一种考虑超低摩擦效应的准静态双轴直剪设备制造技术

本实用新型专利技术涉及一种考虑超低摩擦效应的准静态双轴直剪设备，设备包括支撑结构、岩石直剪机构、力学传感器和伺服电机；岩石直剪机构安装在支撑结构上；岩石直剪机构包括千斤顶、竖直滑轨、竖直滑块、上试块盒、水平滑轨、水平滑块、下试块盒；千斤顶的顶杆长度随压力增大而向下伸长；上试块盒通过竖直滑块能够沿竖直滑轨上下滑动；水平滑块嵌套在水平滑轨上，下试块盒与水平滑块相连；伺服电机通过力学传感器能够驱动下试块盒沿水平滑轨水平移动；上试块底部与下试块顶部相接触；千斤顶通过顶杆对上试块和下试块的接触面施加压力。本实用新型专利技术模拟岩体结构面的真实受力，在考虑超低摩擦效应状态下研究岩体结构面超低摩擦滑动失稳情况。

【技术实现步骤摘要】
一种考虑超低摩擦效应的准静态双轴直剪设备
本技术涉及双轴直剪设备
，具体涉及一种考虑超低摩擦效应的准静态双轴直剪设备，用于岩石直剪和摩擦试验。
技术介绍
传统的结构面摩擦试验设备多为静态(准静态)摩擦试验设备，通过这些静态(准静态)摩擦试验设备得到的数据，往往不符合工程中的实际情况。这是因为岩体在长期高地应力作用下，通常为含有节理裂隙的块系结构。当动力冲量作用于岩块系统时，由于岩体的振动，岩石间的相对压紧程度会随时间变化。在某些时刻，当岩块间相对疏松时，岩块间的摩擦力和摩擦系数会大大降低，甚至降为零，即产生超低摩擦效应，块系的临界平衡条件变化导致块系岩体发生超低摩擦滑动，容易导致岩体失稳。因此，需要对岩体结构面的超低摩擦滑动失稳的情况进行研究。在以往对岩体结构面的超低摩擦滑动失稳的研究方法中，一般采用双轴双向直剪仪或三轴试验系统，观察岩体结构面动态摩擦发生的过程。但是这种实验设备依然很难符合工程中的真实受力环境。
技术实现思路
针对上述现有技术中存在的不足，本技术提供了一种考虑超低摩擦效应的准静态双轴直剪设备，目的在于模拟岩体结构面的真实受力，在考虑超低摩擦效应状态下，研究岩体结构面超低摩擦滑动失稳情况，大大提高了试验结果的精度。为实现上述目的，本技术提供如下技术方案：一种考虑超低摩擦效应的准静态双轴直剪设备，其特征在于，所述设备包括支撑结构、岩石直剪机构、力学传感器和伺服电机；所述岩石直剪机构安装在所述支撑结构上；所述岩石直剪机构包括千斤顶、竖直滑轨、竖直滑块、上试块盒、水平滑轨、水平滑块、下试块盒；所述千斤顶固定在所述支撑结构上方，所述千斤顶的顶杆长度随压力增大而向下伸长；所述竖直滑轨竖直固定在所述支撑结构上，所述竖直滑块嵌套在所述竖直滑轨上，所述上试块盒具有上下开口，水平设置并与所述竖直滑块相连，所述上试块盒通过所述竖直滑块能够沿所述竖直滑轨上下滑动；所述水平滑轨固定在所述支撑结构上，所述水平滑块嵌套在所述水平滑轨上，所述下试块盒与所述水平滑块相连；所述伺服电机通过所述力学传感器与所述下试块盒相连；所述伺服电机能够驱动所述下试块盒沿所述水平滑轨水平移动；下试块置于所述下试块盒内，上试块置于所述上试块盒内，所述上试块底部与所述下试块顶部相接触；所述千斤顶通过所述顶杆对所述上试块和所述下试块的接触面施加压力。进一步地，所述岩石直剪机构还包括刚性盖板，所述上试块的顶部由所述刚性盖板压紧，所述千斤顶通过所述刚性盖板将压力传递到所述上试块和所述下试块的接触面上。进一步地，所述岩石直剪机构还包括刚性垫块，所述刚性垫块设置在所述刚性盖板中心位置，所述千斤顶向下伸长后所述顶杆底部顶住所述刚性垫块。进一步地，所述岩石直剪机构还包括压力施加装置，所述压力施加装置固定在所述支撑结构上；所述千斤顶固定在所述压力施加装置顶部中心，所述竖直滑轨固定在所述压力施加装置上。进一步地，所述压力施加装置包括侧杆和顶杆，多根所述侧杆分别竖直固定在所述支撑结构上，所述顶杆为十字形结构，所述顶杆端部分别与所述侧杆顶端固定相连；所述千斤顶固定在所述十字形结构上，4根所述竖直滑轨分别固定在所述侧杆上，且两两相对对称设置。进一步地，所述压力施加装置的所述侧杆和所述顶杆由工字钢组成，4根所述侧杆竖直固定在所述支撑结构上，所述十字形结构端部与4根所述侧杆顶端连接。进一步地，所述支撑结构包括钢架、上梁、下梁、下横梁和上横梁，4根所述钢架竖直固定在地面上，两组上下平行布置的所述上梁和所述下梁的两端分别与两侧的所述钢架相连；所述下梁与所述上梁之间具有预定间距，在所述下梁中心两侧对称垂直布置两根所述下横梁，所述下横梁与所述下梁顶面齐平；在所述上梁的中心两侧对称垂直分布两根所述上横梁；所述岩石直剪机构安装在所述上横梁上。进一步地，所述上横梁和所述下横梁为槽钢结构。进一步地，所述力学传感器通过刚性螺杆与所述下试块盒连接。本技术的有益效果：本技术在传统岩石剪切试验设备中增设了竖直滑轨和水平滑轨及其他组件，水平滑轨在伺服电机牵引下摩擦力小，力学传感器检测误差小，竖直滑轨保证了在一定法向压力下，试块剪切过程中能够允许相对压紧程度会随时间变化，有利于研究岩石超低摩擦效应，从而考虑超低摩擦效应对试验的影响。另外，本技术采用钢架结构，简单可靠、易于安装、稳定性高，刚性垫块和刚性盖板向试块均匀传递千斤顶压力，可保证试验的准确性。附图说明图1为本技术考虑超低摩擦效应的准静态双轴直剪设备的结构主视图；图2为本技术考虑超低摩擦效应的准静态双轴直剪设备侧视图；图3为本技术中岩石直剪组件结构示意图。其中：1、钢架，2、上梁，3、下梁，4、下横梁，5、上横梁，6、岩石直剪组件，61、压力施加装置，62、千斤顶，63、竖直滑轨，64、竖直滑块，65、上试块盒，66、上试块，67、刚性盖板，68、刚性垫块，69、水平滑轨，610、水平滑块，611、下试块盒，612、下试块，7、力学传感器，8、伺服电机。具体实施方式下面结合说明书附图和实施例，对本技术的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例仅用于说明本技术，但不用来限制本技术的范围。本申请文件中的上、下、左、右、内、外、前端、后端、头部、尾部等方位或位置关系用语是基于附图所示的方位或位置关系而建立的。附图不同，则相应的位置关系也有可能随之发生变化，故不能以此理解为对保护范围的限定。本技术中，术语“安装”、“相连”、“相接”、“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，也可以是一体地连接，也可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通信，也可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接连接，可以是两个元器件内部的联通，也可以是两个元器件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。本实施例记载了一种考虑超低摩擦效应的准静态双轴直剪设备，如图1和图2所示，该设备包括钢架1、上梁2、下梁3、下横梁4、上横梁5、岩石直剪机构6、力学传感器7和伺服电机8。本实施例中4根钢架1竖直固定在地面的预定位置上，用于保持设备的整体稳定。在钢架1的前后还可设置斜向的支撑杆，钢架1的底部也可固定在底架上，通过底架固定在地面上。两组上下平行布置的上梁2和下梁3的两端分别与两侧的钢架1焊接连接，上梁2的顶部与钢架1的顶部基本齐平，下梁3与上梁2之间具有预定间距，间距能够容纳岩石直剪组件6的下试块固定部分。两根下横梁4对称设置在下梁3中心两侧，且与下梁3垂直分布，下横梁4的两端分别与两根下梁3焊接连接，下横梁4与下梁3的顶面齐平，下横梁4可起到连接钢架1结构作用。两根上横梁5对称设置在上梁2的中心两侧，且与上梁2垂直分布，上横梁5的两端分别与上梁2的侧面焊接连接。上横梁5可起到加固钢架1结构稳定性的作用。钢架1、上梁2、下梁3、下横本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种考虑超低摩擦效应的准静态双轴直剪设备，其特征在于，所述设备包括支撑结构、岩石直剪机构(6)、力学传感器(7)和伺服电机(8)；所述岩石直剪机构(6)安装在所述支撑结构上；/n所述岩石直剪机构(6)包括千斤顶(62)、竖直滑轨(63)、竖直滑块(64)、上试块盒(65)、水平滑轨(69)、水平滑块(610)、下试块盒(611)；所述千斤顶(62)固定在所述支撑结构上方，所述千斤顶(62)的顶杆长度随压力增大而向下伸长；所述竖直滑轨(63)竖直固定在所述支撑结构上，所述竖直滑块(64)嵌套在所述竖直滑轨(63)上，所述上试块盒(65)具有上下开口，水平设置并与所述竖直滑块(64)相连，所述上试块盒(65)通过所述竖直滑块(64)能够沿所述竖直滑轨(63)上下滑动；所述水平滑轨(69)固定在所述支撑结构上，所述水平滑块(610)嵌套在所述水平滑轨(69)上，所述下试块盒(611)与所述水平滑块(610)相连；所述伺服电机(8)通过所述力学传感器(7)与所述下试块盒(611)相连；所述伺服电机(8)能够驱动所述下试块盒(611)沿所述水平滑轨(69)水平移动；/n下试块(612)置于所述下试块盒(611)内，上试块(66)置于所述上试块盒(65)内，所述上试块(66)底部与所述下试块(612)顶部相接触；所述千斤顶(62)通过所述顶杆对所述上试块(66)和所述下试块(612)的接触面施加压力。/n...

【技术特征摘要】
1.一种考虑超低摩擦效应的准静态双轴直剪设备，其特征在于，所述设备包括支撑结构、岩石直剪机构(6)、力学传感器(7)和伺服电机(8)；所述岩石直剪机构(6)安装在所述支撑结构上；
所述岩石直剪机构(6)包括千斤顶(62)、竖直滑轨(63)、竖直滑块(64)、上试块盒(65)、水平滑轨(69)、水平滑块(610)、下试块盒(611)；所述千斤顶(62)固定在所述支撑结构上方，所述千斤顶(62)的顶杆长度随压力增大而向下伸长；所述竖直滑轨(63)竖直固定在所述支撑结构上，所述竖直滑块(64)嵌套在所述竖直滑轨(63)上，所述上试块盒(65)具有上下开口，水平设置并与所述竖直滑块(64)相连，所述上试块盒(65)通过所述竖直滑块(64)能够沿所述竖直滑轨(63)上下滑动；所述水平滑轨(69)固定在所述支撑结构上，所述水平滑块(610)嵌套在所述水平滑轨(69)上，所述下试块盒(611)与所述水平滑块(610)相连；所述伺服电机(8)通过所述力学传感器(7)与所述下试块盒(611)相连；所述伺服电机(8)能够驱动所述下试块盒(611)沿所述水平滑轨(69)水平移动；
下试块(612)置于所述下试块盒(611)内，上试块(66)置于所述上试块盒(65)内，所述上试块(66)底部与所述下试块(612)顶部相接触；所述千斤顶(62)通过所述顶杆对所述上试块(66)和所述下试块(612)的接触面施加压力。


2.根据权利要求1所述的考虑超低摩擦效应的准静态双轴直剪设备，其特征在于，所述岩石直剪机构(6)还包括刚性盖板(67)，所述上试块(66)的顶部由所述刚性盖板(67)压紧，所述千斤顶(62)通过所述刚性盖板(67)将压力传递到所述上试块(66)和所述下试块(612)的接触面上。


3.根据权利要求2所述的考虑超低摩擦效应的准静态双轴直剪设备，其特征在于，所述岩石直剪机构(6)还包括刚性垫块(68)，所述刚性垫块(68)设置在所述刚性盖板(67)中心位置，所述千斤顶(62)向下伸长后所述顶杆底部顶住所述...

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