CN223361971U - 一种岩样摩擦试验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种岩样摩擦试验装置，包括底板、第一活动座、第二活动座、第一力传感器和第二力传感器，所述第一活动座滑动连接于底板，所述第一力传感器设于所述底板与所述第一活动座之间，用于测量所述第一活动座与所述底板在相对滑动方向的受力；所述第二活动座滑动连接于第一活动座，且所述第二活动座、第一活动座的相对滑动方向与所述第一活动座、底板的相对滑动方向相互垂直，所述第二力传感器设于所述第一活动座与所述第二活动座之间，用于测量所述第二活动座与所述第一活动座在相对滑动方向的受力。本实用新型能够稳定便捷地对岩样进行摩擦试验。

Description

一种岩样摩擦试验装置

技术领域

本实用新型涉及岩样试验设备，更具体地，涉及一种岩样摩擦试验装置。

背景技术

目前，在岩体结构面摩擦角的试验过程中，通常采用倾斜滑落的方式进行试验，即将第一岩块放置在水平的支撑板上，将第二岩块放置在第一岩块上，第一岩块和第二岩块相互贴合的面即为摩擦面。而后，逐渐倾斜支撑板，直至上侧的第二岩块滑落，记录倾角，即为结构面的摩擦角。但是，在试验过程中，叠放的岩块容易产生倾倒的问题，而且也不便于进行试验操作。

因此需要提出一种新的方案来解决这个问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种岩样摩擦试验装置，便捷地进行试验。

为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：一种岩样摩擦试验装置，包括底板、第一活动座、第二活动座、第一力传感器和第二力传感器，所述第一活动座滑动连接于底板，所述第一力传感器设于所述底板与所述第一活动座之间，用于测量所述第一活动座与所述底板在相对滑动方向的受力；所述第二活动座滑动连接于第一活动座，且所述第二活动座、第一活动座的相对滑动方向与所述第一活动座、底板的相对滑动方向相互垂直，所述第二力传感器设于所述第一活动座与所述第二活动座之间，用于测量所述第二活动座与所述第一活动座在相对滑动方向的受力。

本实用新型进一步设置为，所述底板设置有第一导滑杆，所述第一导滑杆滑动连接有第一导滑套，所述第一活动座与所述第一导滑套固定连接。

本实用新型进一步设置为，所述第一导滑杆的数量设置有两个，且第一导滑杆的两端通过支撑块固定连接于底板。

本实用新型进一步设置为，所述第一活动座设置有受力部，所述底板设置有支撑块，所述第一力传感器设于所述第一活动座的受力部与所述支撑块之间。

本实用新型进一步设置为，所述第一力传感器为拉力传感器，包括两个第一测量端，两个第一测量端分别固定连接所述第一活动座的受力部与支撑块。

本实用新型进一步设置为，所述第二活动座固定连接有第二导滑杆，所述第二导滑杆滑动连接有第二导滑套，所述第二导滑套固定连接与第一活动座。

本实用新型进一步设置为，所述第二力传感器为压力传感器，所述第二力传感器包括传感器座和第二测量端，所述传感器座安装于所述第一活动座，所述第二测量端与所述第二活动座固定连接。

本实用新型进一步设置为，所述第一活动座开设有安装孔，所述安装孔的孔径与所述传感器座的外径适配；所述安装孔的一端敞开，另一端形成底面；所述安装孔的外周开设缺口，所述缺口贯通至所述第一活动座的外周，所述传感器座嵌入所述安装孔内与安装孔的底部固定连接；所述第一活动座的缺口的两侧通过螺杆锁紧固定，能够将所述压力传感器夹紧。

本实用新型进一步设置为，所述底板的下部设置有接触板，所述接触板背向所述底板的一侧设置有抵压面，所述抵压面用于与岩块相抵；所述第一活动座与底板的相对滑动方向与所述抵压面平行，所述第二活动座与所述第一活动座的相对滑动方向与所述抵压面垂直。

本实用新型进一步设置为，所述接触板为防滑橡胶材料。

综上所述，本实用新型具有以下有益效果：

通过采用该试验装置，第一力传感器和第二力传感器能够同时测量垂直于摩擦面方向的作用力和平行于摩擦面方向的作用力，进而能够获取两个岩块之间的摩擦数据信息；通过手持按压的方式即可推动试验装置，将第一岩块、第二岩块和试验装置依次层叠，即可对试验装置进行操作，操作方便，且稳定性好。

附图说明

图1为本实施例中一种岩样摩擦试验装置的立体图；

图2为本实施例中一种岩样摩擦试验装置的爆炸图一；

图3为本实施例中一种岩样摩擦试验装置的爆炸图二；

图4为本实施例中一种岩样摩擦试验装置的剖视图；

图5为本实施例中第一活动座与第二传感器的立体图；

图6为本实施例中第一活动座与第二传感器的剖视图；

图7为本实施例中第一岩块和第二岩块叠放的结构示意图；

图8为本实施例中一种岩样摩擦试验装置的试验的立体图；

图9为本实施例中一种岩样摩擦试验装置的试验的正视图。

附图标记：1、底板；101、支撑块；2、第一导滑杆；201、第一导滑套；3、第一活动座；301、安装孔；302、底面；303、第二导滑套；304、受力部；305、缺口；306、螺杆；4、第一力传感器；401、第一测量端；5、第二力传感器；501、第二测量端；502、传感器座；6、第二活动座；601、罩体；602、第二导滑杆；7、接触板；701、抵压面；100、第一岩块；1001、第一摩擦面；200、第二岩块；2002、第二摩擦面；2002、贴合面。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实施例公开一种岩体结构面摩擦角试验装置，参照图1-图6所示，包括底板1、接触板7、第一活动座3、第二活动座6、第一力传感器4和第二力传感器5，底板1大致呈板状结构，作为整个装置的支撑；第一活动座3、第二活动座6、第一力传感器4和第二力传感器5均安装在底板1的一侧，参照图2所示，为底板1的上侧；接触板7固定安装在底板1的另一侧，参照图2所示，为底板1的下侧。

接触板7背向底板1的一侧形成有抵压面701，抵压面701起到与岩体相抵的作用。接触板7可采用防滑橡胶材料，在接触板7与岩体相抵压时，能够通过摩擦保持试验装置与岩体之间相对固定。

底板1、第一活动座3和第二活动座6之间能够产生相对活动，第一力传感器4设于底板1与第一活动座3之间，通过第一力传感器4能够测量x方向的受力。第二力传感器5设于第一活动座3与第二活动座6之间，能够测量y方向的受力，x方向与y方向相互垂直，且x方向与抵压面701平行，y方向与抵压面701垂直。

试验装置在试验时，能够将x方向的受力情况Fx和y方向的受力情况Fy输出，并绘制Fx和Fy的变化曲线，进而能够获得相应的试验数据。

第一活动座3采用可滑动的结构，滑动连接于底板1，且滑动方向为x方向。在第一活动座3与底板1之间通过导滑结构进行运动导向，使得第一活动座3与底板1之间仅产生x方向的相对运动趋势，第一力传感器4能够更加准确地获取x方向的受力情况。

同理，第二活动座6也采用可滑动的结构，滑动连接于第一活动座3，且滑动方向为y方向，使得第二活动座6与第一活动座3之间仅产生y方向的相对运动趋势，第二力传感器5能够更加准确地获取y方向的受力情况。

具体地，底板1固定连接有两个支撑块101，在两个支撑块101之间固定安装有第一导滑杆2，第一导滑杆2与x方向相互平行。在第一活动座3外套设安装有第一导滑套201，第一导滑套201与第一导滑杆2滑动连接。由第一导滑套201与第一导滑杆2的滑动配合结构，实现第一活动座3与底板1之间滑动导向。

第一活动座3设置有受力部304，受力部304与支撑块101的高度位置相互对应，并且朝向其中一个支撑块101，第一力传感器4则安装在受力部304与其中一个支撑块101之间，进而获取x方向的受力Fx。第一力传感器4包括两个第一测量端401，两个第一侧两端分别连接于第一活动座3的受力部304与其中一个支撑块101之间。

在本实施例中，第一力传感器4为拉力传感器，具体可采用S型拉力传感器。或者，第一力传感器4也可采用压力传感器，在安装位置和受力方向上需要进行相应调整。

具体地，在第一活动座3的上部开设有安装孔301，在安装孔301内安装第二导滑套303，在第二活动座6的下部固定安装有第二导滑杆602。第二活动座6在安装时，第二导滑杆602插入到第二导套当中，形成滑动导向结构，且滑动方向为y方向。

在本实施例中，第二力传感器5为压力传感器，并以此为例对第二力传感器5的安装结构进行说明。第二力传感器5具有一个传感器座502，并且还具有一个第二测量端501，能够测量传感器座502与第二测量端501之间的受力。

参照图5、图6所示，第一活动座3开设有安装孔301，安装孔301的孔径与所述传感器座502的外径适配。安装孔301的一端敞开，另一端形成底面302。并且，在安装孔301的外周开设缺口305，缺口305贯通至第一活动座3的外周。安装时，第二传感器的传感器座502嵌入到安装孔301内，传感器座502与安装孔301的相互抵压，并通过螺栓实现固定，使得第二传感器能够传动y方向的受力。在第一活动座3的缺口305的两侧的部分安装螺杆306，通过调节螺杆306， 能够将缺口305锁紧，安装孔301产生微量形变，能够将传感器座502的外壁夹紧固定，保持第二传感器的安装稳定性。

第二测量端501与第二活动座6相互抵压，并通过螺栓进行固定，进而使得第二活动座6受到压力后，能够传递至第二测量端501，第二力传感器5能够获取y方向的受力情况。

进一步地，在第二活动座6的外周设置罩体601，罩体601朝向底板1方向延伸，使得罩体601能够将第一活动座3、第一力传感器4和第二力传感器5罩设在内，进而能够起到保护的作用。而罩体601与底板1之间并不存在直接连接，也不会对传感器的受力情况产生干扰影响。

本实施例还公开一种岩体结构面摩擦角试验方法，采用上述实施例中的岩体结构面摩擦角试验装置进行试验，并参照图7-图9进行说明。

参照图7所示，在待试验的岩体当中获取试样，为第一岩块100和第二岩块200，第一岩块100包括第一摩擦面1001，第二岩块200包括第二摩擦面2002，第一摩擦面1001和第二摩擦面2002相互适配，第一摩擦面1001和第二摩擦面2002能够大致吻合。

试验时，第一岩块100保持固定，第二岩块200可活动。第一岩块100无需从岩体上取下，可直接在岩体上直接进行试验，对第二岩块200进行操作即可。

工程实践中，需要找到两块合适的岩块才能够进行试验，其中第一块岩块(即本实施例中的第二岩块200)的要求较少，只需有一个适当的面能够作为摩擦面即可，而第二块岩块(即本实施例中的第一岩块100)需要与第一块岩块匹配，要求相对较高。第二块岩块很有可能就是大型岩体本身，在传统的试验时，需要将从大型岩体上将第二块岩块本身取下，在实践情况下，要将其切割下来开展试验就显得格外的困难。在本实施例中，采用其中一块岩块固定，只需要找到一块合适的岩块即可开展试验，能够解决该问题。

在本实施例中，第二岩块200还具有一贴合面2002，贴合面2002和第二摩擦面2002分别位于第二岩块200的向背的两侧，试验时，将第二岩块200的第二摩擦面2002抵压于第一岩块100的第一摩擦面1001，将试验装置的接触板7的抵压面701抵压于第二岩块200的贴合面2002，对试验装置的第二活动座6施加作用力F，使得抵压面701与贴合面2002之间保持相互静止。

为了确保试验过程中试验的准确性，可对第二岩块200的贴合面2002进行预处理，可采用去除或者填补的方式，将贴合面2002加工成与第二摩擦面2002大致平行的状态，进而使得试验装置测量的x方向和y方向受力更加准确。

在试验时，首先对试验装置的第二活动座6施加压力F，在压力F的作用下，将试验装置、第二岩块200和第一岩块100抵压固定。压力F与y方向平行，压力F与x方向形成倾角a，初始倾角a=90°；而后，调整压力F的方向，逐渐减小倾角a，直至第二岩块200与第一岩块100产生相对滑动；在压力F施压的过程中，第一力传感器4和第二力传感器5分别记录x方向的分力Fx和y方向的分力Fy；最后，将Fx和Fy的受力信号输出，并绘制Fx和Fy的变化曲线，得到岩体结构面摩擦角的试验数据。岩体结构面摩擦角为φ，tan(φ)=Fy/Fx，φ=tan-1(Fy/Fx)，进而能够获取岩体结构面摩擦角为φ的数据。重复进行多次试验，去除极大值与极小值。

进一步地，为了提高试验的准确性，在记录Fx和Fy的受力数据时，电脑可只记录Fy超过预设值的数据，进而能够排除，受力的干扰影响。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，本实用新型的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本实用新型思路下的技术方案均属于本实用新型的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种岩样摩擦试验装置，其特征在于，包括底板(1)、第一活动座(3)、第二活动座(6)、第一力传感器(4)和第二力传感器(5)，所述第一活动座(3)滑动连接于底板(1)，所述第一力传感器(4)设于所述底板(1)与所述第一活动座(3)之间，用于测量所述第一活动座(3)与所述底板(1)在相对滑动方向的受力；所述第二活动座(6)滑动连接于第一活动座(3)，且所述第二活动座(6)、第一活动座(3)的相对滑动方向与所述第一活动座(3)、底板(1)的相对滑动方向相互垂直，所述第二力传感器(5)设于所述第一活动座(3)与所述第二活动座(6)之间，用于测量所述第二活动座(6)与所述第一活动座(3)在相对滑动方向的受力。

2.根据权利要求1所述的一种岩样摩擦试验装置，其特征在于，所述底板(1)设置有第一导滑杆(2)，所述第一导滑杆(2)滑动连接有第一导滑套(201)，所述第一活动座(3)与所述第一导滑套(201)固定连接。

3.根据权利要求2所述的一种岩样摩擦试验装置，其特征在于，所述第一导滑杆(2)的数量设置有两个，且第一导滑杆(2)的两端通过支撑块(101)固定连接于底板(1)。

4.根据权利要求1所述的一种岩样摩擦试验装置，其特征在于，所述第一活动座(3)设置有受力部(304)，所述底板(1)设置有支撑块(101)，所述第一力传感器(4)设于所述第一活动座(3)的受力部(304)与所述支撑块(101)之间。

5.根据权利要求4所述的一种岩样摩擦试验装置，其特征在于，所述第一力传感器(4)为拉力传感器，包括两个第一测量端(401)，两个第一测量端(401)分别固定连接所述第一活动座(3)的受力部(304)与支撑块(101)。

6.根据权利要求1所述的一种岩样摩擦试验装置，其特征在于，所述第二活动座(6)固定连接有第二导滑杆(602)，所述第二导滑杆(602)滑动连接有第二导滑套(303)，所述第二导滑套(303)固定连接与第一活动座(3)。

7.根据权利要求6所述的一种岩样摩擦试验装置，其特征在于，所述第二力传感器(5)为压力传感器，所述第二力传感器(5)包括传感器座(502)和第二测量端(501)，所述传感器座(502)安装于所述第一活动座(3)，所述第二测量端(501)与所述第二活动座(6)固定连接。

8.根据权利要求7所述的一种岩样摩擦试验装置，其特征在于，所述第一活动座(3)开设有安装孔(301)，所述安装孔(301)的孔径与所述传感器座(502)的外径适配；所述安装孔(301)的一端敞开，另一端形成底面(302)；所述安装孔(301)的外周开设缺口(305)，所述缺口(305)贯通至所述第一活动座(3)的外周，所述传感器座(502)嵌入所述安装孔(301)内与安装孔(301)的底部固定连接；所述第一活动座(3)的缺口(305)的两侧通过螺杆(306)锁紧固定，能够将所述压力传感器夹紧。

9.根据权利要求1-8任一项所述的一种岩样摩擦试验装置，其特征在于，所述底板(1)的下部设置有接触板(7)，所述接触板(7)背向所述底板(1)的一侧设置有抵压面(701)，所述抵压面(701)用于与岩块相抵；所述第一活动座(3)与底板(1)的相对滑动方向与所述抵压面(701)平行，所述第二活动座(6)与所述第一活动座(3)的相对滑动方向与所述抵压面(701)垂直。

10.根据权利要求9所述的一种岩样摩擦试验装置，其特征在于，所述接触板(7)为防滑橡胶材料。