一種巖石結(jié)構(gòu)面雙向剪切裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種巖石結(jié)構(gòu)面雙向剪切裝置。該裝置包括試件、加熱裝置、壓板裝置、輥組裝置、加載裝置、數(shù)據(jù)采集裝置及底座。所述試件為以巖石結(jié)構(gòu)面為界的上、下盤巖塊；所述加載裝置分為法向壓力加載裝置和雙向剪切力加載裝置；所述壓板裝置為上、下、左、右四塊壓板，所述下壓板置于底座上；所述輥組裝置包括四個壓輥組，將加載裝置和壓板裝置連接起來，減少試件和加載裝置之間的摩擦；所述加熱裝置對試件進(jìn)行加熱，通過控制加熱孔內(nèi)硅油的溫度實現(xiàn)對巖石結(jié)構(gòu)面上、下盤巖塊的加熱；所述數(shù)據(jù)采集裝置實現(xiàn)對壓力、位移和溫度的數(shù)據(jù)采集。本實用新型能實現(xiàn)對巖石結(jié)構(gòu)面試件的雙向剪切，且能實現(xiàn)對不同溫度下巖石結(jié)構(gòu)面的剪切特性的研究。
【專利說明】—種巖石結(jié)構(gòu)面雙向剪切裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及巖石結(jié)構(gòu)面的剪切，具體涉及一種巖石結(jié)構(gòu)面雙向剪切裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]巖石結(jié)構(gòu)面是邊坡工程、壩基工程、采礦工程中普遍存在的介質(zhì)，巖體內(nèi)部大量不連續(xù)面影響并決定巖體的物理力學(xué)性質(zhì)，通過剪切試驗來了解巖石結(jié)構(gòu)面的力學(xué)及其變形特征，為各種巖體工程的設(shè)計及其建造提供重要的依據(jù)。
[0003]剪切強(qiáng)度試驗分為非限制性強(qiáng)度剪切試驗和限制性剪切強(qiáng)度試驗。非限制性強(qiáng)度剪切試驗在剪切面上只有剪應(yīng)力存在，沒有正應(yīng)力存在；限制性強(qiáng)度剪切試驗在剪切面上除了剪應(yīng)力外，還存在正應(yīng)力。較為常用的為限制性強(qiáng)度剪切試驗，由于施加法向壓力的壓板與巖石試樣之間存在摩擦，因此所測剪切強(qiáng)度為巖石試樣實際剪切強(qiáng)度與壓板和試樣之間摩擦力之和。
[0004]由于沒有統(tǒng)一的剪切試驗機(jī)的制造標(biāo)準(zhǔn)，出現(xiàn)了眾多巖石結(jié)構(gòu)面剪切裝置，這些剪切裝置普遍是沿用巖石剪切裝置，同時，對試驗裝置的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改進(jìn)，但是巖石結(jié)構(gòu)面剪切與單純的巖石剪切又存在不同之處，即巖石結(jié)構(gòu)面在剪切過程中，巖石結(jié)構(gòu)面試樣不僅在剪切方向會產(chǎn)生相對滑動，而且在法線方向也會產(chǎn)生向上的位移，即剪脹位移。普通的巖石剪切試驗裝置由于施加剪力的壓板和巖塊表面直接接觸，壓板和巖塊表面之間的摩擦力較大，巖塊不能在壓板表面自由移動，從而限制了結(jié)構(gòu)面巖塊的上下移動，得到的巖石結(jié)構(gòu)面的剪脹位移量失真。因此，普通巖石剪切試驗裝置不適用于研究巖石結(jié)構(gòu)面的剪脹特性。
[0005]傳統(tǒng)的巖石結(jié)構(gòu)面的剪切裝置均為單向剪切裝置，一般限制巖石結(jié)構(gòu)面的下盤巖塊，即保持巖石結(jié)構(gòu)面的下盤巖塊不動，而對巖石結(jié)構(gòu)面的上盤巖塊的上表面施加法向壓力，同時對上盤巖塊的側(cè)面施加剪切力，使巖石結(jié)構(gòu)面上盤巖塊在下盤巖塊基底上發(fā)生相對的剪切變形，通過分析剪切力和剪切位移的關(guān)系，得到巖石結(jié)構(gòu)面的抗剪強(qiáng)度和剪切力學(xué)特性。而巖體工程的失穩(wěn)過程往往表現(xiàn)為巖石結(jié)構(gòu)面上、下盤的同時運(yùn)動，如地震作用下巖石結(jié)構(gòu)面的錯動滑移。研究巖石結(jié)構(gòu)面上盤和下盤同時受剪時的力學(xué)特性需要研制巖石結(jié)構(gòu)面雙向剪切的試驗裝置。
[0006]巖石在不同溫度條件下表現(xiàn)出不同的巖石力學(xué)性質(zhì)，因此，在不同溫度條件下巖石結(jié)構(gòu)面剪切必將呈現(xiàn)出不同的力學(xué)性質(zhì)及剪張效應(yīng)，目前眾多的試驗均未涉及到不同溫度條件下巖石剪切試驗機(jī)的研制。
實用新型內(nèi)容
[0007]針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述技術(shù)問題，本實用新型提出了一種雙向剪切的巖石結(jié)構(gòu)面剪切裝置。
[0008]本實用新型解決上述技術(shù)問題采用的技術(shù)方案如下:
[0009]一種巖石結(jié)構(gòu)面雙向剪切裝置，包括試件、加熱裝置、壓板裝置、加載裝置、數(shù)據(jù)采集裝置及底座；所述試件為以巖石結(jié)構(gòu)面為界的上盤巖塊和下盤巖塊；所述壓板裝置包覆所述試件，包括上、下、左、右四塊壓板，所述上、下壓板平行正對設(shè)置，所述左、右壓板平行錯開設(shè)置，所述下壓板置于底座上，所述上壓板與左壓板、下壓板與右壓板分別通過螺栓連接成7字形；所述加載裝置分為法向壓力加載裝置和雙向剪切力加載裝置，所述法向壓力加載裝置對試件施加法向壓力，所述雙向剪切力加載裝置對試件施加左、右雙向剪切力；所述加熱裝置對試件進(jìn)行加熱；所述數(shù)據(jù)采集裝置對試件溫度、法向壓力、法向剪脹位移、力口載剪切位移速率、剪切力及剪切位移進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。
[0010]上述的巖石結(jié)構(gòu)面雙向剪切裝置中，所述加熱裝置包括上、下盤巖塊內(nèi)未透穿的加熱孔及與之匹配的中間帶加熱棒的橡膠塞，所述橡膠塞通過鋼條夾緊，所述鋼條通過螺栓固定在巖塊表面。
[0011]上述的巖石結(jié)構(gòu)面雙向剪切裝置中，所述法向壓力加載裝置包括上壓頭、液壓缸及加載活塞，所述上壓頭位于上壓板正上方，與液壓缸連接，加載活塞位于液壓缸內(nèi)。
[0012]上述的巖石結(jié)構(gòu)面雙向剪切裝置中，所述雙向剪切力加載裝置包括相對設(shè)置的左、右剪切力加載裝置，所述左剪切力加載裝置包括從左至右依次連接的第一伺服電機(jī)、第一減速機(jī)、第一滾珠絲杠、第一滾珠絲杠缸及左壓頭，所述左壓頭位于左壓板正左方；所述右剪切力加載裝置包括從右至左依次連接第二伺服電機(jī)、第二減速機(jī)、第二滾珠絲杠、第二滾珠絲杠缸及右壓頭，所述右壓頭位于右壓板正右方；所述加載裝置固定于反力架上。
[0013]上述的巖石結(jié)構(gòu)面雙向剪切裝置中，所述數(shù)據(jù)采集裝置包括電腦控制器及與其相連的第一壓力傳感器、第二壓力傳感器、第三壓力傳感器、第一位移引伸計LVDT、第二位移引伸計LVDT及溫度傳感器，所述第一壓力傳感器位于加載活塞與上壓頭之間，所述第二壓力傳感器位于左壓頭和第一滾珠絲杠缸之間，所述第三壓力傳感器位于右壓頭和第二滾珠絲杠缸之間，所述第一位移引伸計LVDT位于上壓頭左上端，所述第二位移引伸計LVDT位于上壓頭右上端，所述溫度傳感器位于上、下盤巖塊上。
[0014]上述的巖石結(jié)構(gòu)面雙向剪切裝置中，還包括輥組裝置，所述輥組裝置包括上、下、左、右四個壓輥組，所述上壓輥組位于上壓頭與上壓板之間，所述下壓輥組位于下壓板和底座之間，所述左壓輥組位于左壓頭與左壓板之間，所述右壓輥組位于右壓頭與右壓板之間。
[0015]本實用新型的有益效果在于:
[0016](I)本實用新型設(shè)置雙向加載裝置，能對巖石結(jié)構(gòu)面的上、下盤巖塊同時施加剪切力得到雙向剪切下巖石結(jié)構(gòu)面的抗剪強(qiáng)度和剪切特性。
[0017](2)本實用新型設(shè)置加熱裝置，能夠獲得不同溫度條件下的巖石結(jié)構(gòu)面剪切特性。
[0018](3)本實用新型設(shè)置左右壓輥組，允許巖石結(jié)構(gòu)面的上、下盤巖塊通過壓輥組自由上下移動，從而準(zhǔn)確得到巖石結(jié)構(gòu)面剪切過程中的法向位移，即剪脹位移。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1為本實用新型的裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]圖中:1、反力架,2、液壓缸,3、加載活塞,4、第一壓力傳感器,5、橡膠塞,6、第一位移引伸計LVDT，7、第二位移引伸計LVDT，8、上壓頭，9、上壓輥組，10、上壓板，11、左壓板，12、左壓輥組，13、第二滾珠絲杠缸，14、左壓頭，15、第二壓力傳感器，16、第一滾珠絲杠，17、下壓棍組，18、第一伺服電機(jī)，19、鋼條,20、加熱孔,21、巖石結(jié)構(gòu)面,22、下壓板,23、右壓板，24、右壓輥組，25、加熱棒，26、右壓頭，27、第三壓力傳感器，28、第二滾珠絲杠，29、底座，30、第二伺服電機(jī)，31、電腦控制器，32、巖石結(jié)構(gòu)面下盤巖塊,33、巖石結(jié)構(gòu)面上盤巖塊,34、第一滾珠絲杠缸，35、溫度傳感器,36、第一減速機(jī),37、第一滑道,38、第二減速機(jī)、39、第二滑道。
[0021]圖2為本實用新型的加熱系統(tǒng)示意圖。
【具體實施方式】
[0022]下面結(jié)合附圖和實施例對本實用新型作進(jìn)一步詳細(xì)說明，但本實用新型并不限于此。
[0023]如圖1、2，本實用新型的巖石結(jié)構(gòu)面雙向剪切裝置，包括試件、加熱裝置、壓板裝置、輥組裝置、加載裝置、數(shù)據(jù)采集裝置及底座。所述試件為以巖石結(jié)構(gòu)面21為界的上盤巖塊33和下盤巖塊32 ;所述加熱裝置包括上、下盤巖塊內(nèi)未透穿的加熱孔20及與之匹配的中間帶加熱棒25的橡膠塞5，所述橡膠塞5通過鋼條19夾緊，所述鋼條19通過螺栓固定在巖塊表面，所述加熱裝置對試件進(jìn)行加熱；所述壓板裝置包覆所述試件裝置，包括上、下、左、右四塊壓板，所述上壓板10與下壓板22平行正對設(shè)置，所述左壓板11與右壓板23平行錯開設(shè)置，所述下壓板22置于底座29上，所述底座29固定于反力架I下端；所述上壓板10與左壓板11、下壓板22與右壓板23分別通過螺栓連接成7字形；所述加載裝置分為法向壓力加載裝置和雙向剪切力加載裝置，所述法向壓力加載裝置對試件施加法向壓力，所述雙向剪切力加載裝置對試件施加左、右雙向剪切力，所述法向壓力加載裝置包括上壓頭8、液壓缸2、加載活塞3，所述上壓頭8位于上壓板10正上方，與液壓缸2連接，加載活塞3位于液壓缸2內(nèi)；所述雙向剪切力加載裝置包括相對設(shè)置的左、右剪切力加載裝置，所述左剪切力加載裝置包括從左至右依次連接的第一伺服電機(jī)18、第一減速機(jī)36、第一滾珠絲杠16、第一滾珠絲杠缸34及左壓頭14，所述左壓頭14位于左壓板11正左方，第一伺服電機(jī)18和第一減速機(jī)36帶動第一滾珠絲杠缸34沿第一滑道37運(yùn)動，從而實現(xiàn)左壓頭從左至右對巖石結(jié)構(gòu)面上盤巖塊33施加剪切力；所述右剪切力加載裝置包括從右至左依次連接第二伺服電機(jī)30、第二減速機(jī)38、第二滾珠絲杠28、第二滾珠絲杠缸13及右壓頭26，所述右壓頭26位于右壓板23正右方，第二伺服電機(jī)30和第二減速機(jī)38帶動第二滾珠絲杠缸13沿第二滑道39運(yùn)動，從而實現(xiàn)右壓頭從右至左對巖石結(jié)構(gòu)面下盤巖塊32施加剪切力；所述輥組裝置包括上壓輥組9、下壓輥組17、左壓輥組12和右壓輥組24，所述上壓輥組9位于上壓頭8與上壓板10之間，所述下壓輥組17位于下壓板22和底座29之間，所述左壓輥組12位于左壓頭14與左壓板11之間，所述右壓輥組24位于右壓頭26與右壓板23之間；所述數(shù)據(jù)采集裝置包括電腦控制器31及與其相連的第一壓力傳感器4、第二壓力傳感器15、第三壓力傳感器27、第一位移引伸計LVDT 6、第二位移引伸計LVDT 7、加熱棒25及溫度傳感器35，所述第一壓力傳感器4位于加載活塞3與上壓頭8之間，所述第二壓力傳感器15位于左壓頭14和第一滾珠絲杠缸34之間，所述第三壓力傳感器27位于右壓頭26和第二滾珠絲杠缸13之間，所述第一位移引伸計LVDT 6位于上壓頭8左端，所述第二位移引伸計LVDT 7位于上壓頭8右端，所述加熱棒25伸入加熱孔20底部，所述溫度傳感器35位于上盤巖塊33和下盤巖塊32上。
[0024]本實用新型的工作過程如下:[0025](I)試件制作和加熱:在礦山巷道工程現(xiàn)場選取茅口灰?guī)r巖石結(jié)構(gòu)面，將茅口灰?guī)r巖石結(jié)構(gòu)面上盤巖塊和下盤巖塊均成切割成:長X寬X高=20cmX IOcmX 15cm的試件，在茅口灰?guī)r巖石結(jié)構(gòu)面上盤巖塊33、下盤巖塊32上各加工4個加熱孔20,其深度為巖石試樣厚度的2/3，然后在其內(nèi)注入優(yōu)質(zhì)耐高溫硅油，用帶有加熱棒25的橡膠塞5密封加熱孔20，用耐高溫膠水將橡膠塞5和加熱孔20粘接和密封，并鋼條19將橡膠塞5緊緊地堵住加熱孔20，螺栓將鋼條19固定在巖石結(jié)構(gòu)面上下盤巖塊的表面，粘接和密封24h后，電腦控制器31控制加熱棒25的加熱溫度,將茅口灰?guī)r巖石結(jié)構(gòu)面上、下盤巖塊的溫度加熱至50°C，加熱5h通過巖石結(jié)構(gòu)面上盤巖塊和下盤巖塊各處的溫度傳感器35獲得上、下盤巖塊的平均溫度值為48.5°C。
[0026](2)施加法向壓力:通過電腦控制器31控制法向壓力的大小為40KN，伺服裝置的液壓缸2的加載活塞3給上壓頭8提供法向壓力40KN，上壓頭8通過上壓輥組9和上壓板10將法向壓力40KN傳遞給巖石結(jié)構(gòu)面上盤巖塊33。
[0027](4)施加剪切力:第一滾珠絲杠16帶動左壓頭14從左至右對巖石結(jié)構(gòu)面上盤33施加剪切力，通過電腦控制器31控制巖石結(jié)構(gòu)面上盤的加載剪切位移速率為0.005mm/s ；第二滾珠絲杠28帶動右壓頭26從右至左對巖石結(jié)構(gòu)面下盤巖塊32施加剪切力，通過電腦控制器31控制巖石結(jié)構(gòu)面下盤的加載剪切位移速率為0.005mm/so
[0028](5)數(shù)據(jù)采集:通過第一位移引伸計LVDT 6，第二位移引伸計LVDT 7實時采集巖石結(jié)構(gòu)面剪切過程中的巖石結(jié)構(gòu)面上盤巖塊33的法向剪脹位移，通過第二壓力傳感器15、第三壓力傳感器27采集實時巖石結(jié)構(gòu)面上、下盤巖塊的剪切力的大小，同時通過第一壓力傳感器4實時控制巖石結(jié)構(gòu)面巖塊的法向壓力。
[0029]上述處理條件得到的茅口灰?guī)r巖石結(jié)構(gòu)面剪切峰值強(qiáng)度為4.26 MPa±0.82，峰值剪脹位移為0.75 ±0.30mm。
【權(quán)利要求】
1.一種巖石結(jié)構(gòu)面雙向剪切裝置，其特征在于:包括試件、加熱裝置、壓板裝置、加載裝置、數(shù)據(jù)采集裝置及底座；所述試件為以巖石結(jié)構(gòu)面為界的上盤巖塊和下盤巖塊；所述壓板裝置包覆所述試件，包括上、下、左、右四塊壓板，所述上、下壓板平行正對設(shè)置，所述左、右壓板平行錯開設(shè)置，所述下壓板置于底座上，所述上壓板與左壓板、下壓板與右壓板分別通過螺栓連接成7字形；所述加載裝置分為法向壓力加載裝置和雙向剪切力加載裝置，所述法向壓力加載裝置對試件施加法向壓力，所述雙向剪切力加載裝置對試件施加左、右雙向剪切力；所述加熱裝置對試件進(jìn)行加熱；所述數(shù)據(jù)采集裝置對試件溫度、法向壓力、法向剪脹位移、加載剪切位移速率、剪切力及剪切位移進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的巖石結(jié)構(gòu)面雙向剪切裝置，其特征在于:所述加熱裝置包括上、下盤巖塊內(nèi)未透穿的加熱孔及與之匹配的中間帶加熱棒的橡膠塞，所述橡膠塞通過鋼條夾緊，所述鋼條通過螺栓固定在巖塊表面。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的巖石結(jié)構(gòu)面雙向剪切裝置，其特征在于:所述法向壓力加載裝置包括上壓頭、液壓缸及加載活塞，所述上壓頭位于上壓板正上方，與液壓缸連接，加載活塞位于液壓缸內(nèi)，所述加載裝置固定于反力架上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的巖石結(jié)構(gòu)面雙向剪切裝置，其特征在于:所述雙向剪切力加載裝置包括相對設(shè)置的左、右剪切力加載裝置，所述左剪切力加載裝置包括從左至右依次連接的第一伺服電機(jī)、第一減速機(jī)、第一滾珠絲杠、第一滾珠絲杠缸及左壓頭，所述左壓頭位于左壓板正左方；所述右剪切力加載裝置包括從右至左依次連接第二伺服電機(jī)、第二減速機(jī)、第二滾珠絲杠、第二滾珠絲杠缸及右壓頭，所述右壓頭位于右壓板正右方。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的巖石結(jié)構(gòu)面雙向剪切裝置，其特征在于:所述數(shù)據(jù)采集裝置包括電腦控制器及與其相連的第一壓力傳感器、第二壓力傳感器、第三壓力傳感器、第一位移引伸計LVDT、第二位移引伸計LVDT及溫度傳感器，所述第一壓力傳感器位于加載活塞與上壓頭之間，所述第二壓力傳感器位于左壓頭和第一滾珠絲杠缸之間，所述第三壓力傳感器位于右壓頭和第二滾珠絲杠缸之間，所述第一位移引伸計LVDT位于上壓頭左上端，所述第二位移引伸計LVDT位于上壓頭右上端，所述溫度傳感器位于上、下盤巖塊上。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的巖石結(jié)構(gòu)面雙向剪切裝置，其特征在于:還包括輥組裝置，所述輥組裝置包括上、下、左、右四個壓輥組，所述上壓輥組位于上壓頭與上壓板之間，所述下壓輥組位于下壓板和底座之間，所述左壓輥組位于左壓頭與左壓板之間，所述右壓輥組位于右壓頭與右壓板之間。
【文檔編號】G01N3/24GK203758857SQ201420163644
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2014年4月5日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月5日
【發(fā)明者】趙延林, 萬文, 王衛(wèi)軍 申請人:湖南科技大學(xué)