚力和内摩擦角。
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 (10)

1.一种破裂面变角度剪切试验系统,其特征在于,包括支架和设置在所述支架上的:
第一驱动装置、第二驱动装置、第一样品夹持装置、第二样品夹持装置、竖向移动架和横向移动架,
其中,
所述竖向移动架滑动的设置在所述支架的一端,
所述第一样品夹持装置的侧面上部铰接有第一角度调节杆和第二角度调节杆连接在所述竖向移动架的上部,所述第一样品夹持装置的侧面下部铰接有第三角度调节杆和第四角度调节杆连接在所述竖向移动架的下部,
所述第一样品夹持装置的侧面上部铰接有第一压力杆连接在所述竖向移动架的左侧,所述第一样品夹持装置的底面铰接有第二压力杆连接在所述竖向移动架的左侧;
所述第一驱动装置固定在所述支架上,所述第一驱动装置的驱动杆与所述竖向移动架铰接;
所述横向移动架滑动的设置在所述支架上且位于所述支架的另一端,
所述第二样品夹持装置的侧面上部铰接有第五角度调节杆和第六角度调节杆连接在所述横向移动架的上部,所述第二样品夹持装置的侧面下部铰接有第七角度调节杆和第八角度调节杆连接在所述横向移动架的下部,
所述第二样品夹持装置的侧面下部铰接有第三压力杆连接在所述横向移动架的右侧,所述第二样品夹持装置的底面铰接有第四压力杆连接在所述横向移动架的右侧;
所述第二驱动装置固定在所述支架上,所述第二驱动装置的驱动杆与所述横向移动架连接;
所述第一样品夹持装置的夹持位置与所述第二样品夹持装置的夹持位置对应设置固定样品。
2.根据权利要求1所述的破裂面变角度剪切试验系统,其特征在于,所述支架包括间隔设置的左竖梁和右竖梁,所述左竖梁和所述右竖梁之间连接有横梁,
所述竖向移动架与所述左竖梁通过减摩擦滑轨连接,
所述横向移动架滑动的设置在所述横梁上。
3.根据权利要求2所述的破裂面变角度剪切试验系统,其特征在于,所述横梁包括上横梁和下横梁,
所述横向移动架的两端分别滑动的设置在所述上横梁以及所述下横梁上,
所述横向移动架和所述竖向移动架均位于所述左竖梁、所述上横梁、所述下横梁和所述右竖梁组成的矩形框架内。
4.根据权利要求1所述的破裂面变角度剪切试验系统,其特征在于,所述第一驱动装置和所述第二驱动装置均为伺服电机。
5.根据权利要求1所述的破裂面变角度剪切试验系统,其特征在于,所述第一角度调节杆、所述第二角度调节杆、所述第三角度调节杆、所述第四角度调节杆、所述第五角度调节杆、所述第六角度调节杆、所述第七角度调节杆和所述第八角度调节杆均为螺纹杆。
6.根据权利要求5所述的破裂面变角度剪切试验系统,其特征在于,还包括用于驱动所述螺纹杆旋转的电动旋转驱动装置。
7.根据权利要求1所述的破裂面变角度剪切试验系统,其特征在于,所述第一压力杆、所述第二压力杆、所述第三压力杆和所述第四压力杆均为螺纹杆。
8.根据权利要求7所述的破裂面变角度剪切试验系统,其特征在于,还包括用于驱动所述螺纹杆旋转的电动旋转驱动装置。
9.根据权利要求1所述的破裂面变角度剪切试验系统,其特征在于,所述第一样品夹持装置和所述第二样品夹持装置的可调节角度为15°-85°。
10.根据权利要求1所述的破裂面变角度剪切试验系统,其特征在于,所述样品为圆柱形,
其直径为50-100mm,高度为100-200mm。
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