一种岩石拉伸剪切试验装置及其使用方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种岩石拉伸剪切试验装置，包括架设有支撑架的底座、下部嵌设于底座内的上下分体式的剪切盒、吊装于支撑架上其输出轴a上安装有拉力传感器并通过盒式端面滚动轴承机构竖直作用于剪切盒内岩石试样的拉力加载机构、及安装于支撑架或底座上其输出轴b上安装有剪切力传感器并水平作用于剪切盒上部侧壁上的剪切力加载机构，所述剪切盒的内壁上安装有声发射传感器，所述拉力加载机构与盒式端面滚动轴承机构之间设有轴向位移传感器，所述剪切力加载机构与剪切盒之间设有横向位移传感器。本发明专利技术具有结构简单，测试方法简便，且在岩石承受拉伸应力下监测剪切强度的特点，适用于研究岩石在拉伸和剪切组合应力作用下的物理力学性质。

A Rock Tensile Shear Test Device and Its Application

The invention discloses a rock tensile and shear test device, which comprises a base with a support frame, a upper and lower split shear box embedded in the base, a pull sensor mounted on the output shaft a of the support frame and a pull loading mechanism vertically acting on the rock sample in the shear box through a box end rolling bearing mechanism, and a support frame or a base. A shear force loading mechanism is installed on the output shaft B and acts horizontally on the upper side wall of the shear box. An acoustic emission sensor is installed on the inner wall of the shear box. An axial displacement sensor is arranged between the tension loading mechanism and the box end rolling bearing mechanism, and a transverse displacement sensor is arranged between the shear force loading mechanism and the shear box. The present invention has the advantages of simple structure, simple testing method and monitoring shear strength of rock under tensile stress, and is suitable for studying the physical and mechanical properties of rock under combined tensile and shear stresses.

【技术实现步骤摘要】
一种岩石拉伸剪切试验装置及其使用方法
本专利技术属于室内岩石力学试验
，具体地说，涉及一种岩石拉伸剪切试验装置及其使用方法，主要适用于研究岩石在拉伸和剪切组合应力作用下的物理力学性质。
技术介绍
为了保证地下工程的合理选址和安全施工，需要了解工程所在地岩石的物理力学性质，岩石的抗拉强度就是其中一项重要参数。目前，一般采用压剪试验仪来确定岩石的抗拉强度，但在某些工程地质条件下，地下岩体可能同时受到拉伸剪切应力的复合作用，若在此情况下，利用压剪试验仪测定岩石的抗剪强度将会带来较大误差。因此，为了确定岩石在拉应力条件下的抗剪强度，专利技术一种岩石拉伸剪切试验装置具有十分重要的意义。
技术实现思路
本专利技术提供一种结构简单，测试方法简便，且在岩石承受拉伸应力状态下的剪切强度的测试装置及其试验方法。为实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案如下：一种岩石拉伸剪切试验装置，包括上端面架设有支撑架的底座、下部嵌设并固定于底座内的填充有岩石试样的上下分体式的剪切盒、吊装于支撑架上其输出轴a上安装有拉力传感器并通过盒式端面滚动轴承机构竖直作用于剪切盒内岩石试样的拉力加载机构、及安装于支撑架或底座上其输出轴b上安装有剪切力传感器并水平作用于剪切盒上部侧壁上的剪切力加载机构，所述剪切盒的内壁上安装有声发射传感器，所述拉力加载机构与盒式端面滚动轴承机构之间设有轴向位移传感器，所述剪切力加载机构与剪切盒之间设有横向位移传感器。优选的，所述盒式端面滚动轴承机构包括刚性的盒体，所述盒体内形成有两个平行的其长度方向与输出轴b的轴向相同的长条形凹槽，各所述长条形凹槽内沿其长度方向依次排列有若干个滚动柱，各所述滚动柱的滚动方向与所述长条形凹槽的长度方向相同，所述盒体内设有滑动承压盘，所述盒体顶端通过连接器a与输出轴a螺纹连接并锁紧，所述滑动承压盘与一端竖直贯穿盒体底部的连接器b的上端螺纹连接并锁紧，所述连接器b的另一端与设于所述剪切盒内岩石试样上端的黏结盘a螺纹连接并锁紧。优选的，于所述剪切盒内且位于所述岩石试样底端设有黏结盘b，所述黏结盘b的底端固连有伸出所述剪切盒的螺栓，所述黏结盘b通过设于所述剪切盒外的与螺栓螺纹紧固的螺母与剪切盒固连。优选的，于所述剪切盒的下部分体的顶部的周向表面上均匀地设有至少两个伸入所述底座的销杆，各所述销杆通过竖直贯穿销杆的铆钉固定于所述底座上实现所述剪切盒下部分体与底座的固定。优选的，所述支撑架包括对称设于所述剪切盒两侧的承载柱，两所述承载柱的顶部固连有用于安装所述拉力加载机构的横梁。优选的，所述拉力加载机构包括与所述支撑架固连的液压缸a，所述输出轴a固连于设于液压缸a内的活塞a，所述液压缸a的上下端部处分别设有液压连接口a和液压连接口b。优选的，所述剪切力加载机构包括与所述底座固连的液压缸b，所述输出轴b固连于设于液压缸b内的活塞b，于所述液压缸b的上部沿所述输出轴b运动方向的两端处分别设有液压连接口c和液压连接口d。本专利技术还公开了一种岩石拉伸剪切试验方法，包括如下步骤：S1、将岩石加工成长、宽、高尺寸为50mm、50mm和100mm的标准长方体岩石试样，岩石试样的上下两端打磨光滑，在岩石试样的上、下端面上涂抹聚氨酯粘合剂，并分别与所述黏结盘a、黏结盘b粘结牢固；S2、将岩石试样放置在剪切盒中，将黏结盘b与剪切盒相连并牢固，而后将剪切盒下部分体安装在底座并牢固。将黏结盘a与连接器b下端相连并牢固，连接器b上端与盒式端面滚动轴承机构的滑动承压盘下端连接并牢固，盒式端面滚动轴承机构的盒体顶端与连接器a连接并牢固，连接器a的上端与拉力加载机构的伸缩轴相连并牢固；S3、接通电源，通过数据线分别将拉力传感器、剪切力传感器、轴向位移传感器、横向位移传感器和声发射传感器与计算机采集系统相连；S4、关闭液压连接口a，打开液压连接口b，将液压连接口b连接外部液压源，实时监测拉力传感器的示数，当拉力传感器出现稳定示数时，将拉力传感器和轴向位移传感器清零，再缓缓注入高压液压油，当拉力传感器的示数达到试验设定值F1时，关闭液压连接口b；S5、关闭液压连接口c，打开液压连接口d，将液压连接口d连接外部液压源，，实时监测剪切力传感器的示数，当剪切力传感器出现稳定示数时，将剪切力传感器和横向位移传感器清零，然后缓缓注入高压液压油，输出轴b将通过剪切盒作用于岩石试样上，监测、记录剪切力传感器的示数，随着外力的不断增长，岩石试样将发生剪切破坏，此时剪切力传感器的示数为F2；S6、加载结束后，关闭液压连接口d，打开液压连接口c，将液压连接口c连接外部液压源，实现剪切力加载机构的活塞b复位，分离连接器a和连接器b，关闭液压连接口b，打开液压连接口a，将液压连接口a连接外部液压源，实现拉力加载机构的活塞a复位；S7、分析处理试验数据，计算岩石试样破坏时剪切面的正应力σ＝F1/A,其中，A为岩石试样的剪切面面积，利用若干组试验数据，得到不同拉应力状态σ下的岩石试样抗剪强度τ，绘制出τ-σ的关系曲线。本专利技术由于采用了上述的结构，其与现有技术相比，所取得的技术进步在于：本专利技术设置的剪切盒下部伸入所述底座内，剪切盒为上下分体式的结构，剪切盒的下部分体嵌设并固定于底座内，剪切盒的上部分体位于底座上表面以上，所述拉力加载机构和剪切力加载机构可以同时对内置于所述剪切盒内的岩石试样施加拉伸力和剪切力；设置的盒式端面滚动轴承机构可以保证剪切盒的上部水平方向上的自由移动，设置的拉力传感器和剪切力传感器可以测量作用于岩石试样的轴向拉力和剪切力的大小；设置的轴向位移传感器和横向位移传感器可以测量岩石试样轴向和横向的变形，设置的声发射传感器可以监测岩石试样剪切破坏过程中的声发射活动；本专利技术可以实现对岩石试样施加任意大小组合的拉伸和剪切作用，所得绘制的τ-σ的关系曲线，σ为岩石试样破坏时剪切面的正应力，τ为岩石试样抗剪强度，对评价岩石性质具有重要意义，本试验方法借助本试验装置完成，其方法操作简便，能对岩石试样施加任意大小组合的拉伸和剪切作用，得到对应作用力下岩石试样的轴向和横向位移信息。附图说明附图用来提供对本专利技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本专利技术的实施例一起用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的限制。在附图中：图1为本专利技术实施例的结构示意图；图2为本专利技术实施例盒式端面滚动轴承机构的结构示意图；图3为本专利技术实施例连接器a或连接器b的结构示意图；图4为本专利技术根据拉应力σ和剪应力τ的试验数据，绘制出的τ-σ关系曲线。标注部件：1-底座，2-剪切盒，3-岩石试样，4-黏结盘a，5-黏结盘b，6-螺栓，7-螺母，8-销杆，9-铆钉，10-承载柱，11-横梁，12-液压缸a，13-活塞a，14-输出轴a，15-密封圈a，16-连接器a，17-拉力传感器，18-轴向位移传感器，19-液压连接口a，20-液压连接口b，21-盒体，22-滚动柱，23-滑动承压盘，24-连接器b，25-液压缸b，26-活塞b，27-输出轴b，28-剪切力传感器，29-密封圈b，30-横向位移传感器，31-液压连接口c，32-液压连接口d，33-长条形凹槽，34-声发射传感器。具体实施方式以下结合附图对本专利技术的优选实施例进行说明。应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本专利技术，并不用于限本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种岩石拉伸剪切试验装置，其特征在于：包括上端面架设有支撑架的底座、下部嵌设并固定于底座内的填充有岩石试样的上下分体式的剪切盒、吊装于支撑架上其输出轴a上安装有拉力传感器并通过盒式端面滚动轴承机构竖直作用于剪切盒内岩石试样的拉力加载机构、及安装于支撑架或底座上其输出轴b上安装有剪切力传感器并水平作用于剪切盒上部侧壁上的剪切力加载机构，所述剪切盒的内壁上安装有声发射传感器，所述拉力加载机构与盒式端面滚动轴承机构之间设有轴向位移传感器，所述剪切力加载机构与剪切盒之间设有横向位移传感器。

【技术特征摘要】
1.一种岩石拉伸剪切试验装置，其特征在于：包括上端面架设有支撑架的底座、下部嵌设并固定于底座内的填充有岩石试样的上下分体式的剪切盒、吊装于支撑架上其输出轴a上安装有拉力传感器并通过盒式端面滚动轴承机构竖直作用于剪切盒内岩石试样的拉力加载机构、及安装于支撑架或底座上其输出轴b上安装有剪切力传感器并水平作用于剪切盒上部侧壁上的剪切力加载机构，所述剪切盒的内壁上安装有声发射传感器，所述拉力加载机构与盒式端面滚动轴承机构之间设有轴向位移传感器，所述剪切力加载机构与剪切盒之间设有横向位移传感器。2.根据权利要求1所述的岩石拉伸剪切试验装置，其特征在于：所述盒式端面滚动轴承机构包括刚性的盒体，所述盒体内形成有两个平行的其长度方向与输出轴b的轴向相同的长条形凹槽，各所述长条形凹槽内沿其长度方向依次排列有若干个滚动柱，各所述滚动柱的滚动方向与所述长条形凹槽的长度方向相同，所述盒体内设有滑动承压盘，所述盒体顶端通过连接器a与输出轴a螺纹连接并锁紧，所述滑动承压盘与一端竖直贯穿盒体底部的连接器b的上端螺纹连接并锁紧，所述连接器b的另一端与设于所述剪切盒内岩石试样上端的黏结盘a螺纹连接并锁紧。3.根据权利要求2所述的岩石拉伸剪切试验装置，其特征在于：于所述剪切盒内且位于所述岩石试样底端设有黏结盘b，所述黏结盘b的底端固连有伸出所述剪切盒的螺栓，所述黏结盘b通过设于所述剪切盒外的与螺栓螺纹紧固的螺母与剪切盒固连。4.根据权利要求1所述的岩石拉伸剪切试验装置，其特征在于：于所述剪切盒的下部分体的顶部的周向表面上均匀地设有至少两个伸入所述底座的销杆，各所述销杆通过竖直贯穿销杆的铆钉固定于所述底座上实现所述剪切盒下部分体与底座的固定。5.根据权利要求1所述的岩石拉伸剪切试验装置，其特征在于：所述支撑架包括对称设于所述剪切盒两侧的承载柱，两所述承载柱的顶部固连有用于安装所述拉力加载机构的横梁。6.根据权利要求1所述的岩石拉伸剪切试验装置，其特征在于：所述拉力加载机构包括与所述支撑架固连的液压缸a，所述输出轴a固连于设于液压缸a内的活塞a，所述液压缸a的上下端部处分别设有液压连接口a和液压连接口b。7.根据权利要求1所述的岩石拉伸剪切试验装置，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：李浩然，董志凯，李德康，岳志国，刘博，欧阳作林，杨起帆，
申请(专利权)人：石家庄铁道大学，
类型：发明
国别省市：河北,13