CN113916700A - 一种用于岩体结构面循环剪切的低法向摩阻拼装式剪切盒 - Google Patents

一种用于岩体结构面循环剪切的低法向摩阻拼装式剪切盒 Download PDF

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Abstract

本发明属于岩土工程技术领域，公开了一种用于岩体结构面循环剪切的低法向摩阻拼装式剪切盒。在施加循环拉压剪切荷载时，与剪切加载端连接的阶梯螺柱传递下半部的拉压荷载，与剪切仪固定端连接固定端拉轴传递上半部分的拉压荷载。在试样因剪涨或剪缩产生法向位移时，试样带动滑块沿着凹槽导轨自由上下移动，滑块和导轨之间的滚珠减小了试样在法向方向上的摩擦和实验误差。本发明的低法向摩阻拼装式剪切盒，可以满足剪切实验中循环压缩和拉伸应力的施加，同时降低法向摩擦，提高实验精度，设备结构简单，易于拆解，方便安装，具有较好的适应性，对于存在一定尺寸误差的试样通过调整紧固块的位置均可以保证剪切盒同试样的密切贴合。

Description

一种用于岩体结构面循环剪切的低法向摩阻拼装式剪切盒
技术领域
本发明涉及一种拼装式剪切盒，具体涉及一种用于岩体结构面循环剪切的低法向摩阻拼装式剪切盒，属于岩土工程技术领域。
背景技术
地下工程岩体中一般存在着节理、裂隙、薄弱层等软弱结构面，这些结构面控制着岩体的强度和稳定性，对工程安全至关重要。在地震荷载、水库周期性蓄排水或煤层工作面回采等条件下，岩体会沿着结构面受到循环剪切荷载影响，更进一步弱化岩体力学强度。因此，实验室尺度对岩体结构面进行循环剪切探究其破坏力学机理以及破坏特征对于工程安全分析指导具有重要意义。目前大部分剪切盒主要是能够承受压荷载而难以承受拉荷载，部分能承受拉荷载的剪切盒主要依赖于法向方向位置的固定，从而导致了法向位移监测不可避免的出现误差。基于上述问题，提出了本发明，本发明通过设置拉轴以及凹槽导轨、滚珠、滑块等结构，在可以满足承受循环拉压荷载的同时，尽可能的减小了摩擦，可以满足竖直方向上的自由位移。设备结构简单，易于拆解更换，有助于提高试验机的适用范围，提高试验精度。
发明内容
本发明的目的在于解决在室内剪切实验过程中难以施加循环拉压荷载和试样法向方向位移被限制难以自由变形的技术问题，提供了一种用于岩体结构面循环剪切的低法向摩阻拼装式剪切盒，以满足剪切室内力学试验要求。
本发明的技术方案是：
一种用于岩体结构面循环剪切的低法向摩阻拼装式剪切盒，主要由拉轴1、锁紧套2、高强紧固螺钉3、限位螺钉4、凹槽导轨5、滑块6、翼型板7、高强连接螺钉8、连接板9、上部折板10、螺栓11、紧固件12、下部折板13、螺母14、阶梯螺柱15、凹槽16、滚珠17、连接螺钉18、和滑槽19组成；
拉轴1的截面为T型，其竖直段为圆柱，圆柱端部为外螺纹，剪切盒通过拉轴1与剪切仪器固定端连接；锁紧套2套装在拉轴1的圆柱上，在将剪切盒旋转调整至水平后，通过旋转锁紧套2锁紧剪切盒和剪切仪，保证在实验中其紧密贴合和承受水平的拉伸载荷不产生位移；拉轴1的水平段为方形连接板，凹槽导轨5通过高强紧固螺钉3固定在拉轴1的方形连接板上；拉轴1的方形连接板上下端设置限位螺钉4，用于防止滑块6错位；凹槽导轨5左右两端均设置凹槽16，凹槽16宽度同安装在滑块6内部左右内壁面的滚珠17匹配；滑块6为凹槽结构，其两侧边设有翼型板7，翼型板7上开有通孔；滑块6的凹槽内壁面上均安装滚珠17；翼型板7通过高强连接螺钉8与上部折板10前端的连接板9相连；上部折板10为L型板，其短边与连接板9相连，其长边外表面设置滑槽19；紧固件12通过连接螺钉18和上部折板10相连，横向方向上通过螺栓11和螺母14与上部折板10相连；下部折板13同样为L型板，其长边外表面设置滑槽19，紧固件12通过连接螺钉18和下部折板13相连，横向方向上通过螺栓11和螺母14与下部折板13相连；下部折板13右端含有螺孔，螺孔与阶梯螺柱15一端匹配连接，阶梯螺柱15另一端螺纹和剪切仪加载端匹配连接，下部折板13通过阶梯螺柱15与剪切仪器加载端固定相连。
所述拉轴1的方形连接板的中部预留了连接孔，上下端预留了限位孔。
所述锁紧套2上螺纹与拉轴1上螺纹配套，锁紧套2外表面沿圆周均匀开四个孔。
所述的折板上开有三条滑槽19，滑槽19底部宽度大于螺钉18下部螺柱直径小于螺钉上螺母直径。
所述紧固件12上部设置三个螺孔，中部加厚，两侧设置螺栓孔，螺栓11安放后与中部加厚部分平齐。
所述阶梯螺柱15上螺纹和剪切仪加载端螺纹相匹配，阶梯螺柱上沿圆周布孔。
本发明的有益效果为：
1、本发明为一种用于岩体结构面循环剪切的低法向摩阻拼装式剪切盒，可以满足剪切实验中循环压缩和拉伸应力的施加，同时降低法向摩擦，提高实验精度，设备结构简单，易于拆解，方便安装，具有较好的适应性，对于存在一定尺寸误差的试样通过调整紧固块的位置均可以保证剪切盒同试样的密切贴合。
2、本发明拉轴上具有和剪切仪匹配的螺纹，安装方便。本发明设置在拉轴上设置了锁紧套，锁紧套上螺纹与拉轴匹配，锁紧套上沿圆周均匀布置四个安装孔，方便锁紧套的安装紧固。锁紧套可以加强剪切盒和剪切仪器的连接，保证剪切过程的稳定。
3、本发明拉轴上含有连接板，连接板上下端预留了限位孔，通过在拉轴连接板上安装限位螺钉可以防止在安装过程中滑块和导轨的分离。
4、本发明滑块内部左右两侧以及前端均嵌入滚珠，滑块和导轨通过滚珠连接，极大的降低了法向变形阻力以及摩擦，可以满足剪切过程中剪涨和剪缩导致的法向位移的自由变化，提高了试验精度，减小了误差。
5、本发明上下折板内均设置了滑槽，滑槽底部宽度大于螺钉下部螺柱直径小于螺钉上螺母直径，螺钉可以在滑槽内法向方向自由偏移，对应的紧固块也有一定的冗余量，满足一定范围内不同规格的试样的剪切实验，待试样放入剪切盒后，通过在滑槽内左右滑动调整紧固块可以保证紧固块和剪切试样的密切贴合。同时，由于滑槽底部宽度小于螺钉上螺母直径，在拧紧螺钉后滑槽底部可提供较大的摩擦阻力，防止紧固块滑动。
6、本发明紧固块中部厚度高于两侧，待螺栓安入后螺栓高度同紧固块中部高度齐平，结构整齐美观。
7、本发明采用螺栓、螺母和螺钉对试样进行固定，剪切面暴露在外，可以直接在实验中对剪切面进行观测。
8、本发明采用的螺栓和螺钉均为高强螺栓和螺钉，具有较高的抗压和抗拉能力，满足实验中对强度的需求。
附图说明
图1是本发明拉轴立体图。
图2是本发明锁紧套立体图。
图3是本发明凹槽导轨立体图。
图4是本发明滑块立体图。
图5是本发明折板立体图。
图6是本发明紧固件立体图。
图7是本发明主视图。
图8是本发明俯视图。
图9是本发明侧视图。
图中：1拉轴；2锁紧套；3高强紧固螺钉；4限位螺钉；5凹槽导轨；6滑块；7翼型板；8高强连接螺钉；9连接板；10折板；11螺栓；12紧固件；13—下部折板；14螺母；15阶梯螺柱；16凹槽；17滚珠；18连接螺钉；19滑槽。
具体实施方式
下面通过附图和实施例对本发明作进一步详细说明，但本发明的保护范围不局限于所述内容。
实施例：
如图1-9所示，一种用于岩体结构面循环剪切的低法向摩阻拼装式剪切盒，主要由拉轴1、锁紧套2、高强紧固螺钉3、限位螺钉4、凹槽导轨5、滑块6、翼型板7、高强连接螺钉8、连接板9、上部折板10、螺栓11、紧固件12、下部折板13、螺母14、阶梯螺柱15、凹槽16、滚珠17、连接螺钉18、和滑槽19组成；
拉轴1的截面为T型，其竖直段为圆柱，圆柱端部为外螺纹，剪切盒通过拉轴1与剪切仪器固定端连接；锁紧套2套装在拉轴1的圆柱上，在将剪切盒旋转调整至水平后，通过旋转锁紧套2锁紧剪切盒和剪切仪，保证在实验中其紧密贴合和承受水平的拉伸载荷不产生位移；拉轴1的水平段为方形连接板，凹槽导轨5通过高强紧固螺钉3固定在拉轴1的方形连接板上；拉轴1的方形连接板上下端设置限位螺钉4，用于防止滑块6错位；凹槽导轨5左右两端均设置凹槽16，凹槽16宽度同安装在滑块6内部左右内壁面的滚珠17匹配；滑块6为凹槽结构，其两侧边设有翼型板7，翼型板7上开有通孔；滑块6的凹槽内壁面上均安装滚珠17；翼型板7通过高强连接螺钉8与上部折板10前端的连接板9相连；上部折板10为L型板，其短边与连接板9相连，其长边外表面设置滑槽19；紧固件12通过连接螺钉18和上部折板10相连，横向方向上通过螺栓11和螺母14与上部折板10相连；下部折板13同样为L型板，其长边外表面设置滑槽19，紧固件12通过连接螺钉18和下部折板13相连，横向方向上通过螺栓11和螺母14与下部折板13相连；下部折板13右端含有螺孔，螺孔与阶梯螺柱15一端匹配连接，阶梯螺柱15另一端螺纹和剪切仪加载端匹配连接，下部折板13通过阶梯螺柱15与剪切仪器加载端固定相连。待剪切盒固定完毕后放入试样，通过剪切盒上下折板上的滑槽19调整紧固件12位置，保证紧固件12和试样的密切贴合。之后通过拧紧连接螺钉18以及螺栓11和螺母14将试样完全固定。在施加循环拉压剪切荷载时，与剪切加载端连接的阶梯螺柱15传递下半部的拉压荷载，与剪切仪固定端连接固定端拉轴1传递上半部分的拉压荷载。在试样因剪涨或者剪缩产生法向位移时，试样带动滑块6沿着凹槽导轨5自由上下移动。
使用步骤如下：
将剪切盒各个部件之间通过螺栓或者螺钉连接，将剪切盒上半部分通过拉轴与剪切仪固定端连接，旋转调整至水平后拧紧剪切盒与剪切仪之间锁紧套。剪切盒下半部分通过阶梯螺柱和剪切仪加载端固定。待剪切盒固定完毕后放入试样，通过剪切盒上下折板上的滑动槽调整紧固件位置，保证紧固件和试样的密切贴合。之后通过拧紧螺钉以及螺母将试样完全固定。在加载过程中，剪切设备施加的循环剪切荷载可以通过拉轴和阶梯螺柱进行传递，而在节理面上发生的剪缩以及剪涨导致的法向位移变化会带动滑块沿导轨上下自由移动。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种用于岩体结构面循环剪切的低法向摩阻拼装式剪切盒，其特征在于，该低法向摩阻拼装式剪切盒主要由拉轴(1)、锁紧套(2)、高强紧固螺钉(3)、限位螺钉(4)、凹槽导轨(5)、滑块(6)、翼型板(7)、高强连接螺钉(8)、连接板(9)、上部折板(10)、螺栓(11)、紧固件(12)、下部折板(13)、螺母(14)、阶梯螺柱(15)、凹槽(16)、滚珠(17)、连接螺钉(18)、和滑槽(19)组成；
拉轴(1)的截面为T型，其竖直段为圆柱，圆柱端部为外螺纹，剪切盒通过拉轴(1)与剪切仪器固定端连接；锁紧套(2)套装在拉轴(1)的圆柱上，在将剪切盒旋转调整至水平后，通过旋转锁紧套(2)锁紧剪切盒和剪切仪，保证在实验中其紧密贴合和承受水平的拉伸载荷不产生位移；拉轴(1)的水平段为方形连接板，凹槽导轨(5)通过高强紧固螺钉(3)固定在拉轴(1)的方形连接板上；拉轴(1)的方形连接板上下端设置限位螺钉(4)，用于防止滑块(6)错位；凹槽导轨(5)左右两端均设置凹槽(16)，凹槽(16)宽度同安装在滑块(6)内部左右内壁面的滚珠(17)匹配；滑块(6)为凹槽结构，其两侧边设有翼型板(7)，翼型板(7)上开有通孔；滑块(6)的凹槽内壁面上均安装滚珠(17)；翼型板(7)通过高强连接螺钉(8)与上部折板(10)前端的连接板(9)相连；上部折板(10)为L型板，其短边与连接板(9)相连，其长边外表面设置滑槽(19)；紧固件(12)通过连接螺钉(18)和上部折板(10)相连，横向方向上通过螺栓(11)和螺母(14)与上部折板(10)相连；下部折板(13)同样为L型板，其长边外表面设置滑槽(19)，紧固件(12)通过连接螺钉(18)和下部折板(13)相连，横向方向上通过螺栓(11)和螺母(14)与下部折板(13)相连；下部折板(13)右端含有螺孔，螺孔与阶梯螺柱(15)一端匹配连接，阶梯螺柱(15)另一端螺纹和剪切仪加载端匹配连接，下部折板(13)通过阶梯螺柱(15)与剪切仪器加载端固定相连。
2.根据权利要求1所述的低法向摩阻拼装式剪切盒，其特征在于，所述锁紧套(2)上螺纹与拉轴(1)上螺纹配套，锁紧套(2)外表面沿圆周均匀开四个孔。
3.根据权利要求1或2所述的低法向摩阻拼装式剪切盒，其特征在于，所述的折板上开有三条滑槽(19)，滑槽(19)底部宽度大于螺钉(18)下部螺柱直径小于螺钉上螺母直径。
4.根据权利要求1或2所述的低法向摩阻拼装式剪切盒，其特征在于，所述紧固件(12)上部设置三个螺孔，中部加厚，两侧设置螺栓孔，螺栓(11)安放后与中部加厚部分平齐。
5.根据权利要求3所述的低法向摩阻拼装式剪切盒，其特征在于，所述紧固件(12)上部设置三个螺孔，中部加厚，两侧设置螺栓孔，螺栓(11)安放后与中部加厚部分平齐。
6.根据权利要求1、2或5所述的低法向摩阻拼装式剪切盒，其特征在于，所述阶梯螺柱(15)上螺纹和剪切仪加载端螺纹相匹配，阶梯螺柱上沿圆周布孔。
7.根据权利要求3所述的低法向摩阻拼装式剪切盒，其特征在于，所述阶梯螺柱(15)上螺纹和剪切仪加载端螺纹相匹配，阶梯螺柱上沿圆周布孔。
8.根据权利要求4所述的低法向摩阻拼装式剪切盒，其特征在于，所述阶梯螺柱(15)上螺纹和剪切仪加载端螺纹相匹配，阶梯螺柱上沿圆周布孔。
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