CN113358473A - 一种便于直接野外工作的岩石断裂韧度专用试验装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种便于直接野外工作的岩石断裂韧度专用试验装置，涉及岩土工程技术领域，包括主体设备、承接底座和旋压装置，所述旋压装置的下表面中部固定连接有螺纹承接轴，所述螺纹承接轴的外表面螺纹连接有通孔固定圈，所述旋压装置的内部设置有握把，所述通孔固定圈的外表面固定连接有通孔固定架，所述螺纹承接轴的底部固定连接有夹具。本发明通过旋压装置与液压器的替换，即可用人力施压，解决现有的测试设备过电力短缺，无法工作的问题，为了解决接地底座没有存在合适的拆解和固定装置，从而设置了承接底座和接地底座，利用钉锥组头更好的钉入地面，根据ISRM的建议测试方法，操控底柱移动，改变承接底座上表面空间结构。

Description

一种便于直接野外工作的岩石断裂韧度专用试验装置
技术领域
本发明涉及一种便于直接野外工作的岩石断裂韧度专用试验装置，涉及岩土工程技术领域，具体涉及一种便于直接野外工作的岩石断裂韧度专用试验装置。
背景技术
在岩石工程中，为了保障工程结构的安全性和稳定性，需要避免岩石发生断裂，而在隧道掘进、边坡开挖、油气开采时，又需要加速断裂现象、提高破岩效率。岩石断裂韧度作为岩石断裂力学中表征岩石材料抵抗断裂的力学参数，在工程应用与理论研究中均具有重要的价值。
在线弹性条件或小范围屈服条件下，当应力场强度因子增大到某一临界值，裂纹将失稳扩展从而导致材料断裂，这个临界或失稳扩展的应力场强度因子即材料的断裂韧度。
而根据裂纹体所受荷载类型，可将裂缝分为I型（张开型）、II型（滑开型）和III型（撕裂型）三种类型，对应地，断裂韧度也可细分为I型、II型和III型断裂韧度，即K IC、K IIC、K IIIC。在岩石工程的结构设计、安全评估和数值模拟中，往往是不可或缺的基本力学参数。现阶段，岩石断裂韧度通常在室内采用专门的仪器进行测定，然而多数情况下，施工单位、勘察单位是不具备此类条件，因此，若能开发简易、便捷的试验方法用以准确测试岩石断裂韧度是岩石断裂力学中的一项重要研究课题。现有的测试设备结构过于依赖电气液压元件，对于野外施工来说，在电力短缺的情况下无法工作，同时，接地底座没有存在合适的拆解和固定装置，不能适应野外取样测试的不同环境需求。
针对现有技术存在以下问题：
1、现有测试装置过于依赖电力驱动；
2、接地底座不能很好地适应野外环境需求；
3、现有结构固定无法改变，不能根据测试的岩石大小来改变结构规格。
发明内容
本发明提供一种便于直接野外工作的岩石断裂韧度专用试验装置，其中一种目的是为了具备旋压装置、卡孔和承接轴，解决现有的测试设备结构过于依赖电气液压元件，对于野外施工来说，电力短缺的情况下，无法工作的问题；其中另一种目的是为了解决接地底座没有存在合适的拆解和固定装置，不能适应野外取样测试的不同环境需求的问题，从而设置了承接底座和接地底座；再一种目的就是通过设置了接地底座、上位栓孔和下位栓孔以及液压辅助杆的组件，解决了结构之间不易拆解和组装的问题，同时设置了中空盘，解决了现有结构固定无法改变，不能根据测试的岩石规格来改变规格的问题。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
一种便于直接野外工作的岩石断裂韧度专用试验装置，包括主体设备、承接底座和旋压装置，所述主体设备的内部设置有旋压装置，所述旋压装置的下表面中部固定连接有螺纹承接轴，所述螺纹承接轴的外表面螺纹连接有通孔固定圈，所述通孔固定圈的外表面固定连接有通孔固定架，所述螺纹承接轴的底部固定连接有夹具，所述夹具的内部活动连接有加载轴，所述加载轴的外壁活动连接有转动限位孔，所述加载轴的外表面一侧设置有千分表，所述加载轴的外壁活动连接有转动限位孔。
所述加载轴的下方设置有承接底座，所述通孔固定架的外壁固定连接有导柱压紧梁，所述通孔固定架通过设置在所述导柱压紧梁下方的所述导柱与所述承接底座固定连接，所述承接底座的内部设置有中空盘，所述中空盘的内壁中心处固定连接有中心柱。
本发明技术方案的进一步改进在于：所述承接底座的上表面设置有卡座，所述卡座的上表面卡接有待测工件，所述承接底座的底部设置有接地底座，所述接地底座的底部一侧设置有钉锥组头，所述转动限位孔的外表面活动连接有通孔，所述通孔的外壁固定连接有工件压紧元件，所述工件压紧元件的一端内壁固定连接有导柱。
采用上述技术方案，该方案中的所述旋压装置是通过人力旋转对所述待测工件产生测试压力的，是替换所述液压器，解决了电力缺失情况下的设备无法运行的问题。
本发明技术方案的进一步改进在于：所述主体设备的内部设置有液压器，所述液压器的底部中心处设置有液压套杆，所述液压器的下表面设置有液压辅助杆，所述液压辅助杆的内部活动连接有液压副杆，所述液压副杆的底部固定连接有副杆卡圈，所述液压辅助杆的内壁螺纹连接有螺纹支撑杆，所述液压器通过所述液压辅助杆与所述螺纹支撑杆固定连接。
采用上述技术方案，所述副杆卡圈是设置在所述液压副杆的底部，起到限定和与所述螺纹支撑杆的连接固定的效果，所述承接轴的设置是为了连接所述旋压装置或者所述液压套杆设置的，保证连接的稳定性。
本发明技术方案的进一步改进在于：所述液压套杆的底部固定连接有液压底轴，所述中心柱的外表面固定连接有弹力条，所述弹力条远离所述中心柱的一端固定连接有底柱。
采用上述技术方案，该方案中的所述中心柱是用来连接固定所述弹力条的一端。
本发明技术方案的进一步改进在于：所述承接底座的上表面设置有卡座，所述卡座的上表面卡接有待测工件，所述承接底座的上表面开设有底柱滑槽，所述底柱滑槽的内壁开设有边齿卡槽，所述边齿卡槽的内壁卡接有移动限位块。
采用上述技术方案，该方案中的所述卡座的设置是为了放置所述待测工件的，所述卡座的上表面卡接有所述待测工件，所述待测工件就是所述主体设备需要测试的目标。
本发明技术方案的进一步改进在于：所述承接底座的上表面一侧活动连接有上位螺栓，承接底座的下表面设置有接地底座，所述主体设备的内部设置有千分表，所述接地底座的上表面一侧中部开设有上位栓孔，所述接地底座的上表面一端开设有下位栓孔，所述下位栓孔的内壁螺纹连接有下位螺栓。
采用上述技术方案，该方案中的所述下位螺栓的设置是为了所述接地底座与地面的稳定连接。
本发明技术方案的进一步改进在于：所述主体设备的内部设置有控制箱体，所述控制箱体的上表面设置有控制台，所述旋压装置的内部设置有握把。
采用上述技术方案，该方案中的所述控制台的设置是控制所述液压器的启动。
本发明技术方案的进一步改进在于：所述千分表的内部设置有表身，所述表身的上表面设置有表盘，所述表身的一端设置有测头，所述表身的另一端固定连接有尾杆，所述尾杆的外表面设置有连接架。
采用上述技术方案，该方案中的所述千分表是通过齿轮或杠杆将一般的直线位移（直线运动）转换成指针的旋转运动，然后在刻度盘上进行读数的长度测量仪器，根据显示数据来进行计算测量。
由于采用了上述技术方案，本发明相对现有技术来说，取得的技术进步是：
1、本发明提供一种便于直接野外工作的岩石断裂韧度专用试验装置，具备旋压装置、卡孔和承接轴，解决现有的测试设备结构过于依赖电气液压元件，对于野外施工来说，电力短缺的情况下，无法工作的问题，使用时，直接将旋压装置上的加载轴与转动限位孔进行对接即可，然后旋转把手进行施压，旋压装置的设置使得设备摆脱电气设备，携带更加方便。
2、本发明提供一种便于直接野外工作的岩石断裂韧度专用试验装置，为了解决接地底座没有存在合适的拆解和固定装置，不能适应野外取样测试的不同环境需求的问题，从而设置了承接底座和接地底座，承接底座和接地底座都可以直接接触地面，根据需求接地，利用钉锥组头更好的钉入地面，同时也可以保证主体设备测试的稳定性。
3、设置了接地底座、上位栓孔和下位栓孔以及液压辅助杆的组件，液压辅助杆的内部通过螺纹与螺纹支撑杆进行连接同时上端还具备液压副杆与液压器相连接，液压套杆与承接轴是进行套接的，这使得各结构拆解更加方便，连接的时候更加稳固，解决了结构之间不易拆解和组装的问题，而通过承接底座上的底柱移动，改变主体结构，从而根据ISRM的建议测试方法，来改变结构规格。
附图说明
图1为本发明的主体设备结构示意图；
图2为本发明的旋压装置工作结构示意图；
图3为本发明的旋压装置结构细节示意图；
图4为本发明的千分表结构示意图；
图5为本发明的承接底座拆解结构示意图；
图6为本发明的液压辅助杆结构细节示意图；
图7为本发明的承接底座结构细节示意图；
图8为本发明的液压器与承接底座分离结构示意图。
图中：1、主体设备；2、液压辅助杆；3、液压套杆；4、液压器；5、控制台；6、控制箱体；7、承接底座；8、旋压装置；9、千分表；10、螺纹支撑杆；11、工件压紧元件；12、导柱；13、导柱压紧梁；14、液压底轴；15、加载轴；16、通孔；17、钉锥组头；18、握把；19、夹具；20、螺纹承接轴；21、待测工件；22、卡座；23、上位螺栓；24、下位螺栓；25、下位栓孔；26、上位栓孔；27、液压副杆；28、副杆卡圈；29、接地底座；30、弹力条；31、底柱滑槽；32、边齿卡槽；33、中心柱；34、移动限位块；35、底柱；36、中空盘；51、通孔固定圈；52、转动限位孔；91、尾杆；92、表盘；93、表身；94、测头；95、连接架；96、通孔固定架。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步详细说明：
实施例1
如图1-8所示，本发明提供了一种便于直接野外工作的岩石断裂韧度专用试验装置，包括主体设备1、承接底座7和旋压装置8，主体设备1的内部设置有旋压装置8，旋压装置8的下表面中部固定连接有螺纹承接轴20，螺纹承接轴20的外表面螺纹连接有通孔固定圈51，旋压装置8的内部设置有握把18，通孔固定圈51的外表面固定连接有通孔固定架96，螺纹承接轴20的底部固定连接有夹具19，夹具19的内部活动连接有加载轴15，加载轴15的外壁活动连接有转动限位孔52，加载轴15的外表面一侧设置有千分表9，转动限位孔52的外表面活动连接有通孔16，通孔16的外壁固定连接有工件压紧元件11，通孔固定架96的底部固定连接有导柱压紧梁13，工件压紧元件11的一端内壁固定连接有导柱12，通孔固定架96的外壁固定连接有导柱压紧梁13，通孔固定架96通过设置在导柱压紧梁13下的导柱12与承接底座7固定连接，加载轴15通过待测工件21与承接底座7连接，加载轴15的下方设置有承接底座7，承接底座7可以进行拆解，根据环境可利用下位螺栓24进行接地固定，承接底座7的内部设置有中空盘36，中空盘36的内壁中心处固定连接有中心柱33，承接底座7的底部设置有接地底座29，接地底座29的底部一侧设置有钉锥组头17，钉锥组头17可以与下位螺栓24相结合，钉入地面，主体设备1的内部设置有液压器4，液压器4进行主体设备1的驱动装置，此时液压器4通过液压辅助杆2与螺纹支撑杆10进行连接固定，液压器4的底部中心处设置有液压套杆3，液压套杆3与液压底轴14进行连接，启动控制台5的操控按键，因为液压器4通过液压辅助杆2与承接底座7稳定的连接在一起，由通孔16内部的52进行导向，液压底轴14的最大直径小于通孔固定圈51的内径，液压底轴14在运动时的外壁与通孔固定圈51内壁无接触，利用液压器4驱动上下运动，液压器4的下表面设置有液压辅助杆2，液压辅助杆2的内部活动连接有液压副杆27，液压副杆27的底部固定连接有副杆卡圈28，液压辅助杆2的内壁螺纹连接有螺纹支撑杆10。
在本实施例中，通过选用液压器4进行主体设备1的驱动装置，此时液压器4通过液压辅助杆2与螺纹支撑杆10进行连接，从而让液压器4能够与底座7牢固地连接在一起，形成一个整体，液压套杆3的底部固定连接有液压底轴14，启动控制台5的操控按键，待测工件21放置在卡座22上，通过加载轴15施压进行测试，通过加载轴15施压进行测试，根据待测工件21的形状规格的不同，选用V型切槽三点弯曲圆梁试样、V型切槽短圆棒试样或V型切槽巴西圆盘试样，通过改变两底柱35之间的位置，选择缩小或扩大，改变承接底座7所能放置的待测工件21需要的空间，在电力不足，拆解下液压器4，更换为旋压装置8，通过握把18进行旋转施压，握把18旋转带动螺纹承接轴20在通孔固定圈51内部进行旋转下移，通孔固定架96固定通孔固定圈51，转动限位孔52对加载轴15进行限位和导向，进行测试。
实施例2
如图1-8所示，在实施例1的基础上，本发明提供一种技术方案：中心柱33的外表面固定连接有弹力条30，弹力条30远离中心柱33的一端固定连接有底柱35，弹力条30一端固定在中心柱33上，以此为轴，另一端被底柱35运动所拉扯着，顶端做弧线运动，本体发生弯曲，承接底座7的上表面设置有卡座22，卡座22的上表面卡接有待测工件21，承接底座7的上表面开设有底柱滑槽31，底柱滑槽31的内壁开设有边齿卡槽32，边齿卡槽32的内壁卡接有移动限位块34，承接底座7的上表面一侧活动连接有上位螺栓23，承接底座7的下表面设置有接地底座29，主体设备1的内部设置有千分表9，千分表9是通过齿轮或杠杆将一般的直线位移直线运动转换成指针的旋转运动，然后在刻度盘上进行读数的长度测量仪器，根据显示数据来进行计算测量，接地底座29的上表面一侧中部开设有上位栓孔26，接地底座29的上表面一端开设有下位栓孔25，下位栓孔25的内壁螺纹连接有下位螺栓24，主体设备1的内部设置有控制箱体6，控制箱体6的上表面设置有控制台5，千分表9的内部设置有表身93，表身93的上表面设置有表盘92，表身93的一端设置有测头94，表身93的另一端固定连接有尾杆91，尾杆91的外表面设置有连接架95，连接架95用来控制千分表9的位置和朝向。
在本实施例中，承接底座7可以进行拆解，根据环境可利用下位螺栓24进行接地固定，也可直接用上位螺栓23接地固定，钉锥组头17可以与下位螺栓24或相结合上位螺栓23，钉入地面增加抓地牢固性，保证主体设备1运行时结构的稳定，减少晃动，千分表9是通过齿轮或杠杆将一般的直线位移直线运动转换成指针的旋转运动，然后在刻度盘上进行读数的长度测量仪器，根据显示数据来进行计算测量。
下面具体说一下该便于直接野外工作的岩石断裂韧度专用试验装置的工作原理。
如图1-8所示，在使用时，首先可以通过选用液压器4进行主体设备1的驱动装置，此时液压器4通过液压辅助杆2与螺纹支撑杆10进行连接固定，液压套杆3与液压底轴14进行连接，启动控制台5的操控按键，液压器4通过液压辅助杆2与承接底座7稳定的连接在一起，由通孔16内部的转动限位孔52进行导向，利用液压器4驱动液压套杆3带动液压底轴14上下运动，转动限位孔52对液压套杆3底部连接的液压底轴14进行限位和导向，待测工件21放置在卡座22上，通过加载轴15施压进行测试，根据待测工件21的形状规格的不同，通过改变两底柱35之间的位置，改变承接底座7所能放置的待测工件21需要的空间，在底柱滑槽31内向相移动底柱35，此时底柱35拉扯弹力条30，移动到所需位置之后，将移动限位块34卡入边齿卡槽32的中，阻止底柱35向后的移动。
在电力不足的情况下，需要更换为旋压装置8时，拆卸下两边的液压辅助杆2和螺纹支撑杆10的连接，提起液压器4，液压套杆3带动液压底轴14从转动限位孔52抽离，然后将旋压装置8底部的加载轴15放入转动限位孔52的内部，螺纹承接轴20在通孔固定圈51的上方，通过握把18进行旋转施压，握把18旋转带动螺纹承接轴20在通孔固定圈51内部进行旋转下移，通孔固定架96固定通孔固定圈51，转动限位孔52对加载轴15进行限位和导向，进行测试，承接底座7可以进行拆解，根据环境可利用下位螺栓24进行接地固定，也可直接用上位螺栓23接地固定，保证主体设备1运行时的稳定性，钉锥组头17可以与下位螺栓24相结合，钉入地面。
上文一般性的对本发明做了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之做一些修改或改进，这对于技术领域的一般技术人员是显而易见的。因此，在不脱离本发明思想精神的修改或改进，均在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种便于直接野外工作的岩石断裂韧度专用试验装置，包括主体设备（1）、承接底座（7）和旋压装置（8），其特征在于：所述主体设备（1）的内部设置有旋压装置（8），所述旋压装置（8）的下表面中部固定连接有螺纹承接轴（20），所述螺纹承接轴（20）的外表面螺纹连接有通孔固定圈（51），所述通孔固定圈（51）的外表面固定连接有通孔固定架（96），所述螺纹承接轴（20）的底部固定连接有夹具（19），所述夹具（19）的内部活动连接有加载轴（15），所述加载轴（15）的外壁活动连接有转动限位孔（52），所述加载轴（15）的外表面一侧设置有千分表（9），所述加载轴（15）的外壁活动连接有转动限位孔（52）；
所述加载轴（15）的下方设置有承接底座（7），所述通孔固定架（96）的外壁固定连接有导柱压紧梁（13），所述通孔固定架（96）通过设置在所述导柱压紧梁（13）下方的所述导柱（12）与所述承接底座（7）固定连接，所述承接底座（7）的内部设置有中空盘（36），所述中空盘（36）的内壁中心处固定连接有中心柱（33）。
2.根据权利要求1所述的一种便于直接野外工作的岩石断裂韧度专用试验装置，其特征在于：所述承接底座（7）的上表面设置有卡座（22），所述卡座（22）的上表面卡接有待测工件（21），所述承接底座（7）的底部设置有接地底座（29），所述接地底座（29）的底部一侧设置有钉锥组头（17），所述转动限位孔（52）的外表面活动连接有通孔（16），所述通孔（16）的外壁固定连接有工件压紧元件（11），所述工件压紧元件（11）的一端内壁固定连接有导柱（12）。
3.根据权利要求1所述的一种便于直接野外工作的岩石断裂韧度专用试验装置，其特征在于：所述主体设备（1）的内部设置有液压器（4），所述液压器（4）的底部中心处设置有液压套杆（3），所述液压器（4）的下表面设置有液压辅助杆（2），所述液压辅助杆（2）的内部活动连接有液压副杆（27），所述液压副杆（27）的底部固定连接有副杆卡圈（28），所述液压辅助杆（2）的内壁螺纹连接有螺纹支撑杆（10），所述液压器（4）通过所述液压辅助杆（2）与所述螺纹支撑杆（10）固定连接。
4.根据权利要求3所述的一种便于直接野外工作的岩石断裂韧度专用试验装置，其特征在于：所述液压套杆（3）的底部固定连接有液压底轴（14），所述中心柱（33）的外表面固定连接有弹力条（30），所述弹力条（30）远离所述中心柱（33）的一端固定连接有底柱（35）。
5.根据权利要求1所述的一种便于直接野外工作的岩石断裂韧度专用试验装置，其特征在于：所述承接底座（7）的上表面开设有底柱滑槽（31），所述底柱滑槽（31）的内壁开设有边齿卡槽（32），所述边齿卡槽（32）的内壁卡接有移动限位块（34）。
6.根据权利要求1所述的一种便于直接野外工作的岩石断裂韧度专用试验装置，其特征在于：所述承接底座（7）的上表面一侧活动连接有上位螺栓（23），承接底座（7）的下表面设置有接地底座（29），所述主体设备（1）的内部设置有千分表（9），所述接地底座（29）的上表面一侧中部开设有上位栓孔（26），所述接地底座（29）的上表面一端开设有下位栓孔（25），所述下位栓孔（25）的内壁螺纹连接有下位螺栓（24）。
7.根据权利要求1所述的一种便于直接野外工作的岩石断裂韧度专用试验装置，其特征在于：所述主体设备（1）的内部设置有控制箱体（6），所述控制箱体（6）的上表面设置有控制台（5），所述旋压装置（8）的内部设置有握把（18）。
8.根据权利要求6所述的一种便于直接野外工作的岩石断裂韧度专用试验装置，其特征在于：所述千分表（9）的内部设置有表身（93），所述表身（93）的上表面设置有表盘（92），所述表身（93）的一端设置有测头（94），所述表身（93）的另一端固定连接有尾杆（91），所述尾杆（91）的外表面设置有连接架（95）。
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