CN116793861A - 一种非规则岩体剪切试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种非规则岩体剪切试验装置，属于岩土工程剪切试验技术领域，该试验装置包括开口相对设置的上剪切盒与下剪切盒，上剪切盒与下剪切盒内分别设置具有流动性的传力件，上剪切盒顶部设置有法向加压结构，下剪切盒下方设置支撑结构，用于支撑下剪切盒，上剪切盒一侧设置有水平加压结构，下剪切盒一侧设置有支撑测力结构，水平加压结构与支撑测力结构在水平方向上相对设置，水平加压结构与支撑测力结构用于给待测试样施加水平方向的剪切力，水平加压结构与支撑测力结构可分别绕上剪切盒与下剪切盒周向转动以对待测试样进行多方向施力；主要用于方便开展对非规则岩体的待测试样进行剪切破坏试验。

Description

一种非规则岩体剪切试验装置

技术领域

本发明属于岩土工程剪切试验技术领域，具体涉及一种非规则岩体剪切试验装置。

背景技术

近年来，随着我国社会的快速发展，基础工程建设进行大规模的创新发展，尤其是岩土工程的研究为水利、矿山、公路和铁路等重点民生工程建设工程奠定了重要基础，岩石抗剪强度力学性能检测是其中一个关键指标，准确地获取岩石抗剪强度参数对进行地质工程灾害预测具有重要的现实意义。

目前大多数剪切试验对象主要针对规则试件，然而随着地下工程的进一步发展，岩体受力情况较为复杂、破坏模式多变的情况不断涌现，面对各类非规则形状的岩体剪切破坏，仍缺少能够开展对非规则岩体多方向剪切破坏的测试装置。

因此，亟需一种模型试验装置检测非规则岩体在任意角度剪切下的多方位力学特性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种非规则岩体剪切试验装置，以解决现有技术中不方便开展对非规则岩体的待测试样进行剪切破坏试验的技术问题。

为了实现上述目的，本发明的非规则岩体剪切试验装置提供如下技术方案：

一种非规则岩体剪切试验装置，包括开口相对设置的上剪切盒与下剪切盒，用于共同盛装待测试样，所述上剪切盒与下剪切盒内分别设置具有有流动性的传力件，用于充分包裹并固定待测试样，所述上剪切盒顶部设置有法向加压结构，所述下剪切盒下方设置支撑结构，用于支撑下剪切盒，所述上剪切盒一侧设置有水平加压结构，所述下剪切盒一侧设置有支撑测力结构，所述水平加压结构与支撑测力结构在水平方向上相对设置，水平加压结构与支撑测力结构用于给待测试样施加水平方向的剪切力，所述水平加压结构与支撑测力结构可分别绕上剪切盒与下剪切盒周向转动以对待测试样进行多方向施力。

作为进一步优化的技术方案：所述支撑结构顶部向上延伸有环形支撑件，所述环形支撑件内侧沿径向方向上设置有两个固定结构，两个所述固定结构分别沿环形支撑件周向设置，所述水平加压结构与支撑测力结构分别通过固定结构与环形支撑件连接，并可沿环形支撑件周向滑动。

作为进一步优化的技术方案：所述固定结构包括转动部件，所述水平加压结构与支撑测力结构分别与转动部件固定连接。

作为进一步优化的技术方案：所述转动部件为轴承，所述轴承的外圈与环形支撑件固定连接，所述水平加压结构与支撑测力结构分别与轴承的内圈固定连接。

作为进一步优化的技术方案：所述传力件包括软性的封闭外皮层及封闭外皮层内的传力介质，所述传力介质充入封闭外皮层后可使封闭外皮层充分包裹并固定待测试样。

作为进一步优化的技术方案：所述传力介质为气体和/或液体。

作为进一步优化的技术方案：所述上剪切盒与所述下剪切盒外部形状为圆柱形。

作为进一步优化的技术方案：所述上剪切盒与所述下剪切盒外部均设置有均压件，所述水平加压结构与上剪切盒外部的均压件固定连接，所述支撑测力结构均与下剪切盒外部的均压件固定连接。

作为进一步优化的技术方案：两个所述固定结构之间设置有角度显示部件，用于显示水平加压结构与支撑测力结构沿环形支撑件的转动角度。

作为进一步优化的技术方案：所述上剪切盒顶部设置有承压板，所述承压板与上剪切盒滑动连接，所述法向加压结构通过压紧承压板以压紧上剪切盒。

有益效果：通过在剪切盒内设置具有不定型形状的传力件，以方便充分包裹并固定待测试样，从而方便对不规则岩体的待测试样进行检测；通过设置水平加压结构与支撑测力结构，并通过将水平加压结构与支撑测力结构绕上剪切盒与下剪切盒周向转动以对待测试样进行多方向施压，从而方便检测非规则岩体在任意角度剪切下的多方位力学特性。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。其中：

图1为本发明一个实施例的种非规则岩体剪切试验装置整体示意图。

图中：1、上剪切盒；101、环形槽；2、下剪切盒；3、待测试样；4、传力件；5、法向加压结构；6、支撑结构；7、水平加压结构；8、支撑测力结构；801、压力传感器；802、顶杆；9、环形支撑件；10、转动部件；11、封闭外皮层；12、均压件；13、角度显示部件；14、承压板；15、固定支架。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，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所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明而不是要求本发明必须以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。本发明中使用的术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间部件间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

本发明一种非规则岩体剪切试验装置的实施例1：

一种非规则岩体剪切试验装置，通过在剪切盒内设置有流动性的传力件，用于充分包裹并固定待测试样，通过水平加压结构与支撑测力结构用于使得试样经受水平方向的剪切力，水平加压结构与支撑测力结构可分别绕上剪切盒与下剪切盒周向转动以对待测试样进行多方向施压，从而方便检测非规则岩体在任意角度剪切下的多方位力学特性。

具体地，如图1所示，非规则岩体剪切试验装置包括上剪切盒1与下剪切盒2，上剪切盒1与下剪切盒2均为一端开口、一端封闭的筒状结构，外部呈圆柱形形状，内部开设有方形的容置腔室，上剪切盒1与下剪切盒2的开口相对设置，用于共同盛装待测试样3，这样待测试样3两端需要分别伸入上剪切盒1与下剪切盒2以固定在上剪切盒1与下剪切盒2之间。为了适应不同体积的待测试样3，上剪切盒1与下剪切盒2可以根据体积设置多种规格。

在上剪切盒1与下剪切盒2内分别设置具有流动性的传力件4，用于充分包裹并固定待测试样3，此处需要说明的是，传力件4的流动性是指传力件4的形状具有不定型的特性、可以任意变换形状，从而可以在上剪切盒1与下剪切盒2内充分贴合并包裹待测试样3。在本实施例中，传力件4包括软性的封闭外皮层11及封闭外皮层11内的传力介质，传力介质为气体，气体充入封闭外皮层11后可使封闭外皮层11充分包裹并固定待测试样3。在此处需要说明的是，封闭外皮层11是软性的，从而才能在充入传力介质后跟随传力介质的流动进行形状调整，以充分包裹待测试样3。在本实施例中，封闭外皮层11为气囊，气囊在包裹非规则试样3时，气囊内的气体通过在气囊内各部分流动以充分接触、包裹并固定待测试样3。需要说明的是，气囊材质选用没有弹性的气密性面料，这样气囊内充入一定压力的气体后自身硬度可以达到充当传力件的所需要的硬度。

上剪切盒1顶部设置有法向加压结构5，下剪切盒2下方设置支撑结构6，用于支撑下剪切盒2，法向加压结构5与支撑结构6共同对上剪切盒1与下剪切盒2进行法相施压，在本实施例中，法向加压结构5为竖直设置的液压油缸。上剪切盒1一侧设置有水平加压结构7，下剪切盒2一侧设置有支撑测力结构8，水平加压结构7与支撑测力结构8在水平方向上相对设置，水平加压结构7与支撑测力结构8用于给待测试样3施加水平方向的剪切力，以测试待测试样3的抗剪性能，其中，水平加压结构7与支撑测力结构8可绕上剪切盒1与下剪切盒2周向转动以对待测试样3进行多方向施力。在本实施例中，水平加压结构7为水平设置的液压油缸，支撑测力结构8由压力传感器801与顶杆802组成，顶杆802支撑压力传感器801压紧下剪切盒2。在进行测试试验时，由于待测试样3被不定型形状的传力件4充分包裹，传力件4可以把推力均匀的传递给待测试样3，从而可以使得待测试样3两端受水平推力时被包裹的位置各个部分受力均衡，避免在遭受水平推力时部分位置因受力不均衡先于剪切位置断裂，影响待测试样3剪切性能测试的准确性。

支撑结构6顶部向上延伸有环形支撑件9，环形支撑件9与支撑结构6固定连接，支撑结构6为板型件，下剪切盒2在法向加压结构5的作用下压紧在支撑结构上。环形支撑件9顶部设置有固定支架16，法向加压结构5设置在法向加压结构上，具体地，固定支架16呈“冂”字形，法向加压结构5设置在固定支架16顶部，以方便对上剪切盒1进行施压。

环形支撑件9内侧沿径向方向上设置有两个固定结构，水平加压结构7与支撑测力结构8分别与转动部件10连接，在本实施例中，固定结构为由轴承形成的转动部件10，轴承的外圈与环形支撑件9固定连接，水平加压结构7与支撑测力结构8分别与轴承的内圈固定连接，这样，水平加压结构7与支撑测力结构8可对上剪切盒1与下剪切盒2内的待测试样3进行水平施压，同时还可沿环形支撑件9周向滑动一定角度后继续对待测试样3进行水平施压。

为了使得上剪切盒1与下剪切盒2内的测试样3在水平方向上受力均匀，上剪切盒1与下剪切盒2外部均设置有均压件12，均压件12为两端开口的筒型结构，均压件12内径与上剪切盒1与下剪切盒2的外径相适配，水平设置的液压油缸与上剪切盒1外部的均压件12固定连接，支撑测力结构8的压力传感器801与下剪切盒2外部的均压件12固定连接。

为了方便显示水平加压结构7与支撑测力结构8沿环形支撑件9的转动角度，从而方便从多个方向的对待测试样3进行测试，在两个固定结构之间设置有角度显示部件13。角度显示部件13可以是刻有角度指示线刻度的贴纸，角度指示线刻度为0~360度，比如水平加压结构7从0度位置转动到30度位置，这样可以方便显示水平加压结构7的转动角度，进而方便将水平加压结构7与支撑测力结构8相对设置，并且还方便在试验过程中对测试数据的记录。

在本实施例中，上剪切盒1的盒体顶部内侧壁上开设有环形槽，滑槽内滑动设置有承压板14，承压板14与上剪切盒1滑动连接，法向加压结构5通过压紧承压板14以压紧上剪切盒1。这样气囊充气时，承压板14可被顶起，到达一定位置后通过环形槽的顶壁可卡住承压板14，法向加压结构5作用在承压板14上，使得承压板14可竖直向下移动，进而对待测试样3施加法向压力，这样有利于保证充分压紧气囊内的传力介质，保证气囊的传力性。

本发明的非规则岩体剪切试验装置的使用方法如下：

步骤1：初步评定非规则待测试样3的形状和尺寸，选定可收纳待测试样3的对应规格的上剪切盒1与下剪切盒2。

步骤2：在上剪切盒1与下剪切盒2内部分别安装未充传力介质的气囊，再将待测试样放置在上剪切盒1与下剪切盒2内部并使其被气囊完全包裹，向气囊内充入传力介质，使得气囊完全紧贴待测试样3。

步骤3：把水平设置的液压油缸一端通过螺栓安装在上侧的轴承上，在下侧的轴承上过螺栓固定连接顶杆802的一端，顶杆802另一端安装压力传感器801。并将两个均压件12分别套在上剪切盒1与下剪切盒2上。

步骤4：通过角度显示部件13确定水平加压结构7的初始位置，并通过轴承把水平加压结构7旋转到0度位置，再转动支撑测力结构8使得顶杆802位于180度的位置。

步骤5：先使用液压控制系统控制法向加压结构5对待测试样3施加压力，再使得水平加压结构7对上剪切盒1施加水平推力，时时记录压力传感器801的观测值。

步骤6：卸去法向加压结构5的压力，水平设置的液压油缸回到初始位置，将水平设置的液压油缸与支撑测力结构8旋转一定角度后重复步骤5，根据记录的数据，分析非规则待测试样3的剪切力学性能。

在非规则岩体剪切试验装置的其他实施例中，与实施例1不同的是，在本实施例中，固定结构为包括开设在环形支撑件内侧壁上的两个环形槽，水平加压结构与支撑测力结构的一端分别通过在环形槽内滑动以实现对待测试样进行多方向施力。

在非规则岩体剪切试验装置的其他实施例中，与实施例1不同的是，在本实施例中，固定结构为固定孔，固定孔沿环形支撑件径向设置两组，每组固定孔沿环形支撑件周向均匀布置有多个，水平加压结构通过上侧的固定孔与环形支撑件可拆卸连接，支撑测力结构过下侧的固定孔与环形支撑件可拆卸连接。

在非规则岩体剪切试验装置的其他实施例中，与实施例1不同的是，在本实施例中，传力介质为液体。在其他实施例中，传力介质也可以是气液混合物或者凝胶，也可以是非牛顿液体。

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，均在本发明待批权利要求保护范围之内。

Claims (10)

1.一种非规则岩体剪切试验装置，其特征在于，包括开口相对设置的上剪切盒（1）与下剪切盒（2），用于共同盛装待测试样（3），所述上剪切盒（1）与下剪切盒（2）内分别设置具有流动性的传力件（4），用于充分包裹并固定待测试样（3），所述上剪切盒（1）顶部设置有法向加压结构（5），所述下剪切盒（2）下方设置支撑结构（6），用于支撑下剪切盒（2），所述上剪切盒（1）一侧设置有水平加压结构（7），所述下剪切盒（2）一侧设置有支撑测力结构（8），所述水平加压结构（7）与支撑测力结构（8）在水平方向上相对设置，水平加压结构（7）与支撑测力结构（8）用于给待测试样（3）施加水平方向的剪切力，所述水平加压结构（7）与支撑测力结构（8）可分别绕上剪切盒（1）与下剪切盒（2）周向转动以对待测试样（3）进行多方向施力。

2.根据权利要求1所述的非规则岩体剪切试验装置，其特征在于，所述支撑结构（6）顶部向上延伸有环形支撑件（9），所述环形支撑件（9）内侧沿径向方向上设置有两个固定结构，两个所述固定结构分别沿环形支撑件（9）周向设置，所述水平加压结构（7）与支撑测力结构（8）分别通过固定结构与环形支撑件（9）连接，并可沿环形支撑件（9）周向滑动。

3.根据权利要求2所述的非规则岩体剪切试验装置，其特征在于，所述固定结构包括转动部件（10），所述水平加压结构（7）与支撑测力结构（8）分别与转动部件（10）固定连接。

4.根据权利要求3所述的非规则岩体剪切试验装置，其特征在于，所述转动部件（10）为轴承，所述轴承的外圈与环形支撑件（9）固定连接，所述水平加压结构（7）与支撑测力结构（8）分别与轴承的内圈固定连接。

5.根据权利要求1-4任意一项所述的非规则岩体剪切试验装置，其特征在于，所述传力件（4）包括软性的封闭外皮层（11）及封闭外皮层（11）内的传力介质，所述传力介质充入封闭外皮层（11）后可使封闭外皮层（11）充分包裹并固定待测试样（3）。

6.根据权利要求5所述的非规则岩体剪切试验装置，其特征在于，所述传力介质为气体和/或液体。

7.根据权利要求1-4任意一项所述的非规则岩体剪切试验装置，其特征在于，所述上剪切盒（1）与所述下剪切盒（2）外部形状为圆柱形。

8.根据权利要求7所述的非规则岩体剪切试验装置，其特征在于，所述上剪切盒（1）与所述下剪切盒（2）外部均设置有均压件（12），所述水平加压结构（7）与上剪切盒（1）外部的均压件（12）固定连接，所述支撑测力结构（8）均与下剪切盒（2）外部的均压件（12）固定连接。

9.根据权利要求2-4任意一项所述的非规则岩体剪切试验装置，其特征在于，两个所述固定结构之间设置有角度显示部件（13），用于显示水平加压结构（7）与支撑测力结构（8）沿环形支撑件（9）的转动角度。

10.根据权利要求1-4任意一项所述的非规则岩体剪切试验装置，其特征在于，所述上剪切盒（1）顶部设置有承压板（14），所述承压板（14）与上剪切盒（1）滑动连接，所述法向加压结构（5）通过压紧承压板（14）以压紧上剪切盒（1）。