巖石多功能剪切試驗測試裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本實用新型屬于巖土工程技術中的巖土檢測領域，涉及一種巖石多功能剪切試驗測試裝置。
【背景技術】
[0002]在壓縮條件下巖石的剪切試驗，是獲得在不同法向壓力下巖石的峰值抗剪強度和殘余強度的基本方法，也是獲取巖石的抗剪強度參數的一種重要手段。因此，在巖土工程中獲得了廣泛的應用，并開發(fā)了不同的壓剪試驗設備。常見的設備有應用于室內試驗的大型直剪儀和應用于現場原位試驗的小型便攜式直剪儀。
[0003]而對于拉伸條件下的巖石的剪切試驗，在國內外文獻中均鮮有報道，也很少見到能進行巖石拉伸一一剪切試驗的儀器設備。因為一方面，巖石的拉剪破壞沒有引起人們的足夠重視。另一方面是進行拉剪試驗的設備較為復雜，其中包括巖石試件的粘接、法向拉力的加載方式、粘接可能對側向變形的限制、偏心對巖石拉伸強度的影響等各種需要考慮的地方。與應用廣泛的RMT單軸壓縮實驗、壓剪實驗和MTS常規(guī)三軸實驗相比，巖石的拉伸一一剪切實驗操作起來困難許多。
[0004]在深埋、高應力地下巖石工程中，隧洞邊墻部位，由于開挖卸荷作用法向應力為0，切向應力集中達最大，部分圍巖在豎直切應力作用下會產生法向的拉應力。當圍巖底部有一定空間時，巖體會在豎向的切應力和法向的拉應力作用下發(fā)生拉剪破壞。
[0005]對于傳統(tǒng)的莫爾庫倫強度準則，為方便應用一般會簡化為線性表達式，即巖石的抗剪強度是法向壓應力的線性函數，而法向應力變?yōu)槔瓚?即應力位于橫軸的負半軸)時，通常做法是將正半軸上擬合的直線延伸交與負半軸，作為巖石在拉應力下的強度準則，而這一點是缺乏實驗數據支撐的。并且，實驗證明在不同的法向壓力下，巖石的抗剪強度包絡線并不完全是線性的，包絡線上每個實驗點對應的切線斜率逐漸減小，而對于負半軸上在不同拉應力作用下的強度包絡線到底是怎樣的也沒有統(tǒng)一的說法，主要原因就是缺乏實驗數據的支撐。
[0006]因此，急需開發(fā)一種能進行不同法向拉、壓力作用下的巖石剪切試驗裝置，為完善巖石本構模型、建立相應強度準則提供試驗數據。

【發(fā)明內容】

[0007]本實用新型的目的就是要提供一種巖石多功能剪切試驗測試裝置，利用該測試裝置來檢測巖石試件在垂直和水平方向上同時受力時的情況。
[0008]為實現上述目的，本實用新型所設計的巖石多功能剪切試驗測試裝置，由底部的底座、上部的框架構成，所述的框架的頂部安裝有垂直千斤頂；框架一個側壁上安裝有水平千斤頂；框架的另一個側邊側壁內部依次設置有垂直支撐滑座和垂直導向滑軌；水平千斤頂和垂直支撐滑座分別設置在框架的兩個相對的側壁上；
[0009]底座的內部中央依次設置有水平支撐滑座和水平導向滑軌；水平支撐滑座上方依次安裝下粘接盒和上粘接盒；上、下粘接盒之間為標準巖樣；
[0010]水平千斤頂的水平活塞桿水平設置和下粘接盒等高；垂直千斤頂的垂直活塞桿的底部固定在垂直連接件的頂面；
[0011]下粘接盒的上方和上粘接盒的下方均有中空凹陷；標準巖樣安裝在下粘接盒和上粘接盒之間的中空凹陷處時，標準巖樣豎直方向的中軸線和垂直千斤頂的垂直活塞桿的中軸線重合，標準巖樣的水平方向的中軸線位于上、下粘接盒之間的剪切縫中心平面上；
[0012]水平千斤頂、垂直千斤頂和上、下粘接盒均連接伺服控制系統(tǒng)。
[0013]上述技術方案中，水平導向滑軌的底部固定安裝在底座上，水平支撐滑座安裝在水平導向滑軌上；水平支撐滑座的上方固定有水平滑座連接板，水平滑座連接板的頂部和下粘接盒的底部相互固定。
[0014]上述技術方案中，垂直導向滑軌的底部固定安裝在框架側壁上；垂直支撐滑座配合安裝在垂直導向滑軌上；垂直滑座連接體底端固定在連接垂直支撐滑座頂部，垂直滑座連接體的頂端固定在垂直連接件的側面；法蘭盤固定安裝在垂直活塞桿和垂直連接件頂面之間，垂直連接件連接垂直滑座連接體。
[0015]上述技術方案中，鉛垂方向上，水平活塞桿的頂端位于下粘接盒側面底端以上、且位于上粘接盒側面的下方；下粘接盒不接觸垂直連接件。
[0016]上述技術方案中，當標準巖樣安裝在上、下粘接盒之間時，標準巖樣的上、下各1/2部分分別位于上粘接盒和下粘接盒內。
[0017]上述技術方案中，伺服控制系統(tǒng)的高精度剪切伺服控制器控制水平千斤頂，高精度軸向伺服控制器控制垂直千斤頂，LVDT位移傳感器分別連接上、下粘接盒。
[0018]本實用新型所設計的巖石多功能剪切試驗測試裝置具有以下優(yōu)點:
[0019]1、通過兩個上、下粘接盒鑲嵌安裝標準巖樣14，保證施力傳遞給標準巖樣14時能夠達到預期效果。
[0020]2、水平千斤頂3配合水平支撐滑座8和水平導向滑軌9確保了對標準巖樣14的水平定位。
[0021]3、垂直千斤頂5配合垂直支撐滑座16和垂直導向滑軌17確保了對標準巖樣14的垂直定位。
[0022]4、具體的，水平支撐滑座8和垂直支撐滑座16采用了導向滑軌配合方式，有效的減少了試樣中水平/垂直施力加載過程中產生的摩擦力，降低了對試驗結果的誤差影響。
[0023]5、本實驗系統(tǒng)可以進行多種力學試驗，包括拉伸剪切試驗、壓縮剪切試驗、直接拉伸試驗、直接剪切試驗。
[0024]本實用新型設計的巖石多功能剪切試驗測試裝置及其測試方法能夠更加快捷有效的獲得更為精確、完善的巖石本構模型、建立相應的強度準則，具有重要意義。
【附圖說明】
[0025]圖1為本實用新型巖石多功能剪切試驗測試裝置的整體結構示意圖。
[0026]圖2為本實用新型巖石多功能剪切試驗測試裝置的俯視結構示意圖。
[0027]圖3為圖2中A-A處的剖面結構示意圖。
[0028]圖中:底座1、框架2、水平千斤頂3、水平活塞桿4、垂直千斤頂5、垂直活塞桿6、法蘭盤7、水平支撐滑座8、水平導向滑軌9、水平滑座連接板10、垂直連接件11、上粘接盒12、下粘接盒13、標準巖樣14、垂直滑座連接體15、垂直支撐滑座16、垂直導向滑軌17。
【具體實施方式】
[0029]下面結合附圖和具體實施例對本實用新型作進一步的詳細描述:
[0030]針對上述存在問題，本實用新型的目的在于提供一套能進行巖石拉伸/壓縮剪切試驗的裝置，為建立更為精確、完善的巖石力學模型、建立相應的強度準則，提供試驗數據。
[0031]為了實現上述目的，本實用新型是通過以下技術方案實現的:
[0032]如圖1?3所示，該試驗裝置的外部由底部的底座1和上部的框架2構成。
[0033]在框架2的頂部安裝有垂直千斤頂5 ;框架2的外部側壁安裝有水平千斤頂3。在底座1的內部中央設置有相互配合的水平支撐滑座8和水平導向滑軌9。框架2的內部一側的側壁設置有相互配合的垂直支撐滑座16和垂直導向滑軌17。
[0034]所述的水平支撐滑座8上方依次安裝水平滑座連接板10、下粘接盒13和上粘接盒12 ;上、下粘接盒12、13之間為標準巖樣14。垂直支撐滑座16和垂直連接件11由垂直滑座連接體15連接。
[0035]水平千斤頂3的水平活塞桿4可自由伸縮，垂直千斤頂5的垂直活塞桿6的底部位于垂直連接件11的頂面并用法蘭盤7固定連接，帶動垂直連接件11上下移動，保證垂直千斤頂5施加的力能通過上、下粘接盒12、13有效傳遞，施加給標準巖樣14。
[0036]具體的，所述的法蘭盤7安裝在垂直活塞桿6和垂直連接件11頂面之間，垂直連接件11側面通過螺絲連接垂直滑座連接體15。上粘接盒12不接觸水平活塞桿4，下粘接盒13不接觸垂直連接件11。
[0037]垂直活塞桿6在法向上施力——無論是向下的壓力或者向上的拉力——均可以通過法蘭盤7和垂直連接件11施加給上粘接盒12。
[0038]取得的標準巖樣14安裝在上、下粘接盒12、13之間。下粘接盒13的上方和上粘接盒12的下方均有中空凹陷。標準巖樣14安裝在下粘接盒13和上粘接盒12之間的中空凹陷處時，標準巖樣14豎直方向的中軸線和垂直千斤頂5的垂直活塞桿6的中軸線重合，標準巖樣14的水平方向的中軸線位于上、下粘接盒12、13之間的剪切縫中心平面上。
[0039]為了能夠完成試驗測試，將水平千斤頂3、垂直千斤頂5和上、下粘接盒12、13連接伺服控制系統(tǒng)。所述的伺服控制系統(tǒng)的高精度剪切伺服控制器控制水平千斤頂3，高精度軸向伺服控制器控制垂直千斤頂5，兩個LVDT位移傳感器分別連接上、下粘接盒12、13。依此，分別控制水平、垂直千斤頂3、5的施力及加載速率，給標準巖樣14上加載不同的法向拉/壓力P和水平推力T。上、下粘接盒12、13分別連接LVDT位移傳感器，分別測得標準巖樣14剪切破壞試驗的變形，即標準巖樣14的水平位移量L7KT和垂直位移量Las。
[0040]如果僅僅直接將上、下粘接盒12、13放置在水平支撐滑座8和垂直連接件11之間，另外兩側分別由水平活塞桿4和垂直活塞桿6施力；在實驗過程中，相應的在水平支撐滑座8和底座1之間以及垂直支撐滑座16和框架2之間相對產出滑動摩擦力。水平、垂直支撐滑座8、16底部的滑動摩擦力直接通過上、下粘接盒12、13作用在標準巖樣14上，導致標準巖樣14的真實受力和水平、垂直活塞桿4、6的施力不同。如果這兩處的滑動摩擦力相對較大，導致最終檢測結果不可信。
[0041]為了減少水平、垂直支撐滑座8、16底部的滑動摩擦力至可以忽略不計，分別在水平、垂直支撐滑座8、16底部設置相互配合的導向滑軌。
[0042]具體的，水平導向滑軌9的底部固定安裝在底座1上。水平支撐滑座8配合安裝在水平導向滑軌9上。水平支撐滑座8的上方通過螺栓安裝水平滑座連接板10。水平滑座連接板10