一种多功能裂隙岩体压剪试验装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种多功能裂隙岩体压剪试验装置，包括主体架，主体架下方设有用于固定被测试件底部的试件固定座，试件固定座的正上方，设有与主体架顶部连接的法向加载装置；主体架的一侧，设有用于对被测试件施加斜向荷载的斜向剪切加载装置；法向加载装置和斜向剪切加载装置由控制系统控制，分别对被测试件施加法向荷载和斜向荷载，法向荷载和斜向荷载在被测试件的预定剪切面内相交，预定剪切面内设有预置裂隙；被测试件的上表面和法向加载装置之间设有减摩装置；先启动法向加载装置，当法向应力达到预定值后，逐渐增加斜向荷载，同时相应减少法向荷载的加载值，使法向应力始终等于预定值，剪力不断增大，直至被测试件破坏。

【技术实现步骤摘要】
一种多功能裂隙岩体压剪试验装置
本专利技术属于岩土试验领域，具体是一种多功能裂隙岩体压剪试验装置。
技术介绍
岩土工程领域，岩体多处于压剪应力场中，其失稳破坏大多是由于内部的大型断裂或节理裂隙在压剪状态下扩展、贯通形成局部连通带，成为影响岩体稳定性的潜在不稳定因素。建筑物地基的承载能力，挡土墙、地下结构的土压力，各类边坡的稳定性等均由岩体的抗剪强度控制，能否正确获取岩体的抗剪强度，得到岩体内部裂纹在压剪状态下的变化规律及对岩体强度的影响，往往是工程成败的关键。压剪试验是测定岩体的抗剪强度的一种常规方法。目前，许多学者采用不同的压剪试验实验装置来测定岩体的抗剪强度。中国专利CN102564869A公布了一种剪切试验仪，它包括上模组件、下模组件以及控制器；所述上模组件包括支架，固定在所述支架上的顶块，所述顶块的下方固定垂直驱动机，所述垂直驱动机的下端固定上半模框；所述下模组件包括道轨、在所述道轨上的水平移动架，所述水平移动架上设有下半模框，所述下半模框与平移动架的竖块之间设有剪切施压件；所述剪切施压件的输出上设有剪切力传感器。该专利技术的装入试块实在剪切实验区以外的位置，可用于大体积试块的剪切试验。中国专利CN102323166A公布了一种叠环式斜面剪切仪，包括垂直液压油缸和水平液压油缸，两个油缸均连接至液压控制系统；垂直液压油缸的液压杆连接上剪切盒的盖板，下剪切盒底部固定刚性底板，刚性底板与水平底座之间设置滚轴；水平液压油缸的液压杆与传力铁块连接，传力铁块与连杆、下剪切和之间设置叠环组，叠环组与水平位移传感器组连接；水平位移传感器组、垂直液压油缸、水平液压油缸并联至数据采集分析系统；液压控制系统与数据采集分析系统均连接至主控台；其特征在于所述的上、下剪切盒的剪切面为非水平面。该专利技术更适用斜坡上复合衬里的剪切试验，同时满足高应力，多界面的要求。中国专利CN2879170Y公布了一种测定土样抗剪前度的直接剪切仪，包括滚轴丝杆、剪切盒、底座、测力计、剪切盒由上盒和活动的下盒组成，其中上盒与下盒之间有间隙。该专利通过改进传统的直接剪切试验仪，消除了上下盒之间的滑动摩擦、底部滚珠的滚动摩擦，从而提高了测定试样的准确性。传统的剪切试验仪存在以下缺点：1.试验装置的剪切界面固定，存在尺寸效应，剪切面上剪应力分布不均匀，导致试件剪切破坏先从边缘开始，并在边缘发生应力集中现象，无法准确模拟剪切破坏过程。2.传统的剪切仪为了产生剪力，在试件的两侧施加平行的不在同一直线上的力，这样势必导致在试件内部产生附加的力偶，及相应的额外外力和弯矩，从而导致测定试样的精度不高。上述专利中的试验装置剪切界面固定，存在尺寸效应，剪切面上剪应力分布不均匀，试件剪切破坏先从边缘开始，在边缘发生应力集中现象，且不能消除施加水平剪切力在试件上产生的额外外力、弯矩的影响，导致测定试样的精度不高。传统的剪切仪为了产生剪力，在试件的两侧施加平行的不在同一直线上的力，这样势必导致在试件内部产生附加的力偶，及相应的额外外力和弯矩，从而导致测定试样的精度不高。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种多功能裂隙岩体压剪试验装置，本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种多功能裂隙岩体压剪试验装置，包括主体架，所述主体架下方设有用于固定被测试件底部的试件固定座，所述试件固定座的正上方，设有与所述主体架顶部连接的用于对所述被测试件施加法向荷载的法向加载装置；所述主体架的一侧，设有用于对所述被测试件施加斜向荷载的斜向剪切加载装置；所述被测试件设有与所述斜向剪切加载装置垂直的斜面；所述法向加载装置和所述斜向剪切加载装置由控制系统控制，所述法向荷载和斜向荷载在所述被测试件的预定剪切面内相交，所述预定剪切面内设有预置裂隙；所述被测试件的上表面和所述法向加载装置之间设有减摩装置；试验过程中，利用监测系统对所述被测试件进行监测，获取所述被测试件在压剪试验过程中的相关参数和信息。试验时，由所述控制系统控制，先启动所述法向加载装置，施加法向荷载，当法向应力达到预定值后，启动所述斜向剪切加载装置，逐渐增加斜向荷载，同时相应减少法向荷载的加载值，使所述法向应力不变、始终等于预定值，剪力不断增大，直至所述被测试件破坏。在岩体试件上表面设置减摩装置，其作用为当斜向千斤顶加载时，减小法向加载装置在试件上表面产生的摩擦力，降低外力对试验结果造成的影响，从而可以更加有效的模拟裂隙岩体的压剪性能。传统的剪切试验，试件的剪切破坏先从边缘开始。利用斜向剪切加载装置和法向加载装置对被测试件施加荷载的结构，在加载过程中预置裂隙在迎推力方向产生翼裂纹，随后另一方向产生翼裂纹，岩桥形成菱形小方块，最终完全贯通破坏，模拟的剪切过程更加符合实际情况。斜向加载系统与法向加载系统的轴线处于同一平面内，确保所述斜向加载系统对所述岩体试件施加的垂直于斜面的斜向荷载，与法向加载装置对被测试件施加的垂直于所述预剪切面的法向荷载相交，所述交点位于所述预剪切面内；利用加载系统施加的斜向荷载，与法向加载系统施加的法向荷载，在预剪面内相交，从而消除了施加的水平剪切力在试件上产生的额外外力，避免了力在加载过程中产生的弯矩，因此不会产生随试件尺寸增大导致弯矩增大的弊端。保持预剪面上法向应力不变，也最大程度上保证了剪切面上的受力均匀。减少测试误差，测试结果的准确性容易保证，适合各种土木工程建设场合使用。利用监测系统对岩体试件进行监测，获取试件在压剪试验过程中的相关信息，为研究试件在压剪过程中的性能提供便利。所述斜向剪切加载装置通过斜向加载支座与反力架连接，所述斜向剪切加载装置的下部设有用于支撑所述斜向剪切加载装置的升降支架,所述反力架包括设于所述试件固定座两侧的两个反力座，和连接所述两个反力座的若干个支撑杆，所述支撑杆与所述反力座通过调节螺栓固定连接；所述反力座上设有与所述斜向加载支座配合的多位卡槽，通过更换不同倾角的所述斜向加载支座和移动所述斜向加载支座在所述卡槽上的位置，改变所述斜向加载支座的高度，和与竖直方向的夹角。斜向剪切加载装置通过所述斜向加载支座与所述反力座连接；反力架为斜向加载支座提供反力，整体结构简单，便于操作。利用不同倾角的斜向加载支座与可升降支架，可灵活调整斜向剪切加载装置的加载角度，确保荷载方向与斜面垂直。利用这种结构，对于岩体试件的斜面具有不同倾角的情况，均能满足试验要求。扩大了压剪试验的研究范围。所述斜向剪切加载装置包括：斜向液压千斤顶和斜向压头，所述斜向液压千斤顶与所述斜向加载支座固定连接；所述斜向压头通过柔性金属板与所述被测试件的斜面接触，并对所述被测试件施加斜向荷载，荷载方向与所述斜面垂直且通过预剪面中心点；所述升降支架辅助固定所述斜向千斤顶，确保加载过程中加载方向的准确性；所述法向加载装置包括刚性试验机和法向压头，所述法向压头通过柔性金属板与所述被测试件的上表面接触；所述控制系统控制刚性试验机，利用所述压头直接向所述被测试件施加预定的法向荷载。使用液压千斤顶，有利于控制系统控制荷载的大小，自动化程度更高。所述主体架的下侧设有放置所述试件固定座的试验台；所述试件固定座固持于所述试验台上；所述试件固定座包括固定所述被测试件底部的试件基座，所述试件基座上设有用以加紧固定试件的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多功能裂隙岩体压剪试验装置，其特征在于：包括主体架，所述主体架下方设有用于固定被测试件底部的试件固定座，所述试件固定座的正上方，设有与所述主体架顶部连接的用于对所述被测试件施加法向荷载的法向加载装置；所述主体架的一侧，设有用于对所述被测试件施加斜向荷载的斜向剪切加载装置；所述被测试件设有与所述斜向剪切加载装置垂直的斜面；所述法向加载装置和所述斜向剪切加载装置由控制系统控制，所述法向荷载和斜向荷载在所述被测试件的预定剪切面内相交，所述预定剪切面内设有预置裂隙；所述被测试件的上表面和所述法向加载装置之间设有减摩装置；试验过程中，利用监测系统对所述被测试件进行监测，获取所述被测试件在压剪试验过程中的相关参数和信息。

【技术特征摘要】
1.一种多功能裂隙岩体压剪试验装置，其特征在于：包括主体架，所述主体架下方设有用于固定被测试件底部的试件固定座，所述试件固定座的正上方，设有与所述主体架顶部连接的用于对所述被测试件施加法向荷载的法向加载装置；所述主体架的一侧，设有用于对所述被测试件施加斜向荷载的斜向剪切加载装置；所述被测试件设有与所述斜向剪切加载装置垂直的斜面；所述法向加载装置和所述斜向剪切加载装置由控制系统控制，所述法向荷载和斜向荷载在所述被测试件的预定剪切面内相交，所述预定剪切面内设有预置裂隙；所述被测试件的上表面和所述法向加载装置之间设有减摩装置；试验过程中，利用监测系统对所述被测试件进行监测，获取所述被测试件在压剪试验过程中的相关参数和信息；所述被测试件，是现场岩样试件，或是根据被研究岩体的岩性通过相似材料配比而成的模拟试件；在不同的所述模拟试件中，预置不同角度、不同组合的多种排列的预置裂缝；所述裂缝包括贯穿试件前后表面的二维裂隙和/或内置于所述模拟试件内部的三维裂隙；所述减摩装置包括减摩板及嵌在其表面的减摩钢球；所述减摩钢球的直径大于所述减摩板的高度，所述减摩钢球直接与竖向加载装置的压头接触。2.根据权利要求1所述的一种多功能裂隙岩体压剪试验装置，其特征在于：所述斜向剪切加载装置通过斜向加载支座与反力架连接，所述斜向剪切加载装置的下部设有用于支撑所述斜向剪切加载装置的升降支架,所述反力架包括设于所述试件固定座两侧的两个反力座，和连接所述两个反力座的若干个支撑杆，所述支撑杆与所述反力座通过调节螺栓固定连接；所述反力座上设有与所述斜向加载支座配合的多位卡槽，通过更换不同倾角的所述斜向加载支座和移动所述斜向加载支座在所述卡槽上的位置，改变所述斜向加载支座的高度，和与竖直方向的夹角。3.根据权利要求1所述的一种多功能裂隙岩体压剪试验装置，其特征在于：所述斜向剪切加载装置包括：斜向液压千斤顶和斜向压头，所述斜向液压千斤顶与所述斜向加载支座...

【专利技术属性】
技术研发人员：李术才，江贝，王琦，张若祥，尹明德，崔常兴，王富奇，王德超，任尧喜，郭念波，王保齐，许义，左金忠，孔丹，邓雪翔，张建，曾艳君，丁国利，姜作华，邹玉龙，孙会彬，潘锐，王雷，秦乾，高松，于恒昌，李培，董华旭，
申请(专利权)人：山东大学，兖煤菏泽能化有限公司赵楼煤矿，龙口煤电有限公司梁家煤矿，山东天勤矿山机械设备有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37