帶加熱裝置的巖石結(jié)構(gòu)面雙向剪切試驗(yàn)裝置制造方法
【專(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型涉及一種帶加熱裝置的巖石結(jié)構(gòu)面雙向剪切試驗(yàn)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(pán)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(gè)壓輥組，將加載裝置和壓板裝置連接起來(lái)，減少試件和加載裝置之間的摩擦；所述加熱裝置對(duì)試件進(jìn)行加熱，通過(guò)控制加熱孔內(nèi)硅油的溫度實(shí)現(xiàn)對(duì)巖石結(jié)構(gòu)面上、下盤(pán)巖塊的加熱；所述數(shù)據(jù)采集裝置采集壓力、位移和溫度的數(shù)據(jù)。本實(shí)用新型能實(shí)現(xiàn)對(duì)巖石結(jié)構(gòu)面試件的雙向剪切，且能實(shí)現(xiàn)對(duì)不同溫度下巖石結(jié)構(gòu)面的剪切特性的研究。
【專(zhuān)利說(shuō)明】帶加熱裝置的巖石結(jié)構(gòu)面雙向剪切試驗(yàn)裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及巖石結(jié)構(gòu)面的剪切，具體涉及一種帶加熱裝置的巖石結(jié)構(gòu)面雙向剪切試驗(yàn)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(guò)剪切試驗(yàn)來(lái)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(jì)及其建造提供重要的依據(jù)。
[0003]剪切強(qiáng)度試驗(yàn)分為非限制性強(qiáng)度剪切試驗(yàn)和限制性剪切強(qiáng)度試驗(yàn)。非限制性強(qiáng)度剪切試驗(yàn)在剪切面上只有剪應(yīng)力存在，沒(méi)有正應(yīng)力存在；限制性強(qiáng)度剪切試驗(yàn)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(yàn)，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(cè)剪切強(qiáng)度為巖石試樣實(shí)際剪切強(qiáng)度與壓板和試樣之間摩擦力之和。
[0004]由于沒(méi)有統(tǒng)一的剪切試驗(yàn)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(shí)，對(duì)試驗(yàn)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(guò)程中，巖石結(jié)構(gòu)面試樣不僅在剪切方向會(huì)產(chǎn)生相對(duì)滑動(dòng)，而且在法線(xiàn)方向也會(huì)產(chǎn)生向上的位移，即剪脹位移。普通的巖石剪切試驗(yàn)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(dòng)，從而限制了結(jié)構(gòu)面巖塊的上下移動(dòng)，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(yàn)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(pán)巖塊，即保持巖石結(jié)構(gòu)面的下盤(pán)巖塊不動(dòng)，而對(duì)巖石結(jié)構(gòu)面的上盤(pán)巖塊的上表面施加法向壓力，同時(shí)對(duì)上盤(pán)巖塊的側(cè)面施加剪切力，使巖石結(jié)構(gòu)面上盤(pán)巖塊在下盤(pán)巖塊基底上發(fā)生相對(duì)的剪切變形，通過(guò)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(guò)程往往表現(xiàn)為巖石結(jié)構(gòu)面上、下盤(pán)的同時(shí)運(yùn)動(dòng)，如地震作用下巖石結(jié)構(gòu)面的錯(cuò)動(dòng)滑移。研究巖石結(jié)構(gòu)面上盤(pán)和下盤(pán)同時(shí)受剪時(shí)的力學(xué)特性需要研制巖石結(jié)構(gòu)面雙向剪切的試驗(yàn)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(yàn)均未涉及到不同溫度條件下巖石剪切試驗(yàn)機(jī)的研制。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0007]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型提出了一種帶加熱裝置的巖石結(jié)構(gòu)面雙向剪切試驗(yàn)裝置。
[0008]本實(shí)用新型解決上述技術(shù)問(wèn)題采用的技術(shù)方案如下: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(pán)巖塊和下盤(pán)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(duì)設(shè)置，所述左、右壓板平行錯(cuò)開(kāi)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(guò)螺栓連接固定；所述加載裝置分為法向壓力加載裝置和剪切力加載裝置，所述法向壓力加載裝置對(duì)試件施加法向壓力，所述剪切力加載裝置對(duì)試件施加左、右雙向剪切力；所述加熱裝置對(duì)試件進(jìn)行加熱；所述數(shù)據(jù)采集裝置對(duì)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。
[0009]上述的帶加熱裝置的巖石結(jié)構(gòu)面雙向剪切試驗(yàn)裝置中，所述加熱裝置包括上、下盤(pán)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(guò)鋼條夾緊，所述鋼條通過(guò)螺栓固定在巖塊表面。
[0010]上述的帶加熱裝置的巖石結(jié)構(gòu)面雙向剪切試驗(yàn)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)，所述加載裝置固定于反力架上。
[0011]上述的帶加熱裝置的巖石結(jié)構(gòu)面雙向剪切試驗(yàn)裝置中，所述剪切力加載裝置包括從左至右依次連接的伺服電機(jī)、減速機(jī)、滾珠絲杠、滾珠絲杠缸及左壓頭，所述左壓頭位于左壓板正左方。
[0012]上述的帶加熱裝置的巖石結(jié)構(gòu)面雙向剪切試驗(yàn)裝置中，所述數(shù)據(jù)采集裝置包括控制器及與其相連的第一壓力傳感器、第二壓力傳感器、第一位移引伸計(jì)LVDT、第二位移引伸計(jì)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滾珠絲杠缸之間，所述第一位移引伸計(jì)LVDT位于上壓頭左上端，所述第二位移引伸計(jì)LVDT位于上壓頭右上端，所述溫度傳感器位于上、下盤(pán)巖塊上。
[0013]上述的帶加熱裝置的巖石結(jié)構(gòu)面雙向剪切試驗(yàn)裝置中，還包括輥組裝置，所述輥組裝置包括上、下、左、右四個(gè)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。
[0014]本實(shí)用新型的有益效果在于:
[0015](I)本實(shí)用新型設(shè)置雙向加載裝置，能對(duì)巖石結(jié)構(gòu)面的上、下盤(pán)巖塊同時(shí)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。
[0016](2)本實(shí)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。
[0017](3)本實(shí)用新型設(shè)置左右壓輥組，允許巖石結(jié)構(gòu)面的上、下盤(pán)巖塊通過(guò)壓輥組自由上下移動(dòng)，從而準(zhǔn)確得到巖石結(jié)構(gòu)面剪切過(guò)程中的法向位移，即剪脹位移。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0018]圖1為本實(shí)用新型的裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]圖2為本實(shí)用新型的加熱裝置示意圖。
[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(jì)LVDT，7、第二位移引伸計(jì)LVDT，8、上壓頭，9、上壓輥組，10、上壓板，11、左壓板，12、左壓輥組，14、左壓頭，15、第二壓力傳感器，16、滾珠絲杠，17、下壓輥組，18、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，29、底座,31、控制器，32、巖石結(jié)構(gòu)面下盤(pán)巖塊,33、巖石結(jié)構(gòu)面上盤(pán)巖塊,34、滾珠絲杠缸，35、溫度傳感器，36、減速機(jī)，37、滑道。
【具體實(shí)施方式】
[0021]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，但本實(shí)用新型并不限于此。
[0022]如圖1、2，本實(shí)用新型包括試件、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(pán)巖塊33和下盤(pán)巖塊32 ;所述加熱裝置包括上、下盤(pán)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(guò)鋼條19夾緊，所述鋼條19通過(guò)螺栓固定在巖塊表面，所述加熱裝置對(duì)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(duì)設(shè)置，所述左壓板11與右壓板23平行錯(cuò)開(kāi)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(guò)螺栓連接固定；所述加載裝置分為法向壓力加載裝置和剪切力加載裝置，所述法向壓力加載裝置對(duì)試件施加法向壓力，所述剪切力加載裝置對(duì)試件施加剪切力，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)；所述剪切力加載裝置包括包括從左至右依次連接的伺服電機(jī)18、減速機(jī)36、滾珠絲杠16、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，伺服電機(jī)18和減速機(jī)36帶動(dòng)滾珠絲杠缸34沿滑道37運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)左壓頭從左至右對(duì)巖石結(jié)構(gòu)面上盤(pán)巖塊33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、第一位移引伸計(jì)LVDT 6、第二位移引伸計(jì)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和滾珠絲杠缸34之間，所述第一位移引伸計(jì)LVDT 6位于上壓頭8左端，所述第二位移引伸計(jì)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(pán)巖塊33和下盤(pán)巖塊32上。
[0023]本實(shí)用新型的工作過(guò)程如下:
[0024](I)試件制作和加熱:在礦山巷道工程現(xiàn)場(chǎng)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(pán)巖塊和下盤(pán)巖塊均成切割成:長(zhǎng)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(pán)巖塊33、下盤(pán)巖塊32上各加工4個(gè)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(pán)巖塊的表面，粘接和密封24h后，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(pán)巖塊的溫度加熱至50°C,加熱5h通過(guò)巖石結(jié)構(gòu)面上盤(pán)巖塊和下盤(pán)巖塊各處的溫度傳感器35獲得上、下盤(pán)巖塊的平均溫度值為48.5°C。
[0025](2)施加法向壓力:通過(guò)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(guò)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(pán)巖塊33。
[0026](4)施加剪切力:滾珠絲杠16帶動(dòng)左壓頭14從左至右對(duì)巖石結(jié)構(gòu)面上盤(pán)33施加剪切力，通過(guò)控制器31控制巖石結(jié)構(gòu)面上盤(pán)的加載剪切位移速率為0.005mm/s ;通過(guò)控制器31控制巖石結(jié)構(gòu)面下盤(pán)的加載剪切位移速率為0.005mm/so
[0027](5)數(shù)據(jù)采集:通過(guò)第一位移引伸計(jì)LVDT 6，第二位移引伸計(jì)LVDT 7實(shí)時(shí)采集巖石結(jié)構(gòu)面剪切過(guò)程中的巖石結(jié)構(gòu)面上盤(pán)巖塊33的法向剪脹位移，通過(guò)第二壓力傳感器15米集實(shí)時(shí)巖石結(jié)構(gòu)面上、下盤(pán)巖塊的剪切力的大小，同時(shí)通過(guò)第一壓力傳感器4實(shí)時(shí)控制巖石結(jié)構(gòu)面巖塊的法向壓力。
[0028]上述處理?xiàng)l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】
1.一種帶加熱裝置的巖石結(jié)構(gòu)面雙向剪切試驗(yàn)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(pán)巖塊和下盤(pán)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(duì)設(shè)置，所述左、右壓板平行錯(cuò)開(kāi)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(guò)螺栓連接固定；所述加載裝置分為法向壓力加載裝置和剪切力加載裝置，所述法向壓力加載裝置對(duì)試件施加法向壓力，所述剪切力加載裝置對(duì)試件施加左、右雙向剪切力；所述加熱裝置對(duì)試件進(jìn)行加熱；所述數(shù)據(jù)采集裝置對(duì)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所述的帶加熱裝置的巖石結(jié)構(gòu)面雙向剪切試驗(yàn)裝置，其特征在于:所述加熱裝置包括上、下盤(pán)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(guò)鋼條夾緊，所述鋼條通過(guò)螺栓固定在巖塊表面。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的帶加熱裝置的巖石結(jié)構(gòu)面雙向剪切試驗(yàn)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所述的帶加熱裝置的巖石結(jié)構(gòu)面雙向剪切試驗(yàn)裝置，其特征在于:所述剪切力加載裝置包括從左至右依次連接的伺服電機(jī)、減速機(jī)、滾珠絲杠、滾珠絲杠缸及左壓頭，所述左壓頭位于左壓板正左方。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的帶加熱裝置的巖石結(jié)構(gòu)面雙向剪切試驗(yàn)裝置，其特征在于:所述數(shù)據(jù)采集裝置包括控制器及與其相連的第一壓力傳感器、第二壓力傳感器、第一位移引伸計(jì)LVDT、第二位移引伸計(jì)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滾珠絲杠缸之間，所述第一位移引伸計(jì)LVDT位于上壓頭左上端，所述第二位移引伸計(jì)LVDT位于上壓頭右上端，所述溫度傳感器位于上、下盤(pán)巖塊上。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的帶加熱裝置的巖石結(jié)構(gòu)面雙向剪切試驗(yàn)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(gè)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(hào)】G01N3/24GK203758855SQ201420163629
【公開(kāi)日】2014年8月6日 申請(qǐng)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(wàn)文, 王衛(wèi)軍 申請(qǐng)人:湖南科技大學(xué)