CN108645718A - 一种岩石多功能剪切实验测试装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种岩石多功能剪切实验测试装置，纵向加载框架布置在基座上，垂直千斤顶安装于纵向加载框架的对应处，基座上设置有第一安装板和第二安装板，下剪切盒固定安装于基座对应处，且下剪切盒的一个侧面与第一安装板固定连接，上剪切盒布置在下剪切盒上，上剪切盒与所述下剪切盒为滑动连接；垂直千斤顶的活塞伸出杆上设置有压盘，压盘压在上剪切盒的上端面上；水平千斤顶设置在第二安装板上，水平千斤顶的活塞伸出杆指向上剪切盒，水平千斤顶的活塞伸出杆上设置有推头，推头抵住上剪切盒靠近第二安装板的侧面。防止了试样受挤压变形会产生弯矩，克服了现有技术中试验时受力点不易保持在中心的缺陷，提高了岩石剪切数据的准确性。

Description

一种岩石多功能剪切实验测试装置
技术领域
本发明涉及岩石剪切实验技术领域，尤其涉及一种岩石多功能剪切实验测试装置。
背景技术
岩石剪切试验是测定岩石和岩体抗剪强度指标的试验，按试验条件可分为室内剪切试验和原位剪切试验，根据不同地质条件和工程实际情况要求，岩石(体)的剪切试验又可分为抗切试验、摩擦试验和抗剪断试验。目前，普通的直剪试验主要在无围压的条件下进行，可以获得固定的单一破坏面的剪切强度，但是试验时的受力点不易保持在中心，弯矩变化过大容易易导致岩石发生扭断而不是纯剪切，这样会影响试验数据的准确性，无法获得岩石剪切的真实数据。因此，现有技术有待于更进一步的改进和发展。
发明内容
鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种岩石多功能剪切实验测试装置，以克服现有技术中试验时受力点不易保持在中心，弯矩易导致岩石发生扭断而不是纯剪切的缺陷。
为解决上述技术问题，本发明方案包括：
一种岩石多功能剪切实验测试装置，其包括纵向加载框架、基座、垂直千斤顶、水平千斤顶、上剪切盒、下剪切盒，纵向加载框架布置在基座上，垂直千斤顶安装于纵向加载框架的对应处，基座上设置有第一安装板和第二安装板，下剪切盒固定安装于基座对应处，且下剪切盒的一个侧面与第一安装板固定连接，上剪切盒布置在下剪切盒上，上剪切盒与所述下剪切盒为滑动连接；
垂直千斤顶的活塞伸出杆上设置有压盘，压盘压在上剪切盒的上端面上；水平千斤顶设置在第二安装板上，水平千斤顶的活塞伸出杆指向上剪切盒，水平千斤顶的活塞伸出杆上设置有推头，推头抵住上剪切盒靠近第二安装板的侧面；
水平千斤顶推动上剪切盒，使上剪切盒相对下剪切盒做滑动，此时垂直千斤顶压住上剪切盒的上端面，通过不断加载水平千斤顶与载垂直千斤顶，使剪切盒内的试样始终受到剪切力，且受剪切力的作用面始终位于上剪切盒、下剪切盒的接触面。
所述的岩石多功能剪切实验测试装置，其中，上述上剪切盒的底端设置有凹槽，下剪切盒的顶端在与凹槽对应处设置有凸起的滑条，滑条布置在凹槽内，凹槽与滑条相适配。
所述的岩石多功能剪切实验测试装置，其中，上述上剪切盒在靠近第二安装板的侧面设置有挡块，该挡块呈“┒”状，挡块的水平部指向凹槽，用于向上剪切盒施加水平压力，挡块之竖直部的下端向基座方向延伸，延伸过上剪切盒与下剪切盒的接触面，挡块之竖直部与上述推头固定连接。
所述的岩石多功能剪切实验测试装置，其中，上述上剪切盒和下剪切盒内均设置有第一方孔，两者相适配，上剪切盒的第一方孔内设置有第一隔套，下剪切盒的第一方孔内设置有第二隔套，第一隔套和第二隔套相配合，在上剪切盒和下剪切盒内形成第二方孔，第二方孔用于布置试样。
所述的岩石多功能剪切实验测试装置，其中，上述上剪切盒顶端设置有孔，该孔内设置有盖板，盖板兼作上剪切盒的上端面，盖板上设置有垂直位移传感器，上剪切盒在靠近第二安装板的侧面上设置有水平位移传感器。
所述的岩石多功能剪切实验测试装置，其中，上述垂直千斤顶的活塞伸出杆上设置有垂直压力传感器，水平千斤顶的活塞伸出杆上设置有水平压力传感器。
所述的岩石多功能剪切实验测试装置，其中，上述基座上设置有第一手动油泵和第二手动油泵，第一手动油泵与水平千斤顶通过对应的油管相连通；第二手动油泵与垂直千斤顶通过对应的油管相连通。
所述的岩石多功能剪切实验测试装置，其中，上述压盘与上剪切盒之上端面相接触的底面为球形。
所述的岩石多功能剪切实验测试装置，其中，上述纵向加载框架包括四根立柱和顶板，四根立柱与基座为可拆卸连接，四根立柱与顶板为螺纹连接，并设置有螺母紧固，顶板的中心与四根立柱形成之矩形框的中心重合，顶板上设置有安装孔，垂直千斤顶通过安装孔固定连接在顶板的中心位置，上剪切盒的中心、下剪切盒的中心与四根立柱形成之矩形框的中心重合，使上剪切盒和下剪切盒的中心线与垂直千斤顶的中心线相重合。
本发明提供的一种岩石多功能剪切实验测试装置，将待测试的试样岩石块放置于下剪切盒内，盖上上剪切盒，当加载水平千斤顶时，水平千斤顶的活塞伸出杆上的推头抵住上剪切盒的对应侧面，推动上剪切盒，使上剪切盒相对于下剪切盒做滑动，此时垂直千斤顶的活塞伸出杆上的压盘压住上剪切盒的上端面，防止了试样受挤压变形会产生弯矩，通过不断加载水平千斤顶，同时也不断加载垂直千斤顶，使试样始终在剪切盒内受到剪切力，受剪切力的作用面始终在上、下剪切盒的接触面，确保试验数据的准确性，克服了现有技术中试验时受力点不易保持在中心，弯矩易导致岩石发生扭断而不是纯剪切的缺陷，提高了岩石剪切数据的准确性。
附图说明
图1为本发明之第一种实施方式中提供的岩石多功能剪切实验测试装置的示意图；
图2为图1所示的俯视图；
图3为图1所示的C-C剖视图；
图4为本发明之第二种实施方式中提供的岩石多功能剪切实验测试装置的示意图；
图5为上、下剪切盒的结构示意图；
图6为图5所示的A-A剖视图；
图7为下剪切盒的俯视结构示意图；
其中，11-纵向加载框架；12-基座；13-垂直千斤顶；14-水平千斤顶；15-上剪切盒；16-下剪切盒；17-第一安装板；18-第二安装板；19-压盘；20-推头；21-滑条；22-凹槽；23-挡块；25-第一方孔；26-第一隔套；27-第二隔套；28-第二方孔；29-孔；30-盖板；31-垂直位移传感器；32-水平位移传感器；33-垂直压力传感器；34-水平压力传感器；35-第一手动油泵；36-第二手动油泵；37-油管。
具体实施方式
本发明提供了一种岩石多功能剪切实验测试装置，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明提供了一种岩石多功能剪切实验测试装置，如图1、图2与图3所示的，其包括纵向加载框架11、基座12、垂直千斤顶13、水平千斤顶14、上剪切盒15、下剪切盒16，纵向加载框架11布置在基座12上，基座12可以采用平台等技术方式，比如纵向加载框架11呈垂直状态安装于基座12上。垂直千斤顶13安装在纵向加载框架11，具体的是，垂直千斤顶13可以安装在纵向加载框架11之顶板的正中心上。基座12上固定连接有第一安装板17和第二安装板18，下剪切盒16固定安装于基座12上，且下剪切盒16的对应侧面与第一安装板17固定连接。上剪切盒15安装于下剪切盒16上，上剪切盒15与下剪切盒16相适配，两者扣合在一起形成用于放置试样岩石块的容纳空间，上剪切盒15与下剪切盒16为滑动连接；水平千斤顶14安装于第二安装板18上，垂直千斤顶13的活塞伸出杆上设置有压盘19，压盘19压住上剪切盒15的上端面；水平千斤顶14的活塞伸出杆上设置有推头20，推头20抵住所述上剪切盒15靠近第二安装板18的对应侧面。将测试的试样岩石块放置于下剪切盒16内，盖上上剪切盒15，当加载水平千斤顶14时，水平千斤顶14的活塞伸出杆上的推头20抵住上剪切盒15的侧面，推动上剪切盒15，使上剪切盒15相对下剪切盒16做滑动，此时垂直千斤顶13的活塞伸出杆上的压盘19压住上剪切盒15，防止了试样受挤压变形会产生弯矩。通过不断加载水平千斤顶14，同时也不断加载垂直千斤顶13，使试样始终在剪切盒内受到剪切力，受剪切力的作用面始终在上、下剪切盒的接触面，确保试验数据的准确性。
更进一步的，纵向加载框架11可设计为：纵向加载框架11包括四根立柱和顶板，四根立柱与基座为可拆卸连接，四根立柱与顶板为螺纹连接，并设置有螺母紧固。顶板的中心与四根立柱形成之矩形框的中心重合，顶板上设置有安装孔，垂直千斤顶13通过安装孔固定连接在顶板的中心位置。下剪切盒16固定在基座上时，下剪切盒16的中心定位在四根立柱形成之矩形框的中心位置，这样就能保证上剪切盒15和下剪切盒16的中心线与垂直千斤顶13的中心线相重合，以保证垂直千斤顶13的压盘19始终作用在试样的中心线上。
在本发明的另一较佳实施例中，如图5、图6与图7所示的，下剪切盒16的顶端设置有凸起的滑条21，滑条21垂直于所述第一安装板17；上剪切盒的底端设置有凹槽22，滑条21布置在凹槽22内，凹槽22与所述滑条21相配合。滑条21的方向平行于水平千斤顶14的推力方向，通过凹槽22与滑条21相配合，对上剪切盒15、下剪切盒16的滑动方向具有导向作用，使试样岩石块始终在剪切盒内受到平稳的剪切力，试样的受力作用面不变，确保了试验数据的准确性。
更进一步的，上剪切盒15靠近所述第二安装板18的侧面设置有挡块23，挡块23呈“┒”状，挡块23的水平部指向凹槽，即其水平部垂直于所述凹槽22，用于向上剪切盒15施加水平压力，挡块23之竖直部的下端向基座12方向延伸，延伸过上剪切盒15与下剪切盒16的接触面，挡块23之竖直部与上述推头20固定连接。当试样岩石块受到剪切力完全破坏时，挡块23此时已抵住下剪切盒16的侧面，提醒停止加载水平千斤顶14，否则会对试验器具造成损坏，确保了试验过程中的安全。
更进一步的，上剪切盒15和下剪切盒16内均设置有第一方孔25，上剪切盒15的第一方孔25内设置有第一隔套26，下剪切盒16的第一方孔25内设置有第二隔套27，第一隔套26和第二隔套27相配合，在上剪切盒15和下剪切盒16内形成第二方孔28，第二方孔28用于布置试样岩石块。当在上剪切盒15和下剪切盒16内设置第一隔套26和第二隔套27时，适用于国内钻机普遍采集的横断面为50mm×50mm直方柱体作为试样试验时使用，同时也适用于完整岩石(规则试样)Ф＝50mm尺寸圆柱体的使用，即将试样直接放入第二方孔28内即可操作做剪切试验；当完整岩石(规则试样)为Ф＝56mm、71.5mm、90mm等尺寸的圆柱体时，则更换第一隔套26和第二隔套27即可满足使用；也可以使用隔条垫在试样的四周来代替隔套的使用，使本发明的岩石多功能剪切实验测试装置能够适用于不同尺寸的试样岩石块。
同样，上剪切盒15和下剪切盒16也适用于结构面与软弱岩石(不规则试样)的直剪试验，试样的尺寸为长度L≤160mm，宽度W≤140mm，高度H≤160mm，通过在第一方孔25内使用隔条垫在试样的四周来满足使用。
而且上剪切盒15顶端设置有孔29，该孔29内设置有盖板30，盖板30兼作上剪切盒15的上端面，在放置有相应试样岩石块时，盖板30会高出上剪切盒15的上部。盖板30上设置有垂直位移传感器31，上剪切盒15靠近所述第二安装板18的侧面设置有水平位移传感器32。垂直千斤顶13的活塞伸出杆上设置有垂直压力传感器33，水平千斤顶14的活塞伸出杆上设置有水平压力传感器34。通过将位移传感器和压力传感器检测到的信号发送到处理器，处理器经过处理后在显示器上实时显示数据，方便试验者读数记录。
更进一步的，基座12上设置有第一手动油泵35和第二手动油泵36，第一手动油泵35与水平千斤顶14通过对应的油管37连接；第二手动油泵36与垂直千斤顶13通过对应的油管37连接。垂直千斤顶13和水平千斤顶14可以选用最大出力500KN(50吨)的液压千斤顶，通过操作手动油泵，逐级加载千斤顶的工作载荷，方便试验者操作。
如图4所示的，上述压盘19与上剪切盒15之上端面相接触的底面为球形，当需要做单轴压缩变形试验、抗拉强度试验和单轴抗压强度等试验时，由于试样的端面有可能不平整，压盘19的底面为球形，这样在加载试验时保证了试样受力中心的稳定，当然压盘19的断面也可以采用柱体、棱台形等技术方式。
为了更进一步描述本发明，以下列举更为详尽的实施例进行说明。
实施例1
岩石剪切实验测试装置的工作原理：
一、将测试的试样岩石块放置于下剪切盒16内，盖上上剪切盒15。
二、通过操作第一手动油泵35手动加载水平千斤顶14，水平千斤顶14的活塞伸出杆上的推头20抵住所述上剪切盒15的侧面挡块23。
三、通过操作第二手动油泵36手动加载垂直千斤顶13，此时垂直千斤顶13的活塞伸出杆上的压盘19压住上剪切盒15的盖板30。
四、纵向载荷从0开始分级加载，每次增加相同等级，手动操作第二手动油泵36，加载速度缓慢匀速进行，使垂直千斤顶13的工作载荷达到一定数值，此时记录显示屏上显示的工作载荷值。
五、操作第一手动油泵35，加载速度缓慢匀速进行，使水平千斤顶14的工作载荷达到一定数值；加载步骤按标准要求进行，同时记录显示屏上显示的工作载荷值和水平位移值，并及时记录垂直位移值，按标准计算试验结果。
实施例2
岩石单轴抗压强度试验实验测试装置的工作原理：
本项试验仅使用垂直千斤顶13和下剪切盒16，如图4所示的，在该装置安装时，保证垂直千斤顶13的中心线与下剪切盒16的中心线相重合，以保证垂直千斤顶13的压盘19始终作用在试样的中心线上。此时将压盘19更换为底面为球形的压盘，将试样放入所述下剪切盒16的第一方孔25内；操作第二手动油泵36使垂直千斤顶13缓慢匀速加载，加载步骤按标准要求进行，直至试样破坏，同时记录显示屏上显示的工作载荷值，按标准规定计算抗压强度。
本发明提供的岩石多功能剪切实验测试装置无需更换夹具即可实现单轴压缩变形试验、抗拉强度试验的操作；在该装置安装时，保证垂直千斤顶13的中心线与下剪切盒16的中心线相重合，以保证垂直千斤顶13的压盘19始终作用在试样的中心线上，这样在每次做试验时无需更换夹具以及节省了后续更换夹具需调试夹具对准压盘的繁琐工作。
本发明提供的岩石多功能剪切实验测试装置，具有设计合理，结构紧凑，体积小，重量轻，可拆卸装箱，便于搬运，现场易安装，使用简便，试验快捷，维修方便，售价低等特点，故能广泛适用于工程地质勘察队、测试队和大专院校、科研单位的现场试验，拓展了其应用空间。
当然，以上说明仅仅为本发明的较佳实施例，本发明并不限于列举上述实施例，应当说明的是，任何熟悉本领域的技术人员在本说明书的教导下，所做出的所有等同替代、明显变形形式，均落在本说明书的实质范围之内，理应受到本发明的保护。

Claims (9)

1.一种岩石多功能剪切实验测试装置，特征在于，其包括纵向加载框架、基座、垂直千斤顶、水平千斤顶、上剪切盒、下剪切盒，纵向加载框架布置在基座上，垂直千斤顶安装于纵向加载框架的对应处，基座上设置有第一安装板和第二安装板，下剪切盒固定安装于基座对应处，且下剪切盒的一个侧面与第一安装板固定连接，上剪切盒布置在下剪切盒上，上剪切盒与所述下剪切盒为滑动连接；
垂直千斤顶的活塞伸出杆上设置有压盘，压盘压在上剪切盒的上端面上；水平千斤顶设置在第二安装板上，水平千斤顶的活塞伸出杆指向上剪切盒，水平千斤顶的活塞伸出杆上设置有推头，推头抵住上剪切盒靠近第二安装板的侧面；
水平千斤顶推动上剪切盒，使上剪切盒相对下剪切盒做滑动，此时垂直千斤顶压住上剪切盒的上端面，通过不断加载水平千斤顶与载垂直千斤顶，使剪切盒内的试样始终受到剪切力，且受剪切力的作用面始终位于上剪切盒、下剪切盒的接触面。
2.根据权利要求1所述的岩石多功能剪切实验测试装置，其特征在于，上述上剪切盒的底端设置有凹槽，下剪切盒的顶端在与凹槽对应处设置有凸起的滑条，滑条布置在凹槽内，凹槽与滑条相适配。
3.根据权利要求2所述的岩石多功能剪切实验测试装置，其特征在于，上述上剪切盒在靠近第二安装板的侧面设置有挡块，该挡块呈“┒”状，挡块的水平部指向凹槽，用于向上剪切盒施加水平压力，挡块之竖直部的下端向基座方向延伸，延伸过上剪切盒与下剪切盒的接触面，挡块之竖直部与上述推头固定连接。
4.根据权利要求1所述的岩石多功能剪切实验测试装置，其特征在于，上述上剪切盒和下剪切盒内均设置有第一方孔，两者相适配，上剪切盒的第一方孔内设置有第一隔套，下剪切盒的第一方孔内设置有第二隔套，第一隔套和第二隔套相配合，在上剪切盒和下剪切盒内形成第二方孔，第二方孔用于布置试样。
5.根据权利要求1所述的岩石多功能剪切实验测试装置，其特征在于，上述上剪切盒顶端设置有孔，该孔内设置有盖板，盖板兼作上剪切盒的上端面，盖板上设置有垂直位移传感器，上剪切盒在靠近第二安装板的侧面上设置有水平位移传感器。
6.根据权利要求1所述的岩石多功能剪切实验测试装置，其特征在于，上述垂直千斤顶的活塞伸出杆上设置有垂直压力传感器，水平千斤顶的活塞伸出杆上设置有水平压力传感器。
7.根据权利要求1所述的岩石多功能剪切实验测试装置，其特征在于，上述基座上设置有第一手动油泵和第二手动油泵，第一手动油泵与水平千斤顶通过对应的油管相连通；第二手动油泵与垂直千斤顶通过对应的油管相连通。
8.根据权利要求1所述的岩石多功能剪切实验测试装置，其特征在于，上述压盘与上剪切盒之上端面相接触的底面为球形。
9.根据权利要求1所述的岩石多功能剪切实验测试装置，其特征在于，上述纵向加载框架包括四根立柱和顶板，四根立柱与基座为可拆卸连接，四根立柱与顶板为螺纹连接，并设置有螺母紧固，顶板的中心与四根立柱形成之矩形框的中心重合，顶板上设置有安装孔，垂直千斤顶通过安装孔固定连接在顶板的中心位置，上剪切盒的中心、下剪切盒的中心与四根立柱形成之矩形框的中心重合，使上剪切盒和下剪切盒的中心线与垂直千斤顶的中心线相重合。
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