CN112945755B - 一种岩石双面剪切试验装置及试验方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种岩石双面剪切试验装置及试验方法，涉及岩石力学性能检测技术的领域，其包括机架、驱动机、底座、竖直定位装置、水平定位装置和模具，所述机架包括工作台、安装板和两个支撑板，两个所述支撑板间隔相对设置于工作台上，所述安装板连接于两个支撑板顶端，所述竖直定位装置连接于安装板上，所述底座位于工作台上，所述驱动机位于底座下方，所述驱动机驱动底座靠近安装板，所述水平定位装置放置于底座上，所述水平定位装置包括相对设置的第一定位装置和第二定位装置，所述模具位于第一定位装置和第二定位装置之间，所述模具上设有圆形的试样槽。本申请具有提高岩石抗剪切性能检测的准确性的效果。

Description

一种岩石双面剪切试验装置及试验方法

技术领域

本申请涉及钻孔技术的领域，尤其是涉及一种岩石双面剪切试验装置及试验方法。

背景技术

岩石抗剪强度是指岩石在剪切载荷作用下破坏时所能承受的最大剪应力。岩石抗剪强度按试验方法的不同分为岩石直剪强度和岩石三轴抗剪强度。

申请号为CN201710954610.9的专利公开了岩石剪切试验装置，包括：剪切室、上部剪切盒、下部剪切盒、切向固定装置、切向动力装置以及轴向动力装置；所述剪切室内充满化学溶液，所述上部剪切盒和所述下部剪切盒布置在所述剪切室内部；岩石节理试件固定在所述上部剪切盒和所述下部剪切盒中间；所述切向固定装置的一端与所述上部剪切盒的一侧表面接触；所述切向动力装置的一端与所述下部剪切盒的一侧表面接触；所述轴向动力装置的一端与所述上部剪切盒的上表面接触；所述下部剪切盒放置在所述剪切室的底部。

针对上述中的相关技术，发明人认为一般情况下岩石试块由钻孔是被直接提取，而进行岩石的剪切试验时的试块一般为方形试块，需要对圆形试块进行进一步的加工，从而到时检测数据可能存在偏差。

发明内容

为了提高岩石抗剪切性能检测的准确性，本申请提供一种岩石双面剪切试验装置。

本申请提供的一种岩石双面剪切试验装置，采用如下的技术方案：

一种岩石双面剪切试验装置，包括机架、驱动机、底座、竖直定位装置、水平定位装置和模具，所述机架包括工作台、安装板和两个支撑板，两个所述支撑板间隔相对设置于工作台上，所述安装板连接于两个支撑板顶端，所述竖直定位装置连接于安装板上，所述底座位于工作台上，所述驱动机位于底座下方，所述驱动机驱动底座靠近安装板，所述水平定位装置放置于底座上，所述水平定位装置包括相对设置的第一定位装置和第二定位装置，所述模具位于第一定位装置和第二定位装置之间，所述模具上设有圆形的试样槽。

通过采用上述技术方案，使用时，将试块放置在圆形的试样槽中，并利用第一定位装置、第二定位装置和竖直定位装置对试块和模具进行定位，随后打开驱动机，驱动机推动底座、模具和水平定位装置靠近安装板，从而可以进行试样的双面剪切试验，进而提高了岩石抗剪切性能检测的准确性。

可选的，所述模具包括穿心模和两个固定模，所述穿心模位于两个固定模之间，且穿心模的底部与底座之间有空隙，所述圆形的试样槽包括安装槽和定位槽，所述安装槽位于穿心模上，所述定位槽位于固定模上，所述安装槽与定位槽同轴；所述固定模包括上模和下模，所述下模固定连接于底座上，所述上模与上模顶端可拆卸连接，所述上模与下模相对形成定位槽。

通过采用上述技术方案，穿心模和固定模可以对试块进行固定，并在穿心模与固定模相贴处形成两个剪切面，从而可以对试块进行双面剪切试验。

可选的，所述穿心模设有活动垫块，所述活动垫块上开有与安装槽同轴的活动槽，所述活动垫块与安装槽内壁可拆卸连接，所述穿心模上设有固定件，所述固定件用于连接活动垫块与穿心模。

通过采用上述技术方案，活动垫块可以对安装槽的尺寸进行调整，便于进行不同直径的试块的双面剪切试验。固定件可以加强穿心模与活动垫块的连接稳定性，减少活动垫环从圆形的试样槽中脱落的可能性。

可选的，所述模具上还设有辅助块，所述辅助块与穿心模外壁可拆卸连接；所述辅助块包括传力块、活动垫、两个第一定位块和两个第二定位块，所述传力块放置于穿心模靠近压板的一侧，所述传力块位于压板与穿心模之间；

所述活动垫放置于穿心模靠近底座的一侧；

所述第一定位块和第二定位块一一对应分为两组，且分别位于定位槽；所述第一定位块靠近穿心模的一侧设有凹槽，与凹槽相对的一侧设有固定块；所述第二定位块靠近固定块的一侧设有固定槽，所述固定槽与固定槽卡接。

通过采用上述技术方案，辅助块可以对穿心模的位置进行固定，便于进行试块与模具的组装。传力块可以对压板的力进行传递，便于对力进行集中，从而便于双面剪切试验的进行；活动垫是为了便于进行穿心模与固定模的安装；第一定位块可以对试块进行支撑和保护，提升试验结构的精确度；第二定位块则起到传递力的作用，便于进行试块的水平定位。

可选的，所述竖直定位装置包括竖直螺杆、压板和转轮，所述竖直螺杆竖直设置，所述竖直螺杆的一端与转轮固定连接，另一端贯穿安装板与压板连接，所述压板位于两个支撑板之间，所述压板用于与模具抵接。

通过采用上述技术方案，使用时，转动转轮即可使压板靠近或远离安装板，便于对压板的位置进行调整，从而既可以对模具进行竖直方向的定位；在进行试验时，压板与底座将模具和试块同时进行挤压，压板可以提供反向的作用力，从而便于进行试块的双面剪切试验。

可选的，所述第一定位装置包括千斤顶和定位板，所述千斤顶水平设置于底座上，所述定位板与千斤顶连接，所述定位板与底座滑动连接。

通过采用上述技术方案，千斤顶推动定位板靠近固定模，从而可以对固定模进行定位，进而可以对试块进行水平定位。

可选的，所述第二定位装置包括支撑座、水平螺杆和活动杆，所述支撑座与定位板正对设置，所述水平螺杆的轴线与千斤顶的轴线同轴，所述水平螺杆螺纹连接于支撑座上，所述活动杆与水平螺杆的一端可拆卸连接。

通过采用上述技术方案，支撑座可以为水平螺杆提供支撑，活动杆可以充当把手，便于水平螺杆靠近相邻的固定模。使用时，转动水平螺杆即可使得水平螺杆远离活动杆的一端靠近或远离固定模。

一种岩石双面剪切试验方法，包括如下步骤：

S1，制备圆柱状试块，并对圆柱状试块进行饱和处理；

S2，将圆柱状的试块与穿心模、固定模进行组装；

S3，利用水平定位装置和竖直定位装置对圆柱状试块和模具进行定位；

S4，打开驱动机，进行试验。

通过采用上述技术方案，进行试验时，先要进行圆柱状试块的制备，并对其进行饱和处理。随后将试块与模具进行组装，并使用水平定位装置和竖直定位装置对试块和模具进行定位，最后，打开驱动机，驱动机带动底座、模具、试块和水平定位装置共同靠近安装板，从而可以进行圆柱状试块的双面剪切试验。

综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：

1.通过设置模具和水平定位装置，从而可以进行试样的双面剪切试验，进而提高了岩石抗剪切性能检测的准确性；

2.通过设置活动垫块，可以对安装槽的尺寸进行调整，便于进行不同直径的试块的双面剪切试验；

3.通过设置辅助块，可以对穿心模的位置进行固定，便于进行试块与模具的组装。

附图说明

图1是本申请实施例一种岩石双面剪切试验装置的整体结构示意图。

图2是本申请实施例一种岩石双面剪切试验装置的立体剖视图。

图3是本申请实施例一种岩石双面剪切试验装置的部分立体剖视图。

图4是本申请实施例一种岩石双面剪切试验装置的模具的部分结构示意图。

附图标记说明：1、机架；11、工作台；12、安装板；13、支撑板；2、驱动机；3、底座；4、竖直定位装置；41、竖直螺杆；42、压板；43、转轮；5、水平定位装置；51、第一定位装置；511、千斤顶；512、定位板；52、第二定位装置；521、支撑座；522、水平螺杆；523、活动杆；6、模具；61、穿心模；62、固定模；621、上模；622、下模；7、活动孔；8、导向杆；9、固定螺母；10、试样槽；101、安装槽；102、定位槽；14、连接螺栓；15、活动垫块；16、活动槽；17、固定件；18、辅助块；181、传力块；182、活动垫；183、第一定位块；184、第二定位块；19、凹槽；20、固定块；21、固定槽；22、试块。

具体实施方式

以下结合附图1-4对本申请作进一步详细说明。

本申请实施例公开一种岩石双面剪切试验装置。参照图1，岩石双面剪切试验装置包括机架1、驱动机2、底座3、竖直定位装置4、水平定位装置5和模具6，机架1包括工作台11、安装板12和两个支撑板13，两个支撑板13间隔相对设置于工作台11上，安装板12连接于两个支撑板13顶端，竖直定位装置4连接于安装板12上，底座3放置于工作台11上，驱动机2位于工作台11下方，驱动机2驱动底座3靠近安装板12，本实施例中驱动机2为液压缸，液压缸竖直设置，活动台的一侧与液压缸的液压杆螺栓连接。

竖直定位装置4包括竖直螺杆41、压板42和转轮43，竖直螺杆41竖直设置，竖直螺杆41的一端与转轮43固定连接，另一端贯穿安装板12与压板42螺栓连接，压板42位于两个支撑板13之间，压板42用于与模具6抵接。使用时，转动转轮43即可使压板42靠近或远离安装板12，便于对压板42的位置进行调整，从而既可以对模具6进行竖直方向的定位；在进行试验时，压板42与底座3将模具6和试块22同时进行挤压，压板42可以提供反向的作用力，从而便于进行试块22的双面剪切试验。

参照图2，水平定位装置5放置在底座3上，水平定位装置5包括第一定位装置51和第二定位装置52，第一定位装置51和第二定位装置52相对设置，第一定位装置51包括千斤顶511和定位板512，千斤顶511水平设置于底座3上，定位板512与千斤顶511的液压杆螺栓连接，定位板512与底座3滑动连接。千斤顶511推动定位板512靠近固定模62，从而可以对固定模62进行定位，进而可以对试块22进行水平定位。

参照图2，第二定位装置52包括支撑座521、水平螺杆522和活动杆523，支撑座521与底座3连接，水平螺杆522的轴线与千斤顶511的轴线同轴，水平螺杆522螺纹连接于支撑座521上，活动杆523与水平螺杆522的一端可拆卸连接，水平螺杆522远离第一定位装置51的一端设有活动孔7，活动杆523可插入活动孔7中，从而便于人员进行活动杆523与水平螺杆522的安装。

支撑座521与定位板512正对设置，定位板512与支撑座521之间间隔设有两个导向杆8，导向杆8的端部设有固定螺母9，固定螺母9用于固定导向杆8，导向杆8还可以对模具6进行定位，减少模具6在底座3上的晃动。

参照图3、4，模具6位于第一定位装置51和第二定位装置52之间，模具6上设有圆形的圆形的试样槽10。模具6包括穿心模61和两个固定模62，穿心模61位于两个固定模62之间，且穿心模61的底部与底座3之间有空隙，圆形的试样槽10包括安装槽101和定位槽102，安装槽101位于穿心模61上，定位槽102位于固定模62上，安装槽101与定位槽102同轴，固定模62包括上模621和下模622，下模622焊接于底座3上，上模621通过连接螺栓14连接于上模621顶端，上模621与下模622相对形成定位槽102。穿心模61和固定模62可以对试块22进行固定，并在穿心模61与固定模62相贴处形成两个剪切面，从而可以对试块22进行双面剪切试验。

穿心模61设有活动垫块15，活动垫块15上开有与安装槽101同轴的活动槽16，活动垫块15与安装槽101内壁可拆卸连接，活动垫块15可以对安装槽101的尺寸进行调整，便于进行不同直径的试块22的双面剪切试验。穿心模61上设有固定件17，本实施例中固定件17为固定螺栓，固定件17用于连接活动垫块15与穿心模61。固定件17可以加强穿心模61与活动垫块15的连接稳定性，减少活动垫182环从圆形的试样槽10中脱落的可能性。

参照图3，模具6上还设有辅助块18，辅助块18与穿心模61外壁可拆卸连接，辅助块18可以对穿心模61的位置进行固定，便于进行试块22与模具6的组装。本实施例中辅助块18包括传力块181、活动垫182、两个第一定位块183和两个第二定位块184，传力块181放置于穿心模61靠近压板42的一侧，传力块181位于压板42与穿心模61之间，可以对压板42的力进行传递，便于对力进行集中，从而便于双面剪切试验的进行。活动垫182放置于穿心模61靠近底座3的一侧，活动垫182是为了便于进行穿心模61与固定模62的安装。

第一定位块183和第二定位块184一一对应分为两组，且分别位于定位槽102中；第一定位块183靠近穿心模61的一侧设有凹槽19，与凹槽19相对的一侧设有一体成型的固定块20；第二定位块184靠近固定块20的一侧设有固定槽21，固定槽21与固定槽21卡接。第一定位块183可以对试块22进行支撑和保护，提升试验结构的精确度；第二定位块184则起到传递力的作用，便于进行试块22的水平定位。

本申请实施例一种岩石双面剪切试验装置的实施原理为：使用时，先将底座3放置在工作台11上，再将水平定位装置5放置在底座3上，此时下模622位于两个导向杆8之间，并将活动垫182放置于两个下模622之间；随后根据需要进行活动垫块15的安装，安装方法如下：将活动垫块15靠近安装槽101，并使其位于安装槽101中，随后使用固定件17将穿心模61与活动垫块15进行连接；之后将试块22放置在活动槽16中，从而可以实现试块22与穿心模61的连接。

然后在试块22的一端套上依次套上一个第一定位块183和一个第二定位块184，安装方法如下：将第一定位块183的凹槽19与试块22进行卡接，再将第二定位块184的固定槽21与第一定位块183的固定块20进行卡接，再将第二定位块184远离固定块20的一侧与千斤顶511的输出端接触；再在试块22的另一端根据上述方式依次套上第一定位块183和第二定位块184；之后，将活动杆523靠近活动孔7，并转动水平螺杆522，使得水平螺杆522远离活动杆523的一端与第二定位块184抵接，从而将试块22固定在模具6上。然后，将上模621靠近下模622，并使用连接螺栓14进行固定，从而实现试块22与模具6的连接。

之后，将传力块181放置于穿心模61顶端，转动转轮43，转轮43带动竖直螺杆41驱动压板42靠近底座3，当压板42与传力块181顶端接触后，取出两个下模622之间的活动垫182，即完成了试块22的安装。

试验时，打开驱动机2，驱动机2驱动工作台11和底座3一起靠近压板42，压板42与底座3将模具6和试块22同时进行挤压，压板42可以提供反向的作用力，从而便于进行试块22的双面剪切试验。本申请实施例一种岩石双面剪切试验装置具有提高岩石抗剪切性能检测的准确性的效果。

本申请实施例还公开了一种岩石双面剪切试验方法，包括如下步骤：

S1，制备圆柱状试块22，并对圆柱状试块22进行饱和处理；

S2，将圆柱状的试块22与穿心模61、固定模62进行组装；

S3，利用水平定位装置5和竖直定位装置4对圆柱状试块22和模具6进行定位；

S4，打开驱动机2，进行试验。

以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种岩石双面剪切试验装置，其特征在于，包括机架（1）、驱动机（2）、底座（3）、竖直定位装置（4）、水平定位装置（5）和模具（6），所述机架（1）包括工作台（11）、安装板（12）和两个支撑板（13），两个所述支撑板（13）间隔相对设置于工作台（11）上，所述安装板（12）连接于两个支撑板（13）顶端，所述竖直定位装置（4）连接于安装板（12）上，所述底座（3）位于工作台（11）上，所述驱动机（2）位于底座（3）下方，所述驱动机（2）驱动底座（3）靠近安装板（12），所述水平定位装置（5）放置于底座（3）上，所述水平定位装置（5）包括相对设置的第一定位装置（51）和第二定位装置（52），所述模具（6）位于第一定位装置（51）和第二定位装置（52）之间，所述模具（6）上设有圆形的试样槽（10）；

所述模具（6）包括穿心模（61）和两个固定模（62），所述穿心模（61）位于两个固定模（62）之间，且穿心模（61）的底部与底座（3）之间有空隙，所述圆形的试样槽（10）包括安装槽（101）和定位槽（102），所述安装槽（101）位于穿心模（61）上，所述定位槽（102）位于固定模（62）上，所述安装槽（101）与定位槽（102）同轴；所述固定模（62）包括上模（621）和下模（622），所述下模（622）固定连接于底座（3）上，所述上模（621）与上模（621）顶端可拆卸连接，所述上模（621）与下模（622）相对形成定位槽（102）；

所述穿心模（61）设有活动垫块（15），所述活动垫块（15）上开有与安装槽（101）同轴的活动槽（16），所述活动垫块（15）与安装槽（101）内壁可拆卸连接，所述穿心模（61）上设有固定件（17），所述固定件（17）用于连接活动垫块（15）与穿心模（61）。

2.根据权利要求1所述的岩石双面剪切试验装置，其特征在于，所述模具（6）上还设有辅助块（18），所述辅助块（18）与穿心模（61）外壁可拆卸连接；所述辅助块（18）包括传力块（181）、活动垫（182）、两个第一定位块（183）和两个第二定位块（184），所述传力块（181）放置于穿心模（61）靠近压板（42）的一侧，所述传力块（181）位于压板（42）与穿心模（61）之间；

所述活动垫（182）放置于穿心模（61）靠近底座（3）的一侧；

所述第一定位块（183）和第二定位块（184）一一对应分为两组，且分别位于定位槽（102）；所述第一定位块（183）靠近穿心模（61）的一侧设有凹槽（19），与凹槽（19）相对的一侧设有固定块（20）；所述第二定位块（184）靠近固定块（20）的一侧设有固定槽（21），所述固定槽（21）与所述固定块（20）卡接。

3.根据权利要求1所述的岩石双面剪切试验装置，其特征在于，所述竖直定位装置（4）包括竖直螺杆（41）、压板（42）和转轮（43），所述竖直螺杆（41）竖直设置，所述竖直螺杆（41）的一端与转轮（43）固定连接，另一端贯穿安装板（12）与压板（42）连接，所述压板（42）位于两个支撑板（13）之间，所述压板（42）用于与模具（6）抵接。

4.根据权利要求1所述的岩石双面剪切试验装置，其特征在于，所述第一定位装置（51）包括千斤顶（511）和定位板（512），所述千斤顶（511）水平设置于底座（3）上，所述定位板（512）与千斤顶（511）连接，所述定位板（512）与底座（3）滑动连接。

5.根据权利要求4所述的岩石双面剪切试验装置，其特征在于，所述第二定位装置（52）包括支撑座（521）、水平螺杆（522）和活动杆（523），所述支撑座（521）与定位板（512）正对设置，所述水平螺杆（522）的轴线与千斤顶（511）的轴线同轴，所述水平螺杆（522）螺纹连接于支撑座（521）上，所述活动杆（523）与水平螺杆（522）的一端可拆卸连接。

6.一种岩石双面剪切试验方法，其特征在于，采用如权利要求1～5任一所述的岩石双面剪切试验装置，包括如下步骤：

S1，制备圆柱状试块（22），并对圆柱状试块（22）进行饱和处理；

S2，将圆柱状的试块（22）与穿心模（61）、固定模（62）进行组装；

S3，利用水平定位装置（5）和竖直定位装置（4）对圆柱状试块（22）和模具（6）进行定位；

S4，打开驱动机（2），进行试验。