一种基于双振动台的岩石结构面动态摩擦系统技术方案

本发明专利技术涉及一种基于双振动台的岩石结构面动态摩擦系统，其中，传动杆(21)左端通过管架(60)固定在第一振动台(23)上，右端通过拉压力传感器(31)与中间试块(52)连接；中间试块(52)的上下分别设置上试块(51)和下试块(53)，上试块(51)和下试块(53)分别通过下试块固定槽(12)和上试块固定槽(11)直接或间接固定在第二振动台(24)上；插有声发射探头(34)的声发射盖板(13)安放至上试块(51)的上方，千斤顶(22)固定在框架(14)的顶端，向下推移顶紧声发射盖板(13)；位移传感器(32)的自由端预压顶紧中间试块(52)的中心位置；加速度传感器(33)安放在传动杆(21)上。本发明专利技术能改变试验环境，真实还原度高、适应性强。

A dynamic friction system of rock structure surface based on double vibration table

The invention relates to a dynamic friction system of rock structural surface based on a double vibration table, wherein the left end of the driving rod (21) is fixed on the first vibration table (23) through a pipe frame (60), the right end is connected with the intermediate test block (52) through a pull pressure sensor (31); the upper and lower test blocks (51) are respectively arranged on the upper and lower part of the intermediate test block (52), and the upper test block (51) and the lower test block (53) are respectively fixed through the lower test block fixing groove (12 \uff09And the fixing groove (11) of the upper test block is directly or indirectly fixed on the second vibration table (24); the acoustic emission cover plate (13) inserted with the acoustic emission probe (34) is placed on the upper part of the upper test block (51), the jack (22) is fixed on the top of the frame (14), and the acoustic emission cover plate (13) is pushed down to tighten; the free end of the displacement sensor (32) is pre pressed to tighten the center of the intermediate test block (52); the acceleration sensor (33) is placed on the upper part of the upper test block (51) On the drive lever (21). The invention can change the test environment, has high real reduction degree and strong adaptability.

【技术实现步骤摘要】
一种基于双振动台的岩石结构面动态摩擦系统
本专利技术涉及结构面摩擦实验设备领域，尤其涉及一种基于双振动台的岩石结构面动态摩擦系统。
技术介绍
岩体结构面是岩体内存在的原生的层理、层面及以后在地质作用中形成的断层、节理、劈理、层间错动面等各种类型的地质界面，软弱结构面是指充填有一定厚度软弱物质的结构面。岩石结构面或软弱结构面的稳定性直接影响着设施的安全，如，地震、隧洞围岩和衬砌的摩擦、因断层或软弱结构面的滑移等导致大坝谷幅变形等情况，因此岩石结构面或软弱结构面的摩擦特性研究越来越受到重视。目前，基于振动台的动态摩擦测量实验装置主要是振动台滑块试验模型。该振动台滑块试验模型主要依托于单个振动台，采用双试块系统进行试验。将表面积较大的岩石试样置于底部并固定在振动台上，振动台在激励器下受迫振动，底部试块通过试块座固定在振动台上，上部试块直接放置在底部试块上面且能够在摩擦力的驱使下自由滑动，上部试块表面积小于底部试块，以保证摩擦过程中接触面积始终等于上部自由滑动的试块的表面积。上部试块产生滑动的过程中，可以通过测量传感器测试其加速度，而位移，速度等是通过积分形式间接获得。此种振动台滑块试验模型的缺点是：试验试块为自由振动，无法控制其状态；无法施加法向应力，与真实地质情况下的高地应力情况不符；通过测量加速度间接得到位移，速度等，容易产生误差积累，使得获得的测量数据不准确。
技术实现思路
为了克服现有技术存在的无法控制试块的状态且测量数据不准确的技术问题，本专利技术提供一种基于双振动台的岩石结构面动态摩擦系统，通过本专利技术能够很好的控制试块，且获得的测量数据更为准确。本专利技术的目的通过以下技术方案实现：本专利技术提供一种基于双振动台的岩石结构面动态摩擦系统，其包括：上试块固定槽、下试块固定槽、声发射盖板、框架、支撑架、传动杆、千斤顶、第一振动台、第二振动台、拉压力传感器、位移传感器、加速度传感器、声发射探头、上试块、中间试块、下试块和管架；第一振动台和第二振动台分开独立设置；传动杆的左端通过管架固定在第一振动台上，其右端通过拉压力传感器与中间试块连接；拉压力传感器的信号输出端通过导线连接数据采集卡NI的第一输入端；中间试块的上下分别设置上试块和下试块，下试块通过下试块固定槽固定在第二振动台上；上试块的上半部分通过上试块固定槽固定；上试块固定槽与框架连接，并通过连接支撑架与第二振动台连接；加速度传感器安放在传动杆上，并通过导线与数据处理服务器第一端口相连；位移传感器固定在支撑架上，且其自由端穿过支撑架并预压顶紧中间试块的中心位置，并通过导线与NI的第二输入端连接；声发射盖板安放至上试块的上方，千斤顶固定在框架的顶端，向下推移顶紧声发射盖板的中心位置，对上试块施加法向压力；声发射探头插在声发射盖板的预置孔中，并通过导线与数据处理服务器第二端口相连；数据处理服务器第三端口连接NI的输出端。更优选地，其特征在于，所述上试块和下试块的接触面积要小于中间试块。更优选地，所述管架包括：架体、管箍、顶杆、锁紧螺栓；所述管架的安装孔设置为长孔，所述架体的底部基于该长孔通过锁紧螺栓固定在第一振动台上；所述架体上部与管箍扣合后具有容纳传动杆的腔体，并通过紧固件能够锁紧传动杆；所述顶杆自下向上顶紧传动杆。更优选地，所述上试块固定槽和下试块固定槽分别包括：夹持片、顶丝、调节螺杆和钢圈；所述夹持片为两个，分别靠紧在被夹持试块的前后两面，其另一面开有圆孔凹槽，并与通过与安装在钢圈前后两侧的顶丝配合来调节被夹持试块的前后位置；调节螺杆为两个，分别通过螺纹配合安装在钢圈的左右两侧，并顶紧被夹持试块左右两侧的中心处。更优选地，所述上试块固定槽和下试块固定槽分别包括：顶丝、调节螺杆和钢圈；所述顶丝为两个，分别安装在钢圈的前后两侧来调节被夹持试块的前后位置；调节螺杆为两个，分别安装在钢圈的左右两侧，并顶紧被夹持试块左右两侧的中心处。更优选地，所述声发射盖板置于上试块上方并嵌套于所述上试块固定槽内，且沿着所述上试块固定槽的钢圈内沿上下自由动作。更优选地，所述声发射盖板设置有非对称布置的探头安置孔。更优选地，所述声发射探头通过弹簧固定夹固定在所述第二振动台上；所述弹簧固定夹包括：塑料空心半封闭圆管、弹簧、支架；所述弹簧置于塑料空心半封闭圆管内，塑料空心半封闭圆管用支架固定在第二振动台上，声发射探头上部伸入圆管，压紧弹簧，探头下部表面涂抹耦合剂，与上试块上部连接导线，该导线穿出圆管，与数据处理服务器第二端口相连。更优选地，在所述中间试块分别与上试块和下试块接触的两个结构面之间加入岩石断层模拟物质。由上述本专利技术的技术方案可以看出，本专利技术具有如下优点：1、本专利技术通过两台振动台控制实验试块，并通过千斤顶施加高法向应力，故能够在试验方法上改变试验环境，真实情况还原度高、适应性强。2、本专利技术通过声发射盖板和上试块铁箍的固定装置，能够改变制备试样整体的垂直高度，并允许岩石在试验中高应力下的相对压紧程度的变化；通过上、下试块固定装置侧面的调节螺栓和夹持铁片，能够改变制备试块的平面尺寸大小，控性好、适应性强、灵活性高；3、本专利技术接入一套完整的测量系统，包括力、位移、加速度、声发射数据采集和图形处理系统，能够直接测量试块间的动摩擦力，从而使得获得的测量数据更加准确。附图说明图1为本专利技术的结构示意图；图2-1为本专利技术中的管架的主视图；图2-2为图2-1中的A局部的俯视图；图3为本专利技术中的的上试块固定槽和下试块固定槽的结构示意图；图4为本专利技术中的声发射盖板的俯视图；图5为本专利技术中的用于固定声发射探头的弹簧固定夹的结构示意图；图6为本专利技术中的上试块、上试块固定槽和声发射盖板的装配关系图；图7为本专利技术中的试块受力分析示意图。附图中：待测岩石固定组件10、作用力施加组件20、监测组件30、待测岩石50；上试块固定槽11、下试块固定槽12、声发射盖板13、框架14、支撑架15；传动杆21、法向加载千斤顶22、第一振动台23、第二振动台24；拉压力传感器31、位移传感器32、加速度传感器33、声发射探头34；上试块51、中间试块52、下试块53。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清晰，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。本专利技术提供一种基于双振动台的岩石结构面动态摩擦系统，其结构如图1所示，包括：固定组件10、作用力施加组件20、监测组件30、数据处理组件(图中未示出)、被测试块50、管架60。固定组件10包括：上试块固定槽11、下试块固定槽12、声发射盖板13、框架14、支撑架15；作用力施加组件本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于双振动台的岩石结构面动态摩擦系统，其特征在于，所述基于双振动台的岩石结构面动态摩擦系统包括：/n上试块固定槽(11)、下试块固定槽(12)、声发射盖板(13)、框架(14)、支撑架(15)、传动杆(21)、千斤顶(22)、第一振动台(23)、第二振动台(24)、拉压力传感器(31)、位移传感器(32)、加速度传感器(33)、声发射探头(34)、上试块(51)、中间试块(52)、下试块(53)和管架(60)；/n第一振动台(23)和第二振动台(24)分开独立设置；/n传动杆(21)的左端通过管架(60)固定在第一振动台(23)上，其右端通过拉压力传感器(31)与中间试块(52)连接；拉压力传感器(31)的信号输出端通过导线连接数据采集卡NI的第一输入端；/n中间试块(52)的上下分别设置上试块(51)和下试块(53)，下试块(53)通过下试块固定槽(12)固定在第二振动台(24)上；上试块(51)的上半部分通过上试块固定槽(11)固定；上试块固定槽(11)与框架(14)连接，并通过连接支撑架(15)与第二振动台(24)连接；/n加速度传感器(33)安放在传动杆(21)上，并通过导线与数据处理服务器第一端口相连；/n位移传感器(32)固定在支撑架(15)上，且其自由端穿过支撑架(15)并预压顶紧中间试块(52)的中心位置，并通过导线与NI的第二输入端连接；/n声发射盖板(13)安放至上试块(51)的上方，千斤顶(22)固定在框架(14)的顶端，向下推移顶紧声发射盖板(13)的中心位置，对上试块(51)施加法向压力；声发射探头(34)插在声发射盖板(13)的预置孔中，并通过导线与数据处理服务器第二端口相连；/n数据处理服务器第三端口连接NI的输出端。/n...

【技术特征摘要】
1.一种基于双振动台的岩石结构面动态摩擦系统，其特征在于，所述基于双振动台的岩石结构面动态摩擦系统包括：
上试块固定槽(11)、下试块固定槽(12)、声发射盖板(13)、框架(14)、支撑架(15)、传动杆(21)、千斤顶(22)、第一振动台(23)、第二振动台(24)、拉压力传感器(31)、位移传感器(32)、加速度传感器(33)、声发射探头(34)、上试块(51)、中间试块(52)、下试块(53)和管架(60)；
第一振动台(23)和第二振动台(24)分开独立设置；
传动杆(21)的左端通过管架(60)固定在第一振动台(23)上，其右端通过拉压力传感器(31)与中间试块(52)连接；拉压力传感器(31)的信号输出端通过导线连接数据采集卡NI的第一输入端；
中间试块(52)的上下分别设置上试块(51)和下试块(53)，下试块(53)通过下试块固定槽(12)固定在第二振动台(24)上；上试块(51)的上半部分通过上试块固定槽(11)固定；上试块固定槽(11)与框架(14)连接，并通过连接支撑架(15)与第二振动台(24)连接；
加速度传感器(33)安放在传动杆(21)上，并通过导线与数据处理服务器第一端口相连；
位移传感器(32)固定在支撑架(15)上，且其自由端穿过支撑架(15)并预压顶紧中间试块(52)的中心位置，并通过导线与NI的第二输入端连接；
声发射盖板(13)安放至上试块(51)的上方，千斤顶(22)固定在框架(14)的顶端，向下推移顶紧声发射盖板(13)的中心位置，对上试块(51)施加法向压力；声发射探头(34)插在声发射盖板(13)的预置孔中，并通过导线与数据处理服务器第二端口相连；
数据处理服务器第三端口连接NI的输出端。


2.根据权利要求1所述的一种基于双振动台的岩石结构面动态摩擦系统，其特征在于，
所述上试块(51)和下试块(53)的接触面积要小于中间试块(52)。


3.根据权利要求1所述的一种基于双振动台的岩石结构面动态摩擦系统，其特征在于，所述管架(60)包括：
架体(61)、管箍(62)、顶杆(63)、锁紧螺栓(64)；
所述管架(60)的安装孔设置为长孔，所述架体(61)的底部基于该长孔通过锁紧螺栓(64)固定在第一振动台(23)上；所述架体(61)上部与管箍(62)扣合后具有容纳传动杆(21)的腔体，并通过紧固件能够锁紧传动杆(2...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘耀儒，张凯，杨强，郑双凌，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京;11