專利名稱：一種低強度巖土材料單軸流變實驗裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種低強度巖土材料單軸流變實驗裝置。
背景技術：
巖石的流變性是指巖石在外界荷載、溫度等條件下呈現(xiàn)出與時間有關的變形、流動和破壞等性質，主要表現(xiàn)在彈性后效、蠕變、松弛、應變率效應、時效強度和流變損傷斷裂等方面。流變持續(xù)時間可能長達十幾年，并且與工程建設密切相關。在隧道建設中圍巖的坍塌，隧道建成后隧道表面的開裂；基坑工程中的滑坡；建造建筑物時地基的沉降以及路基的變形沉降等都是巖土體的流變導致的，近些年在西南地區(qū)建設的水布埡水電站、錦屏一級二級水電站二灘水電站、溪洛渡水電站等都存在明顯的流變現(xiàn)象。當前我國正在進行大規(guī)模的工程建設，例如高速鐵路的修建、超高層建筑的建設、儲油庫的建設等，這些工程都與巖土體的流變特性有重要的關系，充分認識了解巖土體材料的流變特性是保證工程安全、工程質量可靠的重要前提。因此對巖土材料的流變特性的研究具有重要的實踐意義。目前，國內(nèi)各大高校、研究所的流變儀均是較大噸位的巖石流變儀，試驗對象均是強度較高的巖石材料。軟弱破碎的巖石同樣具有極強的流變特性，尤其在長大隧道的施工中，如果遇到軟弱破碎的圍巖，其流變特性對隧道施工的穩(wěn)定性具有重要的影響。對低強度的巖土材料，例如軟弱破碎的圍巖、模型試驗中使用的相似材料的流變特性的研究成果相對較少，主要是試驗條件的限制，沒有匹配的流變試驗儀器來研究低強度的巖土材料的流變特性。

發(fā)明內(nèi)容
針對上述現(xiàn)有技術，本發(fā)明提供了一種可精確調(diào)平的低強度巖土材料單軸流變實驗裝置，并通過開口型箱式直線軸承可顯著減少支撐桿與加壓板間的摩擦阻力。本發(fā)明是通過以下技術方案實現(xiàn)的—種低強度巖土材料單軸流變實驗裝置，裝置呈三棱柱形，包括承壓板、加壓板、 可調(diào)緩沖保護裝置、支撐桿、開口型箱式直線減摩軸承、球面盤、反力加載水箱和千分表，其中，承壓板的三個端點處均豎直設有支撐桿，加壓板的三個端點與支撐桿的中部連接，可調(diào)緩沖保護裝置設在承壓板和加壓板之間的支撐桿上，起到試件破壞時保護千分表的作用； 承壓板下方設有調(diào)平螺栓，承壓板上設有水準泡，調(diào)平螺栓起到固定承壓板和支撐桿、調(diào)平承壓板的作用，通過承壓板三邊上的水準泡確定整個裝置是否水平；開口型箱式直線減摩軸承固定于加壓板的定位孔上，并穿過支撐桿，大幅度地減小了支撐桿與加壓板之間的摩擦，使荷載有效地傳遞到試件上；球面盤設在承壓板上，反力加載水箱設在加壓板11上；千分表放置在承壓板上方。本發(fā)明的低強度巖土材料單軸流變實驗裝置可分為支撐系統(tǒng)、調(diào)平系統(tǒng)、加載系統(tǒng)和量測系統(tǒng)四部分，其中，承壓板、加壓板、可調(diào)緩沖保護裝置和支撐桿組成支撐系統(tǒng)；調(diào)平螺栓、水準泡和球面盤組成調(diào)平系統(tǒng)；加壓板、開口型箱式直線減摩軸承和反力加載水箱組成加載系統(tǒng)；放置在承壓板上的千分表，在使用時，對稱布置于試件兩側，組成軸向位移量測系統(tǒng)，電阻應變采集系統(tǒng)和軸向位移量測系統(tǒng)組成量測系統(tǒng)。所述承壓板為經(jīng)過精加工的高強度三角形板。所述加壓板為經(jīng)過精加工的高強度三角形板，且加壓板三個角部設有定位孔，通過強力膠連接有開口型箱式直線減摩軸承。所述承壓板的三條邊的中心位置分別用強力膠連接有水準泡。所述反力加載水箱上安裝有帶刻度的連通水位計。所述可調(diào)緩沖保護裝置為韌性較強的橡膠圈，套接在加壓板和承壓板之間的支撐桿上。使用確定試件的抗壓強度，進一步確定加載的級數(shù)和每一級的荷載；在試件中部黏貼電阻應變花；將試件放置在球面盤的中心位置并將加壓板的三個直線減摩軸承套到支撐桿上，將加壓板放置在試件上；通過調(diào)平水準泡和調(diào)平螺栓調(diào)節(jié)平衡；安裝千分表并調(diào)零；將電阻應變花上的導線與應變采集儀相連接；把反力加載箱放到加壓板上，根據(jù)計算好的每一級的荷載向反力加載箱中加水，記錄千分表的讀數(shù)，當48小時內(nèi)，變形不大于 0. OOlmm時，可認為蠕變進入穩(wěn)定階段，可加下一級荷載。本發(fā)明研究了一種可精確調(diào)平的低強度巖土材料單軸流變實驗裝置，使得對低強度巖土材料的流變特性的研究變的更加方便。本發(fā)明解決了對低強度巖土材料的流變特性的測試問題，具有以下優(yōu)點1、本裝置適用于強度非常低的軟弱巖土材料；2、本裝置可以精確調(diào)平；3、開口型箱式直線軸承使加壓板與支撐桿之間的摩擦大大減小，緩沖保護裝置安
全可靠；4、過上部重物的重量來施加軸向壓力，因此整個試驗過程中軸向壓力均處于定值，即完全穩(wěn)壓狀態(tài)；5、裝置工作原理簡單、操作方便，測量方法多樣，測試結果可靠，通用性較強，造價低廉。與張強勇設計的“一種軟弱巖土材料的單軸壓縮蠕變實驗裝置及實驗方法”(公開號CN101832896A，
公開日期2010. 09. 15)相比，本發(fā)明的測量精度更高，數(shù)據(jù)更準確。


圖1為本發(fā)明的結構示意圖。圖2為分級加載條件下的單軸蠕變曲線。其中，1、調(diào)平螺栓；2、承壓板；3、球面盤；4、可調(diào)緩沖保護裝置；5、千分表；6、相似材料試件；7、電阻應變花；8、開口型箱式直線軸承；9、支撐桿；10、水準泡；11、加壓板；12、 連通水位計；13、反力加載水箱，14、應變采集儀。
具體實施例方式下面結合附圖對本發(fā)明作進一步的說明?！N低強度巖土材料單軸流變實驗裝置，裝置呈三棱柱形，包括承壓板2、加壓板11、可調(diào)緩沖保護裝置4、支撐桿9、開口型箱式直線減摩軸承8、球面盤3、反力加載水箱13 和千分表5，如圖1所示，其中，承壓板2的三個端點處均豎直設有支撐桿9，加壓板11的三個端點與支撐桿9的中部連接，可調(diào)緩沖保護裝置4設在承壓板2和加壓板11之間的支撐桿9上，起到試件破壞時保護千分表5的作用；承壓板2下方設有調(diào)平螺栓1，承壓板2上設有水準泡10，調(diào)平螺栓1起到固定承壓板2和支撐桿9、調(diào)平承壓板2的作用，通過承壓板2三邊上的水準泡10確定整個裝置是否水平；開口型箱式直線減摩軸承8固定于加壓板 11的定位孔上，并穿過支撐桿9，大幅度地減小了支撐桿9與加壓板11之間的摩擦，使荷載有效地傳遞到相似材料試件6上；球面盤3設在承壓板2上，反力加載水箱13設在加壓板 11上；千分表5放置在承壓板2上方。本發(fā)明的低強度巖土材料單軸流變實驗裝置可分為支撐系統(tǒng)、調(diào)平系統(tǒng)、加載系統(tǒng)和量測系統(tǒng)四部分，其中，承壓板2、加壓板11、可調(diào)緩沖保護裝置4和支撐桿9組成支撐系統(tǒng)；調(diào)平螺栓1、水準泡10和球面盤3組成調(diào)平系統(tǒng)；加壓板11、開口型箱式直線減摩軸承8和反力加載水箱13組成加載系統(tǒng)；放置在承壓板2上的千分表5，在使用時，對稱布置于相似材料試件6兩側，組成軸向位移量測系統(tǒng)，應變片7和與其相連的應變采集儀14組成電阻應變采集系統(tǒng)，電阻應變采集系統(tǒng)和軸向位移量測系統(tǒng)組成量測系統(tǒng)。所述承壓板2為經(jīng)過精加工的高強度三角形板。所述加壓板11為經(jīng)過精加工的高強度三角形板，且加壓板三個角部設有定位孔， 通過強力膠連接有開口型箱式直線減摩軸承8。所述承壓板2的三條邊的中心位置分別用強力膠連接有水準泡10。所述反力加載水箱13上安裝有帶刻度的連通水位計12。所述可調(diào)緩沖保護裝置4為韌性較強的橡膠圈，套接在加壓板11和承壓板2之間的支撐桿上。使用確定相似材料試件6的抗壓強度，進一步確定加載的級數(shù)和每一級的荷載； 在相似材料試件6中部黏貼電阻應變花7，并連接應變采集儀14 ；將相似材料試件6放置在球面盤3的中心位置并將加壓板11的三個直開口型箱式直線減摩軸承8套到支撐桿9上， 將加壓板11放置在相似材料試件6上；通過水準泡10和調(diào)平螺栓1調(diào)節(jié)平衡；安裝千分表 5并調(diào)零；將電阻應變花7上的導線與應變采集儀14相連接；把反力加載水箱13放到加壓板11上，根據(jù)計算好的每一級的荷載向反力加載水箱13中加水，記錄千分表5的讀數(shù)，當 48小時內(nèi)，變形不大于0. OOlmm時，可認為蠕變進入穩(wěn)定階段，可加下一級荷載。采用本發(fā)明的儀器對鐵晶砂膠結巖土相似材料進行了長時間的分級加載蠕變試驗，得到了分級加載條件下的單軸蠕變曲線(圖2)，由圖2可以看出荷載水平越低，試件穩(wěn)定的時間越短，隨著荷載等級的增加，試塊穩(wěn)定時間逐漸增加，主要是因為試件的孔隙逐漸被壓縮，試件變的越來越密實。在低應力水平下，存在明顯的減速蠕變階段和穩(wěn)態(tài)蠕變階段，在高應力水平下，存在明顯的減速蠕變階段，穩(wěn)態(tài)蠕變階段和加速蠕變階段。
權利要求
1.一種低強度巖土材料單軸流變實驗裝置，其特征在于裝置呈三棱柱形，包括承壓板、加壓板、可調(diào)緩沖保護裝置、支撐桿、開口型箱式直線減摩軸承、球面盤、反力加載水箱和千分表，其中，承壓板的三個端點處均豎直設有支撐桿，加壓板的三個端點與支撐桿的中部連接；承壓板下方設有調(diào)平螺栓，承壓板上設有水準泡；開口型箱式直線減摩軸承固定于加壓板的定位孔上，并穿過支撐桿；球面盤設在承壓板上，反力加載水箱設在加壓板上； 千分表放置在承壓板上方。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種低強度巖土材料單軸流變實驗裝置，其特征在于所述可調(diào)緩沖保護裝置為具有韌性的橡膠圈。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種低強度巖土材料單軸流變實驗裝置，其特征在于所述反力加載水箱上安裝有帶刻度的連通水位計。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種低強度巖土材料單軸流變實驗裝置，使得對低強度巖土材料的流變特性的研究變的更加方便，結構為裝置呈三棱柱形，包括承壓板、加壓板、可調(diào)緩沖保護裝置、支撐桿、開口型箱式直線減摩軸承、球面盤、反力加載水箱和千分表，其中，承壓板的三個端點處均豎直設有支撐桿，加壓板的三個端點與支撐桿的中部連接；承壓板下方設有調(diào)平螺栓，承壓板上設有水準泡；開口型箱式直線減摩軸承固定于加壓板的定位孔上，并穿過支撐桿；球面盤設在承壓板上，反力加載水箱設在加壓板上；千分表放置在承壓板上方，具有工作原理簡單、操作方便、測試結果可靠、通用性較強、造價低廉等優(yōu)點。
文檔編號G01N3/10GK102288488SQ201110187129
公開日2011年12月21日 申請日期2011年7月5日 優(yōu)先權日2011年7月5日
發(fā)明者劉欽, 周毅, 宋曙光, 李利平, 李術才, 胡聰 申請人:山東大學