CN1619285A - 携带式岩石力学多功能试验仪 - Google Patents

Abstract

本发明为携带式岩石力学多功能试验仪，其下面板(1)通过立柱(26)与上面板(13)连接，上面板(13)固连有垂直千斤顶(11)，前、后面板(17、3)与拉杆(25)连接，后面板或前面板上固连有水平千斤顶(5)，剪切盒的上面与垂直千斤顶活塞端板(28)相对，侧面与水平千斤顶活塞端板(29)相对，其底面与底板或下面板连接，有定位件(22)，其特征在于剪切盒由上剪切盒(8)和下剪切盒(21)沿水平剪切缝(19)叠合组成，两者的内腔构成一个圆柱形或立方体形内腔(40)，上、下剪切盒叠合面上有滑动装置。

Description

携带式岩石力学多功能试验仪

技术领域：

本发明与岩石力学测试装置有关。

背景技术：

已有的岩石力学测试装置如单轴岩石压力机、岩石剪切仪、土剪切仪，岩石点荷载仪，携带式剪切仪等分别进行以下试验项目：

1、岩石变形试验；

2、岩石抗压强度试验；

3、岩右抗拉强度试验；

4、岩石点荷载强度试验；

5、完整岩石直剪试验(适于国内钻机的中～小直径岩心和横断面50mm×50mm柱体)；

6、岩石结构面与不规则试样直剪试验(携剪试验法，适于不易加工成型的不规则样)；

7、土的直剪试验。

上述力学测试装置大部分较重，体积也较大，大部分不便折卸搬运，如要实现上述七种功能，所需全部设备投资较大，占地较多。

发明的内容：

本发明的目的是提供一种结构简单，成本低廉，便于携带、易拆卸与安装、使用，功能多样的携带式岩石力学多功能试验仪。

本发明是这样实现的：

本发明的携带式岩石力学多功能试验仪，其下面板1通过立柱26与上面板13连接，上面板13固连有垂直千斤顶11，前、后面板17、3与拉杆25连接，后面板或前面板上固连有水平千斤顶5，剪切盒的上面与垂直千斤顶活塞端板28相对，侧面与水平千斤顶活塞端板29相对，其底面与底板或下面板连接，其特征在于剪切盒由上剪切盒8和下剪切盒21沿水平剪切缝19叠合组成，两者的内腔构成一个圆柱形或立方体形内腔40，上、下剪切盒叠合面上有滑动装置。

水平千斤顶活塞端板29水平中心线与剪切缝19平齐，底板或下面板上有定位件22与下剪切盒配合，上、下剪切盒相对两侧各有推板7，18，推板7，18分别与传压块32，33连接，传压块32与水平千斤顶活塞端面相对，传压块33与前面板17相对，剪切盒内腔40底部有除渣板20，剪切盒顶与垂直千斤顶之间有滚珠轴承9，滚珠轴承9由上板46，下板47，中板42构成，中板42有孔43，孔内有滚珠44其顶端支承上板，下端支承于下板，下板有短凸条48与上板和中板上的长槽45配合。

剪切盒的内腔分别与上、下剪切环31、29配合，有传力铁块34与上、下剪切环的内腔配合，所说的滑动装置为上、下剪切盒叠合面上的凹槽41，凹槽41与滚珠24或相对面上的凸条配合。

上、下剪切环为多对，其内腔为配对的不同孔径的圆孔或方孔，上剪切盒8的内腔下端有凸起体23与上剪环31外壁下端的凹槽33配合。

剪切盒的上端与底座35可拆卸连接，底座35和垂直千斤顶活塞端板28上分别可拆卸连接有相对的两锥头36。

剪切盒内腔40内有传力铁块34，岩样37位于内腔40内的传力铁块34与垂直千斤顶活塞端板28之间。

岩样37的上面与千斤顶活塞端板28之间和岩样37与传力铁块34之间有垫条38。

上、下剪切环内有硬土试块或完整岩土试块，试块下部有传力铁块34，试块的中心刚好在剪切缝19的位置，试块顶部与活塞端板28之间有传力铁块34、滚珠轴承9。

剪切盒的内腔40与混凝土块39配合，混凝土块39内包含岩石不规则样品，但样品的拟剪切面周围一圈外露并与剪切缝19平齐，混凝土块39上依次设置传力铁块34、滚珠轴承9。

立柱26和拉杆25的长度为620-680mm，面板和底板的宽度为350-390mm，立柱和拉杆与面板可拆卸连接，面板与底板，推板与传压块可拆卸连接。

本发明不仅能解决5个不同类别试验仪方能完成的试验项目，达到一机多用的目的，而造价仅为这类试验仪总造价的1/2～1/3。

本发明设计合理，结构紧凑，加工精细，可全部拆卸装箱，相对而言其体积小，重量轻，重量出力比小。故便于搬运，现场易于安装和使用简便，试验快捷，维修方便。

本发明能测试所有岩石的大部分力学性指标，可满足一般工程地质勘察与岩土工程的试验要求，故能广泛适用于野外工程地质勘察队，测试队和大专院校、科研单位的现场试验场所。

附图说明：

图1为本发明的结构图。

图2为图1的左视(半剖)图。

图3为图1的俯视图。

图4为本发明的岩石变形和抗压试验结构图。

图5为本发明的岩土抗拉强度试验(劈裂法)结构图。

图6为本发明的岩石点荷载强度试验结构图。

图7为本发明的完整样(岩石与土)直剪试验结构图。

图8为本发明的岩石结构面与不规则样直剪试验结构图。

图9为上、下剪切环结构图之一。

图10为图9的俯视图。

图11为上、下剪切环结构图之二。

图12为图11的俯视图。

图13为上、下剪切环结构图之三。

图14为图13的俯视图。

图15为滚珠轴承结构图。

具体实施方式：

本发明由如下系统构成：

(一)垂向加载系统：

由4根φ50mm立柱26，上面板13、下面板1(各厚40mm)，垂直千斤顶11，(50吨，高180mm，活塞行程60mm)及厚度不等的传压铁块34组成，总高度620mm或640mm或680mm。

(二)水平加载系统：

由两根φ50mm拉杆25，前面板、后面板3(各厚37)，底板2，水平千斤顶5(30吨，长170mm，活塞行程60mm)及传压圆块组成，总长度620mm或640mm或680mm。

(三)剪切系统

分别为以下两套设备：

1、完整岩石与土剪切盒及各种尺寸剪切环，本套设备的特点是下剪切盒固定，上剪切盒产生错动。

1)上剪切盒8、下剪切盒21各高89.5mm，盒内孔直径90mm，盒间有镶嵌在盒两侧槽内的圆柱形滚珠24各一排，滚珠既能保证上、下剪切盒错动方向为线性，又能控制剪切缝19宽为1mm，而水平千斤顶中心着力点水平线设计与剪切缝19齐平。在底板上设计有“II”型定位件22，下剪切盒刚好固定于内，这样便可保证上剪切盒的错动方向与仪器剪切方向一致。剪切盒两端有推板7、18与盒体焊接或用螺钉连接，剪切最大位移20mm。剪切盒顶与垂直千斤顶之间配有滚珠轴承9(厚50mm)。

2)剪切环设计为下剪切环29、上剪切环31，置于剪切盒内孔中，其中上剪切环凹槽33与上剪切盒的凸起体23配合，可使上剪切环在剪切过程中不与下剪切环产生摩擦，仅试样进行剪切，剪切环尺寸依照国内回旋钻机的中～小岩心尺寸而设计，环内直径分别为：φ86mm，φ70mm，φ56mm，φ50mm，它们的环外直径均90mm，为方便非岩心的块石加工，又设计有外圆(φ90mm)内方(50mm×50mm)的剪切环，适于50mm×50mm方柱体试样。

2、岩石结构面与不规则试样切盒及制样模具，本套设备特点是下剪切盒固定，上剪切盒产生错动。

1)，上剪切盒8高66mm，下剪切盒21高86mm，盒内部尺寸为130mm×120mm，盒间有镶嵌在盒两侧槽内的滚珠24各一排，滚珠既能保证上、下盒错动方向为线性，又控制剪切缝高度为8mm，而水平千斤顶中心着力点水平线设计与1/2剪切缝19高度齐平。在底板利用同一“∏”型定位件22，达到剪切方向一致性。剪切盒前后两端设有推板7、8，剪切最大位移20mm。剪切盒顶与垂直千斤顶之间配有滚珠轴承9。

2)制样模具功能在于将不规则试样用混凝土浇铸成规则试件(130mm×120mm)，置于剪切盒内剪切。

(一)点荷载强度测试系统

由两个锥度为60°的锥头36(锥头点处镶嵌φ10mm钢珠)与下锥头底座35组成。若做点荷载试验时，将下锥头底座固定在下剪切盒上，再将两个锥头分别旋入下锥头底座和垂直千斤顶活塞端板中心螺纹孔中。

五、试验操作

1、岩样抗压强度试验(见图4)

在剪切盒孔内叠置传力铁块34，将岩样37放于传力铁块与垂直千斤顶活塞端板之间。操纵垂直千斤顶油泵换向轮，转向加载端，在大小量程压力表选择切换操作中，切换到大量程压力表，摇动油泵手柄，使垂直千斤顶活塞徐徐下降，接触岩样。再缓慢施加垂向荷载直至岩样破坏。依据测试数据与有关公式便可获得岩样的抗压强度。

2、岩样变形试验(见图4)

操作同试验1。不同在于垂向荷载必须等量分级施加，同时通过应变仪测取每级荷载作用下的应变片读数，通过测试数据与有关公式便可获得岩样的变形性指标(弹模与泊松比)。

3、岩样抗拉强度试验(见图5)

采用劈裂试验法，故操作同试验1。不同在于岩样37上下各垫上一块宽度为岩样直径1/10的垫条38。试样破裂成两半后，通过测试数据与有关公式便可获得岩样的抗拉强度。

4、岩样的点荷荷强度试验(见图6)

取掉上剪切盒，将点荷载上、下锥头36安装好，岩样放于两锥头36之间，根据岩样强度切换压力表量程。缓慢施加垂向荷载，直至岩样破裂成两半，通过测试数据与有关公式，计算出岩样的点荷载强度，且进一步换算出岩样的抗压强度与抗拉强度。

5、完整岩石直剪试验(见图7)

依据岩样尺寸，先在剪切盒内放置相应尺寸的剪切环，再将岩样放入剪切环中，通过调整样底的传力铁块34高度，使岩样中心刚好在剪切缝位置，依次在岩样顶部放上传力铁块34，滚珠轴承9。启动垂向荷载，(压力表大小量程视试验要求切换)，施加预定正应力。安装磁性表架与水平位移百分表或位移计。等量分级施加水平荷载，直至岩样破坏。依照测试数据与有关公式，便可获得岩样的抗剪指标。

6、土的直剪试验(见图7)

操作同试验5。垂向荷载与水平荷载切换到小量程压力表。

7、岩石结构面与不规则试样的抗剪试验(见图8)

先将岩石结构面与不规则试样在制样模具中浇铸成规则试件(若结构面岩样浇铸前还需在其外捆扎细铁丝)。制样过程中，试样拟剪切面位置应控制在剪切缝位置，且拟剪切面周围一圈保证无混凝土。试件制成后放入剪切盒内，在试件顶上依次放上传力铁块34，滚珠轴承9(若结构面岩样此刻便需剪断捆扎在其外的铁丝)。启动垂向荷载，(压力表大小量程视试验要求切换)，施加预定正应力，安装磁性表架与水平位移百分表或位移计。等量分级施加水平荷载，直至岩样破坏。依照测试数据与有关公式，便可获得试样的抗剪指标。

主要技术指标：

1、外形尺寸：高640mm(不足2市尺)，长640mm，宽370mm；

2、重量：300Kg(包括两个油泵和各种配件)；

3、垂直油缸：最大出力490KN(50吨)，最大行程60mm；水平油缸：最大出力294KN(30吨)，最大行程60mm；

4、适合试样尺寸：

1)岩石变形和抗压强度试验：φ50～55mm，H100～110mm；

2)岩石抗拉强度试验：φ50～55mm，H50～55mm；

3)岩石点荷载强度试验：L、W、H均40～60mm，六个端面尽量平行；

4)完整岩石直剪试验：φ50mm、56mm、70mm、86mm，H50～150mm；

5)结构面与不规则试样直剪试验：Lmax130mm，Wmax120mm；

6)土直剪试验：φ86mm，H50～150mm。

Claims (10)

1、携带式岩石力学多功能试验仪，其下面板(1)通过立柱(26)与上面板(13)连接，上面板(13)固连有垂直千斤顶(11)，前、后面板(17、3)与拉杆(25)连接，后面板或前面板上固连有水平千斤顶(5)，剪切盒的上面与垂直千斤顶活塞端板(28)相对，侧面与水平千斤顶活塞端板(29)相对，其底面与底板或下面板连接，其特征在于剪切盒由上剪切盒(8)和下剪切盒(21)沿水平剪切缝(19)叠合组成，两者的内腔构成一个圆柱形或立方体形内腔(40)，上、下剪切盒叠合面上有滑动装置。

2、根据权利要求1所述的试验仪，其特征在于水平千斤顶活塞端板(29)水平中心线与剪切缝(19)平齐，底板或下面板上有定位件(22)与下剪切盒配合，上、下剪切盒相对两侧各有推板(7，18)，推板(7，18)分别与传压块(32，33)连接，传压块(32)与水平千斤顶活塞端面相对，传压块(33)与前面板(17)相对，剪切盒内腔(40)底部有除渣板(20)，剪切盒顶与垂直千斤顶之间有滚珠轴承(9)，滚珠轴承(9)由上板(46)，下板(47)，中板(42)构成，中板(42)有孔(43)，孔内有滚珠(44)其顶端支承上板，下端支承于下板，下板有短凸条(48)与上板和中板上的长槽(45)配合。

3、根据权利要求1所述的试验仪，其特征在于剪切盒的内腔分别与上、下剪切环(31、29)配合，有传力铁块(34)与上、下剪切环的内腔配合，所说的滑动装置为上、下剪切盒叠合面上的凹槽(41)，凹槽(41)与滚珠(24)或相对面上的凸条配合。

4、根据权利要求3所述的试验仪，其特征在于上、下剪切环为多对，其内腔为配对的不同孔径的圆孔或方孔，上剪切盒(8)的内腔下端有凸起体(23)与上剪环(31)外壁下端的凹槽(33)配合。

5、根据权利要求1所述的试验仪，其特征在于剪切盒的上端与底座(35)可拆卸连接，底座(35)和垂直千斤顶活塞端板(28)上分别可拆卸连接有相对的两锥头(36)。

6、根据权利要求1所述的试验仪，其特征在于剪切盒内腔(40)内有传力铁块(34)，岩样(37)位于内腔(40)内的传力铁块(34)与垂直千斤顶活塞端板(28)之间。

7、根据权利要求6所述的试验仪，其特征在于岩样(37)的上面与千斤顶活塞端板(28)之间和岩样(37)与传力铁块(34)之间有垫条(38)。

8、根据权利要求3或4所述的试验仪，其特征在于上、下剪切环内有土试块或完整岩土试块，试块下部有传力铁块(34)，试块的中心刚好在剪切缝(19)的位置，试块顶部与活塞端板(28)之间有传力铁块(34)、滚珠轴承(9)。

9、根据权利要求1所述的试验仪，其特征在于剪切盒的内腔(40)与混凝土块(39)配合，混凝土块(39)内包含岩石不规则样品，但样品的拟剪切面周围一圈外露并与剪切缝(19)平齐，混凝土块(39)上依次设置传力铁块(34)、滚珠轴承(9)。

10、根据权利要求1所述的试验仪，其特征在于立柱(26)和拉杆(25)的长度为620-680mm，面板和底板的宽度为350-390mm，立柱和拉杆与面板可拆卸连接，面板与底板，推板与传压块可拆卸连接。

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