CN206208671U - 一种岩石直剪及点荷载试验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种岩石直剪及点荷载试验装置，包括加载反力框架、轴向加载系统、法向加载系统、剪切试验夹具和点荷载试验夹具；该装置既能开展岩石直剪试验，也能开展岩石点荷载试验，同时公开了岩石直剪及点荷载试验操作方法。本实用新型结构简单实用，可操作性强，能适应长方形、圆柱形及不同形状和尺寸的岩样。

Description

一种岩石直剪及点荷载试验装置

技术领域

本实用新型属于岩石力学试验仪器技术领域,具体涉及一种岩石直剪及点荷载试验装置及其试验操作方法。

背景技术

近几年，随着国家大型基础设施建设的发展，工程中与岩石力学相关的问题大量出现。岩石的剪切和抗压强度是岩石最主要的力学指标，近年来通过施加剪切力或剪切位移对岩石强度进行试验的方法在全世界范围内受到重视。其中，直剪试验由于其操作简便、适用范围广而应用最为普遍。

由于没有统一的直剪试验仪器制造标准，各个单位自行研制的岩石直剪试验仪器从形式、结构到使用方法都有很大的差别。从资料的检索看，国内外的直剪仪设备很多：如美国Durham Geo 公司生产的LG-140 大型高性能接触面直剪仪，英国ELE 公司生产的大型直剪仪，美国GCTS 公司生产的伺服控制直剪测试系统，清华大学研制的TH-20t 大型土与结构接触面循环加载剪切仪，长江科学研究院土工研究所的室内DHJ60 型叠环式剪切试验机，四川大学水电学院研制的粗粒土直剪仪，南京土壤仪器有限公司的NHRI-4000 型高性能大接触面直剪仪。

但上述设备仍存在诸多不足之处:

（1）操作复杂。如变角板法剪切试验，需要制备规定尺寸的立方体试样，且在试验中需要调整不同的倾斜角度，使试样沿不同方向发生剪切破坏；还有一些试验仪器，需要试验前制作衬模，即将试件用防水套包扎后，用水泥等胶固在试模中，在试模中部铺上云母粉等作为剪切面。这些复杂的操作过程，不利于本科生实验课的开展，尤其是如果学生操作不熟练，容易导致仪器损毁。

（2）功能单一。如上述的一些仪器只能开展单一实验项目，开展其它实验又需要其它仪器，难以满足需要。

（3）岩样规格要求严格。现有一些直剪试验仪器对试样尺寸大小要求严格，小型系列试样在小型设备中进行测试，中型系列试样在中型设备中测试，大型系列试样在大型设备中测试。导致的后果是各设备的测试结果无法有效衔接。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种岩石直剪及点荷载试验装置，该装置既能开展岩石直剪试验，也能开展岩石点荷载试验，同时提供岩石直剪及点荷载试验操作方法。

为了达到上述目的，本实用新型所采用的技术方案为：

一种岩石直剪及点荷载试验装置，其特点在于：包括加载反力框架、轴向加载系统、法向加载系统、剪切试验夹具和点荷载试验夹具：

所述的加载反力框架是由四根立柱、立柱螺母、横梁和工作台组成，工作台设有四根立柱，采用螺纹连接，立柱上端安装横梁由立柱螺母固定，为了增强立柱在工作受力状态的强度，在立柱之间设有筋板；所述的工作台面正中心设有一固定小螺栓；

所述的轴向加载系统包括轴向加载千斤顶、轴向手动油泵和压力传感器；所述的轴向加载千斤顶底座端安装在横梁中心位置并采用螺钉固定连接，轴向加载千斤顶的活塞端设有压力传感器；所述的轴向手动油泵与轴向加载千斤顶通过油管连接，管路中安装有轴向加载阀门和轴向压力表；

所述的法向加载系统包括法向加载千斤顶、水平反力螺杆、螺杆螺母、法向手动油泵；所述的法向加载千斤顶安装在工作台的上平面正面左侧的两根立柱中间，所述的水平反力螺杆和螺杆螺母安装在工作台的上平面正面右侧的两根立柱中间，水平反力螺杆尾端装有由手柄；所述的法向手动油泵与法向加载千斤顶通过油管连接，管路中安装有法向加载阀门、法向压力表和溢流阀；

所述的剪切试验夹具包括水平反力板和剪切盒；所述的剪切盒包括压板、带滚轴压板、橡皮垫板、剪切钢压板；两个带滚轴压板对称安置在水平反力板上，两个压板分别安置在带滚轴压板的内侧，中间安放试样；试样的上端和下端分别安放橡皮垫板和剪切钢压板，橡皮垫板和剪切钢压板是以试样剪切中心对称安放的；

所述的点荷载试验夹具包括上加压头、下加压头；上加压头安装在轴向加载千斤顶活塞端压力传感器的下端面，下加压头安装在工作台中心上，由小螺栓固定；

本实用新型的特点还在于：

所述的压板与试样接触面的线形设计为直线形、圆弧形或异形，所述的剪切钢压板的线形与试样的线形是相同的，剪切盒能适应长方形、圆柱形及不同形状和尺寸的岩样。

一种岩石直剪及点荷载试验装置的剪切试验操作方法，由以下步骤构成：

步骤一：打开轴向加载阀门，操纵轴向手动油泵，使活塞下降到合适位置，将水平反力板置于工作台中心位置由小螺栓固定，调节工作台横向中心与法向加载千斤顶及水平反力螺杆轴向平行；

步骤二：根据不同的岩样形状与尺寸组装相应的剪切盒，方块体试样选择方形剪切钢压板及相应的压板和带滚轴压板，圆柱体试样选择圆形剪切钢压板及相应的压板和带滚轴压板，把剪切钢垫板正放水平反力板中心处，用橡皮垫板填充剪切钢垫板另半边空心部分，然后把试样放置在剪切钢垫板上对正，试样上端面同样用剪切钢垫板盖住对正，使用橡皮垫板填充剪切钢垫板另半边空心部分，上下剪切钢垫板是以试样剪切中心对称安放的；

步骤三：操纵法向手动油泵，使加载端面与试样紧密接触；

步骤四：试样两侧面分别依次安放压板、带滚轴压板，调整法向加载千斤顶及水平反力螺杆使紧密接触，如果松懈，摇动手柄使水平反力螺杆与其紧密接触，注意压板要完全覆盖住试样两侧面，并保持侧面中心与法向加载中心一致；

步骤五：法向荷载从0MPa开始分级加载，每次增加相同等级，设定法向荷载预定值，打开法向加载阀门，操纵法向手动油泵，加载速度缓慢匀速进行，使法向压力表示数达到预定值；

步骤六：操纵轴向手动油泵，加载速度缓慢匀速进行，直至试样破坏，得到由压力传感器采集的载荷数值。

一种岩石直剪及点荷载试验装置的点荷载试验操作方法，由以下步骤构成：

步骤一：将上加压头与下加压头分别安装到轴向加载千斤顶的活塞端压力传感器的下端面及工作台中心，上加压头与下加压头在同一竖直线上；

步骤二：打开轴向加载阀门，操纵轴向手动油泵，使活塞下降到合适位置，将试样放置在下加压头上，同时操纵轴向手动油泵，使上加压头与试样紧密接触，接触点与试样轴心重合，保持试样轴线与上加压头、下加压头连线重合；

步骤三：操纵轴向手动油泵，匀速加载直至试样破坏，得到由压力传感器采集的载荷数值。

本实用新型的有益效果

（1）操作简单，可操作性强，便于开展设计型坚硬岩土力学性能测试试验。按照一些传统的岩石剪切试验需要浇筑混凝土包裹岩石，本实用新型采用专门设计的剪切试验夹具，减少用混凝土包裹试样程序（以及包裹水泥的影响），并极大缩短制备试样周期。另外，按照规范要求制备标准试样开展岩石的抗压强度试验耗时耗力，需要专门的制样设备，不利于学生动手开展多样性的自主设计型试验，而用点荷载试验方法简单方便，试样无需繁琐加工，可及时获得试验数据。可针对室内试验制样困难的风化岩石、软弱破碎岩石等开展试验；

（2）能开展岩石直剪试验和点荷载试验，功能较多。该装置通过分别制作直剪试验和点荷载试验夹具，而使用同一套加载系统和测读系统，达到既能开展岩石直剪试验、也能开展点荷载试验的目的，提升仪器的性价比；

（3）能开展适应不同尺寸的岩样的剪切试验。通过改进剪切压头尺寸等，使得剪切盒能够对不同形状（圆柱体、长方体）和不同尺寸的试样开展剪切试验。

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

附图说明

图1是本实用新型的一种岩石直剪及点荷载试验装置剪切试验示意图。

图2是图1中方块体试样剪切盒剖视图。

图3是图2的B-B剖视图。

图4是圆柱体试样剪切盒剖视图。

图5是本实用新型的一种岩石直剪及点荷载试验装置点荷载试验示意图。

图6是本实用新型的一种岩石直剪及点荷载试验装置主视图。

图7是图6的俯视图。

图8是图6的左视图。

图中标号为：1-筋板，2-工作台，3-小螺栓，4-水平反力板，5-剪切盒，6-压板，7-带滚轴压板，8-橡皮垫板，9-剪切钢压板，10-上加压头，11-轴向加载千斤顶，12-轴向手动油泵，13-轴向加载阀门，14-轴向压力表，15-法向加载千斤顶，16-反力螺杆，17-法向手动油泵，18-溢流阀，19-法向加载阀门，20-法向压力表，21-试样，22-下加压头， 23-立柱，24-横梁，25-手柄，26-螺杆螺母，27立柱螺母，28压力传感器。

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。

具体实施方式

参见图1、图2、图3、图4和图5，图1是本实用新型的一种岩石直剪及点荷载试验装置剪切试验示意图，图2是图1中方块体试样剪切盒剖视图，图3是图2的B-B剖视图，图4是圆柱体试样剪切盒剖视图，图5是本实用新型的一种岩石直剪及点荷载试验装置点荷载试验示意图。

本实用新型的一种岩石直剪及点荷载试验装置，其特点在于：包括加载反力框架、轴向加载系统、法向加载系统、剪切试验夹具和点荷载试验夹具：

所述的加载反力框架是由四根立柱23、立柱螺母27、横梁24和工作台2组成，工作台2设有四根立柱23，采用螺纹连接，立柱23上端安装横梁24 由立柱螺母27固定，为了增强立柱23在工作受力状态的强度，在立柱23之间设有筋板1；所述的工作台2面正中心设有一固定小螺栓3；

所述的轴向加载系统包括轴向加载千斤顶11、轴向手动油泵12和压力传感器28；所述的轴向加载千斤顶11底座端安装在横梁24中心位置并采用螺钉固定连接，轴向加载千斤顶11的活塞端设有压力传感器28；所述的轴向手动油泵12与轴向加载千斤顶11通过油管连接，管路中安装有轴向加载阀门13和轴向压力表14；

所述的法向加载系统包括法向加载千斤顶15、水平反力螺杆16、螺杆螺母26、法向手动油泵17；所述的法向加载千斤顶15安装在工作台2的上平面正面左侧的两根立柱23中间，所述的水平反力螺杆16和螺杆螺母26安装在工作台2的上平面正面右侧的两根立柱23中间，水平反力螺杆16尾端装有由手柄25；所述的法向手动油泵17与法向加载千斤顶15通过油管连接，管路中安装有法向加载阀门19、法向压力表20和溢流阀18；

所述的剪切试验夹具包括水平反力板4和剪切盒5；所述的剪切盒5包括压板6、带滚轴压板7、橡皮垫板8、剪切钢压板9；两个带滚轴压板7对称安置在水平反力板4上，两个压板6分别安置在带滚轴压板7的内侧，中间安放试样21；试样21的上端和下端分别安放橡皮垫板8和剪切钢压板9，橡皮垫板8和剪切钢压板9是以试样21剪切中心对称安放的；

所述的点荷载试验夹具包括上加压头10、下加压头22；上加压头10安装在轴向加载千斤顶11活塞端压力传感器28的下端面，下加压头22安装在工作台2中心上，由小螺栓3固定。

本实用新型的特点还在于：

所述的压板6与试样21接触面的线形设计为直线形、圆弧形或异形，所述的剪切钢压板9的线形与试样21的线形是相同的，剪切盒5能适应长方形、圆柱形及不同形状和尺寸的岩样。

一种岩石直剪及点荷载试验装置的剪切试验操作方法，由以下步骤构成：

步骤一：打开轴向加载阀门13，操纵轴向手动油泵12，使活塞下降到合适位置，将水平反力板4置于工作台2中心位置由小螺栓3固定，调节工作台2横向中心与法向加载千斤顶15及水平反力螺杆16轴向平行；

步骤二：根据不同的岩样形状与尺寸组装相应的剪切盒5，方块体试样21选择方形剪切钢压板9及相应的压板6和带滚轴压板7，圆柱体试样21选择圆形剪切钢压板9及相应的压板6和带滚轴压板7，把剪切钢垫板9正放水平反力板4中心处，用橡皮垫板8填充剪切钢垫板9另半边空心部分，然后把试样21放置在剪切钢垫板9上对正，试样21上端面同样用剪切钢垫板9盖住对正，使用橡皮垫板8填充剪切钢垫板9另半边空心部分，上下剪切钢垫板9是以试样21剪切中心对称安放的；

步骤三：操纵法向手动油泵17，使加载端面与试样21紧密接触；

步骤四：试样21两侧面分别依次安放压板6、带滚轴压板7，调整法向加载千斤顶15及水平反力螺杆16使紧密接触，如果松懈，摇动手柄25使水平反力螺杆16与其紧密接触，注意压板6要完全覆盖住试样21两侧面，并保持侧面中心与法向加载中心一致；

步骤五：法向荷载从0MPa开始分级加载，每次增加相同等级，设定法向荷载预定值，打开法向加载阀门19，操纵法向手动油泵17，加载速度缓慢匀速进行，使法向压力表20示数达到预定值；

步骤六：操纵轴向手动油泵12，加载速度缓慢匀速进行，直至试样21破坏，得到由压力传感器28采集的载荷数值。

一种岩石直剪及点荷载试验装置的点荷载试验操作方法，由以下步骤构成：

步骤一：将上加压头10与下加压头22分别安装到轴向加载千斤顶11的活塞端压力传感器28的下端面及工作台2中心，上加压头10与下加压头22在同一竖直线上；

步骤二：打开轴向加载阀门13，操纵轴向手动油泵12，使活塞下降到合适位置，将试样21放置在下加压头22上，同时操纵轴向手动油泵12，使上加压头10与试样21紧密接触，接触点与试样21轴心重合，保持试样21轴线与上加压头10、下加压头22连线重合；

步骤三：操纵轴向手动油泵12，匀速加载直至试样21破坏，得到由压力传感器28采集的载荷数值。

进一步的说明：

参见图6、图7和图8，图6是本实用新型的一种岩石直剪及点荷载试验装置主视图，图7是图6的俯视图，图8是图6的左视图。

本实用新型选用轴向加载千斤顶11的吨位为50吨，法向加载千斤顶15的吨位为30吨；加载反力框架是根据千斤顶的吨位进行设计的；轴向加载系统和法向加载系统中的液压件：轴向加载千斤顶11、轴向手动油泵12，轴向加载阀门13、轴向压力表14，法向加载千斤顶15、法向手动油泵17、溢流阀18，法向加载阀门19，法向压力表20及其辅助配件均是市售的。

Claims (2)

1.一种岩石直剪及点荷载试验装置，其特征在于：包括加载反力框架、轴向加载系统、法向加载系统、剪切试验夹具和点荷载试验夹具：

所述的加载反力框架是由四根立柱（23）、立柱螺母（27）、横梁(24)和工作台（2）组成，工作台（2）设有四根立柱（23），采用螺纹连接，立柱（23）上端安装横梁(24) 由立柱螺母（27）固定，为了增强立柱（23）在工作受力状态的强度，在立柱（23）之间设有筋板（1）；所述的工作台（2）面正中心设有一固定小螺栓（3）；

所述的轴向加载系统包括轴向加载千斤顶（11）、轴向手动油泵（12）和压力传感器（28）；所述的轴向加载千斤顶（11）底座端安装在横梁(24)中心位置并采用螺钉固定连接，轴向加载千斤顶（11）的活塞端设有压力传感器（28）；所述的轴向手动油泵（12）与轴向加载千斤顶（11）通过油管连接，管路中安装有轴向加载阀门（13）和轴向压力表（14）；

所述的法向加载系统包括法向加载千斤顶（15）、水平反力螺杆（16）、螺杆螺母（26）、法向手动油泵（17）；所述的法向加载千斤顶（15）安装在工作台（2）的上平面正面左侧的两根立柱（23）中间，所述的水平反力螺杆（16）和螺杆螺母（26）安装在工作台（2）的上平面正面右侧的两根立柱（23）中间，水平反力螺杆（16）尾端装有由手柄（25）；所述的法向手动油泵（17）与法向加载千斤顶（15）通过油管连接，管路中安装有法向加载阀门（19）、法向压力表（20）和溢流阀（18）；

所述的剪切试验夹具包括水平反力板（4）和剪切盒（5）；所述的剪切盒（5）包括压板（6）、带滚轴压板（7）、橡皮垫板（8）、剪切钢压板（9）；两个带滚轴压板（7）对称安置在水平反力板（4）上，两个压板（6）分别安置在带滚轴压板（7）的内侧，中间安放试样（21）；试样（21）的上端和下端分别安放橡皮垫板（8）和剪切钢压板（9），橡皮垫板（8）和剪切钢压板（9）是以试样（21）剪切中心对称安放的；

所述的点荷载试验夹具包括上加压头（10）、下加压头（22）；上加压头（10）安装在轴向加载千斤顶（11）活塞端压力传感器（28）的下端面，下加压头（22）安装在工作台（2）中心上，由小螺栓（3）固定。

2.根据权利要求1所述的一种岩石直剪及点荷载试验装置，其特征在于所述的压板（6）与试样（21）接触面的线形设计为直线形、圆弧形或异形，所述的剪切钢压板（9）的线形与试样（21）的线形是相同的，剪切盒（5）能适应长方形、圆柱形及不同形状和尺寸的岩样。