一種滿足不同尺寸規格的巖石抗剪斷強度測試試驗裝置的制作方法

本實用新型涉及一種巖石抗剪斷強度測試試驗裝置，尤其是一種滿足不同尺寸規格的巖石抗剪斷強度測試試驗裝置。

背景技術：

滑坡體的巖石力學性質是影響滑坡體穩定性的重要因素，也是巖石力學與工程研究的主要內容之一。滑坡體在雨季容易產生滑坡、崩塌、泥石流等地質災害，另外在強震作用過程中，滑坡巖體必將受到一定程度的剪切作用。為此對滑坡體的巖石力學性質進行抗剪斷試驗研究，對于滑坡防治具有重要意義。

目前專門針對巖石的抗剪斷試驗研究設備的研究還很少，一般采用常規直剪儀或萬能試驗機進行試驗分析，比如孫萍等人四川省青川縣東河口滑坡巖石的抗剪斷性質試驗采用了萬能試驗機進行分析，不能滿足需要雙軸作用下的測試。常規直剪儀測試并在保證達到剪切載荷時，由于巖石剪斷后出現的結構面起伏度較大，與切向液壓缸連接的切向傳感器受到的彎矩會很大，對結果可能會產生較大影響，同時在巖石斷裂后一旦裂紋斜向上開裂后，切向加載頭會碰到巖石結構面，斷裂軌跡無法被檢測而被迫終止試驗，另外對試樣盒如何滿足多尺度巖石試樣的安裝也是非常大的問題。因此巖體由于存在抗剪斷強度大，對設備載荷、設備精度、試樣安裝等都有很高的要求。開發一種專門針對巖石抗剪斷強度的尺寸效應試驗機對滑坡體的抗剪斷強度非常重要。

技術實現要素：

為了克服已有直剪儀的無法滿足多尺度試樣尺寸的抗剪斷強度測試要求的不足，本實用新型提供了一種有效滿足大跨度載荷下多尺度巖石試樣尺寸的測試、可靠性良好的滿足不同尺寸規格的巖石抗剪斷強度測試試驗裝置。

本實用新型解決其技術問題所采用的技術方案是：

一種滿足不同尺寸規格的巖石抗剪斷強度測試試驗裝置，包括框架、多尺度巖石剪切盒、水平向加載機構、水平向支撐測力機構、垂向加載機構和試樣安裝臺，所述多尺度巖石剪切盒分為上下兩部分并安裝巖石試樣，多尺度巖石剪切盒安裝在試樣安裝臺上，水平向加載機構和水平向支撐測力機構分別位于多尺度巖石剪切盒兩側并安裝在框架兩側的立柱上，水平向加載機構加載于多尺度巖石剪切盒的上部，水平向支撐測力機構支撐多尺度巖石剪切盒的下部，同時水平向加載機構施力中心線和水平向支撐測力機構支撐中心線一致；垂向加載機構位于多尺度巖石剪切盒上方并安裝在框架的橫梁上。

進一步，所述多尺度巖石剪切盒分為結構相同的剪切盒上部和下部，所述剪切盒下部包括由短側板、長側板、支撐板、試樣盒、高度調整板、支撐軸、支撐塊和底板，所述短側板安裝在底板左右兩側，長側板安裝在底板前后兩側，短側板和長側板互相通過螺栓固定。長側板上設置n條直槽，前后長側板的左右對稱位置的直槽內分別安裝兩個支撐板并通過三角形連接件固定，根據巖石試樣大小設置的試樣盒固定在兩個支撐板上，其底部安裝配套高度調整板，高度調整板的高度通過螺母固定在階梯形的多個支撐軸的相應高度，支撐軸固定在底板的螺紋孔上。

再進一步，所述水平向剪切機構包括切向作動器、水平向第一測力傳感器、水平向鉸鏈關節、施力架、傳力座、壓輥、導桿、導桿座和連接件，所述切向作動器固定于左側立柱的中部，水平向第一測力傳感器一端與切向作動器活塞桿固定，水平向第一測力傳感器另一端與施力架通過水平向鉸鏈關節連接；施力架前后兩端設置兩個加載頭并分別安裝傳力座，傳力座上安裝有含潤滑油的壓輥并使得壓輥可在傳力座上轉動。壓輥作用于多尺度巖石剪切盒上部的支撐塊接觸面上；傳力座前后兩端分別與導桿通過連接件固定，導桿上安裝有兩個導桿座，導桿座固定在立柱上。

更進一步，所述水平向支撐測力機構包括水平向第二測力傳感器和支撐架，所述水平向第二測力傳感器一端固定在右側立柱上，水平向第二測力傳感器另一端和支撐架連接，支撐架前后兩端各設置一個支撐頭并作用于下部多尺度巖石剪切盒的支撐塊接觸面上。

所述垂向加載機構包括垂向作動器、垂向測力傳感器、垂向鉸鏈關節、加載板、滑動導軌塊、垂向導軌、鋼絲繩和移動板，垂向作動器固定在橫梁上，垂向測力傳感器一端與垂向作動器活塞桿連接，垂向測力傳感器另一端與加載板通過垂向鉸鏈關節連接，加載板右側與安裝在右側立柱上的垂向導軌連接以抵消切向力的影響。加載板底部安裝一組滑動導軌塊，導軌塊下方的移動板通過鋼絲繩連接到加載板上。

所述試樣安裝臺包括剪切盒固定座、移動臺、水平向導軌和移動小車，下部的多尺度試樣剪切盒通過剪切盒固定座固定在移動臺上，移動臺安裝在水平向導軌上；水平向導軌安裝在移動小車上。移動小車安裝有液壓缸驅動的伸縮輪，所述伸縮輪可沿著試樣安裝架兩側的限位槽中移動，伸縮輪縮回后移動小車安放在支撐臺上。

本實用新型的技術構思為：常規直剪儀由于載荷一般無法達到巖石剪切斷裂，同時巖石斷裂后出現的結構面可能存在起伏度很大的情況，這對水平向測力傳感器的要求很高，即在水平向測力傳感器承受較大的彎矩下如何保證水平向加載精度，同時巖石剪切斷裂后切向加載頭可能碰到巖石試樣而被迫試驗終止。而一般的萬能試驗機只有一個方向的拉壓載荷，很難模擬實際巖石剪斷情況。另外對多尺度的巖石試樣如何放置到剪切盒中也是需要解決的重要問題。對巖石的抗剪斷強度參數的獲取對研究巖石的力學性能非常重要，基于此提出了一種巖石抗剪斷強度尺寸效應試驗機。它針對多尺度巖石的高載荷下滿足抗剪斷強度測試的精度要求，滿足國際巖石力學學會推薦的水平向加載中心線與水平向支撐中心線盡可能一致的要求，滿足多尺度巖石試樣的安裝要求。根據不同尺度的巖石試樣尺寸要求通過調整安裝盒的寬度和高度將各試樣安裝在同一個多尺度巖石剪切盒中，并且多尺度巖石試樣的中部始終位于水平向的加載中心線。水平向加載時通過加載在上部多尺度巖石剪切盒兩側的支撐塊上，水平向支撐在下部多尺度巖石剪切盒兩側的支撐塊上，支撐點和加載頭位于同一水平線上。水平向設置了兩個測力傳感器，其中一個為不受彎矩的支撐傳感器，另一個為與加載作動器連接，與多尺度巖石剪切盒底部固定的平板下方安裝有導軌，因此支撐傳感器可作為主要水平向測力傳感器。垂向加載機構的加載板下部安裝了導軌塊以減少剪斷后的摩擦力，并在立柱上設置了導軌以支撐法向力，從而保護垂向作動器和保證垂向測力傳感器的精度。

本實用新型具有的有益效果：1、有效滿足高載荷下高精度抗剪斷測試、可靠性良好；2、本試驗機的剪切機理很符合國際巖石力學推薦的直剪測試要求；3.本試驗機適應性強，適合不同尺寸規格的多尺度巖石試樣測試要求。

附圖說明

圖1為滿足不同尺寸規格的巖石抗剪斷強度測試試驗裝置的主視圖。

圖2為框架主視圖。

圖3為多尺度巖石剪切盒俯視圖。

圖4為多尺度巖石剪切盒主視剖視圖。

圖5為水平向剪切機構俯視圖。

圖6為水平向支撐測力機構俯視圖。

圖7為垂向加載機構主視圖。

圖8為試樣安裝臺主視圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本實用新型作進一步描述。

參照圖1～圖8，一種滿足不同尺寸規格的巖石抗剪斷強度測試試驗裝置，包括框架1、多尺度巖石剪切盒3、水平向加載機構2、水平向支撐測力機構6、垂向加載機構7和試樣安裝臺5，所述多尺度巖石剪切盒3分為上下兩部分并安裝巖石試樣4，多尺度巖石剪切盒3安裝在試樣安裝臺5上，水平向加載機構2和水平向支撐測力機構6分別位于多尺度巖石剪切盒3兩側并安裝在框架1兩側的立柱上，水平向加載機構2加載于多尺度巖石剪切盒3的上部，水平向支撐測力機構6支撐多尺度巖石剪切盒3的下部，同時水平向加載機構2施力中心線和水平向支撐測力機構6支撐中心線一致。垂向加載機構7位于多尺度巖石剪切盒3上方并安裝在框架1的橫梁上。

所述框架1包括立柱11、橫梁12和平臺13。平臺13和橫梁12兩側安裝立柱11，橫梁13位于立柱11上方。

所述的多尺度巖石剪切盒3分為結構相同的剪切盒上部和下部，其中剪切盒下部主要由短側板31、長側板32、支撐板33、試樣盒34、高度調整板35、支撐軸36、支撐塊37和底板38組成。短側板31安裝在底板38左右兩側，長側板32安裝在底板38前后兩側，短側板31和長側板32互相通過螺栓固定。長側板32上設置n條直槽，前后長側板32的左右對稱位置的直槽內分別安裝兩個支撐板33并通過三角形連接件固定，根據巖石試樣大小設置的試樣盒34固定在兩個支撐板33上，其底部安裝配套高度調整板35，高度調整板35的高度通過螺母固定在階梯形的多個支撐軸36的相應高度，支撐軸36固定在底板的螺紋孔上。

所述的水平向剪切機構主要由切向作動器21、水平向第一測力傳感器22、水平向鉸鏈關節29、施力架23、傳力座24、壓輥25、導桿26、導桿座27和連接件28組成。切向作動器21固定于左側立柱11的中部，水平向第一測力傳感器22一端與切向作動器21活塞桿固定，水平向第一測力傳感器22另一端與施力架23通過水平向鉸鏈關節29連接。施力架23前后兩端設置兩個加載頭并分別安裝傳力座24，傳力座24上安裝有含潤滑油的壓輥25并使得壓輥25可在傳力座24上轉動。壓輥25作用于多尺度巖石剪切盒上部的支撐塊37接觸面上。傳力座24前后兩端分別與導桿26通過連接件28固定，導桿26上安裝有兩個導桿座27，導桿座27固定在立柱11上。

所述的水平向支撐測力機構主要由水平向第二測力傳感器63、水平向第二鉸鏈關節62和支撐架61組成，水平向第二測力傳感器63一端固定在右側立柱11上，水平向第二測力傳感器63另一端和支撐架63通過水平向第二鉸鏈關節62連接，支撐架61前后兩端各設置一個支撐頭并作用于下部多尺度巖石剪切盒3的支撐塊37接觸面上。

所述的垂向加載機構7主要由垂向作動器71、垂向測力傳感器72、垂向鉸鏈關節73、加載板74、滑動導軌塊75、垂向導軌76、鋼絲繩77和移動板78組成。垂向作動器71固定在橫梁12上，垂向測力傳感器72一端與垂向作動器71活塞桿連接，垂向測力傳感器72另一端與加載板74通過垂向鉸鏈關節73連接，加載板74右側與安裝在右側立柱11上的垂向導軌76連接以抵消切向力的影響。加載板74底部安裝一組滑動導軌塊75，導軌塊下方的移動板78通過鋼絲繩77連接到加載板74上。

所述的試樣安裝臺主要由剪切盒固定座51、移動臺52、水平向導軌53、移動小車54、支撐臺55和試樣安裝架56組成。下部的多尺度試樣剪切盒3通過剪切盒固定座51固定在移動臺52上，移動臺52安裝在水平向導軌53上。水平向導軌53安裝在移動小車54上，移動小車54安裝有液壓缸驅動的伸縮輪，它可沿著試樣安裝架56兩側的限位槽中移動，伸縮輪縮回后移動小車54安放在支撐臺55上。

本實施例的工作過程如下：根據多尺度巖石試樣4的尺度選用試樣盒34和高度調整板35，多尺度巖石剪切盒3中兩個支撐板33位置并固定，安裝4個支撐軸36到底板38上，安裝高度調整板35到支撐軸36相應的高度上并用螺母固定，安裝試樣盒34到高度調整板35上并固定到支撐板33上。安裝多尺度巖石試樣4到試樣盒34內，同樣過程安裝多尺度巖石剪切盒3的上部并將其安裝到多尺度巖石剪切盒3的下部，使得巖石試樣剛好位于上部的試樣盒34中，另外上部的支撐塊37位于左端，下部的支撐塊37位于右端。將安裝巖石試樣的多尺度巖石剪切盒3安裝到試樣安裝臺5的移動臺52上并通過剪切盒固定座51固定，其中移動臺52位于移動小車54上面，移動小車54沿著試樣安裝架56移動框架試驗空間內，移動小車54，伸縮輪縮回后移動小車54安放在支撐臺55上。水平向支撐測力機構6支撐多尺度巖石剪切盒3下部的支撐塊37上，垂向加載機構7施加垂向荷載，水平向加載機構2施加載荷到多尺度巖石剪切盒3上部的支撐塊37上，直到巖石試樣斷裂產生一定位移后試驗結束。