【技术实现步骤摘要】
一种地下工程岩体剪切模拟试验装置、试验方法及试验机
[0001]本专利技术涉及岩体力学信息测量
，尤其涉及一种地下工程岩体剪切模拟试验装置、试验方法及试验机。
技术介绍
[0002]在岩体力学信息测量技术设备中，剪切渗流耦合试验设备以及高温剪切设备已经较多，但其大多仅是孤立的单试验设备，即能在一台试验机上实现高温剪切以及剪切渗流试验的设备较少；而且当前能够进行高温剪切的试验装置亦存在一定的局限性，例如高温设备的加热温度较低(例如：中国专利CN110658085A，公开日：2020年01月07日及中国专利CN113109181A，公开日：2021年07月13日的文件中，其所记载的最高加热温度只有250℃，中国专利CN112284932A，公开日：2021年01月29日的文件中，其所记载的最高加热温度只有100℃)，这显然无法达到更深部岩体的温度环境，因此，为了研究更深部岩体的温度环境，还需要对设备进行进一步的改进。
[0003]为保证加热效果，现有试验设备加热方式通常采用放置在剪切盒中的加热棒，这种方式容易对试样加热不均匀(因为只有上下两个加热方向)。而且现有技术的试验仪器没有保温设备，无法实现实时高温试验以及循环加热试验。对于实验仪器密封方面，现有技术剪切渗流设备通常采用涂抹胶水的方式进行密封(如中国专利CN112284932A，公开日：2021年01月29日)。但其缺点在于：剪切渗流盒的密封性较差，且密封橡胶使用寿命较短。而且现有技术剪切渗流过程中限制试样的法向位移，因为法向位移的产生会对密封性带来较...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种地下工程岩体剪切模拟试验装置，其特征在于，其包括：机架，其包括底座和跨设在底座上方的龙门架，其中，所述龙门架的下侧与底座之间形成试验区；轴向加载机构，设置在龙门架中部下侧，且用于对试验区内的试样提供受力加载；水平加载机构，设置在龙门架接近试验区的两侧，且用于对试验区内的试样提供剪切力加载；第一试样装载机构和第二试样装载机构，分别设置在底座上方且用于装载试样；联动牵引机构，设置在底座上且分别与第一试样装载机构和第二试样装载机构连接，并用于带动第一试样装载机构或第二试样装载机构移入或移出试验区；控制器，与轴向加载机构、水平加载机构和联动牵引机构连接且控制其工作启闭；其中，所述水平加载机构和轴向加载机构与第一试样装载机构或第二试样装载机构具有第一配合状态和第二配合状态，第一配合状态时，所述第一试样装载机构或第二试样装载机构位于试验区内，所述轴向加载机构对所述第一试样装载机构或第二试样装载机构上的试样加载轴向力，所述水平加载机构对所述第一试样装载机构或第二试样装载机构上的试样加载剪切力；第二配合状态时，所述轴向加载机构和所述水平加载机构与所述第一试样装载机构或第二试样装载机构解除受力加载。2.如权利要求1所述的地下工程岩体剪切模拟试验装置，其特征在于，所述轴向加载机构包括：轴向油缸，其通过安装件安装在龙门架中部下侧，所述轴向油缸的驱动端竖直朝下与位于试验区内的试样相对，所述轴向油缸与控制器连接且由控制器控制工作启闭；所述水平加载机构包括：水平剪切油缸，设置在龙门架接近试验区的一侧，其驱动端朝向试验区且用于与位于试验区内的试样一侧配合并用于提供水平剪切力加载，所述水平剪切油缸与控制器连接且由控制器控制工作启闭；反力架，设置在龙门架接近试验区的另一侧，且用于与位于试验区内的试样另一侧配合连接；所述联动牵引机构包括：直线导轨，通过支撑块安装在底座上，其两端横跨在龙门架下方的试验区；滑块，为一对且滑动连接在直线导轨上，其中，每对滑块的上端均连接有垫板组件，所述垫板组件与第一试样装载机构或第二试样装载机构配合连接；伺服电机，固定连接在直线导轨一端，其驱动端朝向直线导轨的另一端，所述伺服电机与控制器连接且由控制器控制工作启闭；减速机，其动力输入端连接在伺服电机驱动端，其动力输出端通过联轴器连接有丝杆，所述丝杆远离减速机的端部延伸至直线导轨另一端；其中，一对滑块下端均固定连接有与丝杆螺纹连接的螺纹连接块，由伺服电机驱动丝杆旋转，使一对滑块带动其上端连接的第一试样装载机构和第二试样装载机构沿直线导轨长度方向同步平移，令第一试样装载机构或第二试样装载机构移入或移出龙门架下方的试验区。
3.如权利要求2所述的地下工程岩体剪切模拟试验装置，其特征在于，所述第一试样装载机构包括：第一基座，下部与其中一滑块上的垫板组件连接；第一滚珠排，活动设置在第一基座的上端面，所述第一基座的上端面上设有用于容置第一滚珠排的第一沉槽，所述第一滚珠排的上侧与第一沉槽的上端相平或高出第一沉槽；第一垫板，设置在第一基座上方且其其下端面与第一滚珠排上侧相贴；下剪切盒，其一端置于所述第一垫板的上端面，所述下剪切盒的一端还设有贯穿其上下端面的第一试样容置槽，所述第一试样容置槽的结构轮廓与试样下部相适应；所述下剪切盒的另一端设有第一安装通孔且用于与水平剪切油缸配合，所述水平剪切油缸上连接有第一连接块，所述第一连接块上设有与下剪切盒另一端卡接配合的第一U型槽，所述第一U型槽上设有与第一安装通孔结构相适应且相互配合的第一贯穿孔，所述下剪切盒的另一端与第一U型槽卡接配合后，通过销钉穿过第一贯穿孔和第一安装通孔，将下剪切盒的另一端与第一连接块可拆卸固定连接；上剪切盒，其一端置于所述下剪切盒一端的上端面，所述上剪切盒的一端设有贯穿其上下端面的第二试样容置槽，所述第二试样容置槽的结构轮廓与试样上部相适应；所述上剪切盒的另一端设有第二安装通孔且用于与反力架配合，所述反力架上连接有第二连接块，所述第二连接块上设有与上剪切盒另一端卡接配合的第二U型槽，所述第二U型槽上设有与第二安装通孔结构相适应且相互配合的第二贯穿孔，所述上剪切盒的另一端与第二U型槽卡接配合后，通过销钉穿过第二贯穿孔和第二安装通孔，将上剪切盒的另一端与第二连接块可拆卸固定连接；第一压头，其下端可活动的穿入到上剪切盒的第二试样容置槽内且与第一垫板配合，将试样约束固定在第一试样容置槽和第二试样容置槽内；所述第一压头的上端用于与轴向油缸的驱动端配合；环境箱，为可拆卸箱形结构，其内部形成容置腔且将下剪切盒、上剪切盒一端容置其中，所述环境箱的其中两侧及上端面对应上剪切盒、下剪切盒和第一压头的另一端设有供其穿出的避让通孔；电热丝组件，设置在容置腔内且与控制器连接，由控制器控制工作启闭；风机组件，设置在环境箱一侧且所述环境箱对应风机组件的风力输出端设有连通至环境箱内部容置腔的风道，所述风机组件用于将电热丝组件加热的空气引导吹送至试样表面，以实现对试样的温度调节；其中，所述第一压头和下剪切盒上均布设有一个以上位移传感器，所述上剪切盒、下剪切盒以及第一压头的底部上设有用于将温度传感器穿置至试样表面的预留孔。4.如权利要求3所述的地下工程岩体剪切模拟试验装置，其特征在于，所述第二试样装载机构包括：第二基座，下部与另一滑块上的垫板组件连接；第二滚珠排，活动设置在第二基座的上端面，所述第二基座的上端面上设有用于容置第二滚珠排的第二沉槽，所述第二滚珠排的上侧与第二沉槽的上端相平或高出第二沉槽；下剪切渗流盒，其一端置于所述第二基座的上端面，所述下剪切渗流盒一端的下端面与第二滚珠排贴合，所述下剪切渗流盒一端的上端面还设有第三试样容置槽，该第三试样
容置槽为两侧敞开的U形槽，其远离下剪切渗流盒另一端的一侧设有第一垫块，所述第一垫块的上端面与下剪切渗流盒的上端面相平；所述下剪切渗流盒的另一端设有第三安装通孔且用于与水平剪切油缸配合，所述水平剪切油缸与下剪切渗流盒配合时，通过销钉穿过第一贯穿孔和第三安装通孔，将下剪切渗流盒的另一端与第一连接块可拆卸固定连接；上剪切渗流盒，其一端置于所述下剪切盒一端的上端面且其一端末的下端面与所述第一垫块的上端面相贴，所述上剪切渗流盒的一端下面端面设有第四试样容置槽，该第四试样容置槽为两侧敞开的U形槽，其远离上剪切渗流盒另一端的一侧设有第二垫块，所述第二垫块的下端面与上剪切渗流盒的下端面相平，所述下剪切渗流盒一端末的上端面与所述第二垫块的下端面相贴；所述上剪切渗流盒的另一端设有第四安装通孔且用于与反力架配合，所述反力架与上剪切渗流盒配合时，通过销钉穿过第二贯穿孔和第四安装通孔，将上剪切渗流盒的另一端与第二连接块可拆卸固定连接；侧板，为一对，且相对设置在上剪切渗流盒和下剪切渗流盒两侧，将上剪切渗流盒和下剪切渗流盒活动约束在一对侧板之间，其中，所述第三试样容置槽、第四试样容置槽、第一垫块、第二垫块和一对侧板之间合围形成用于容置试样的容置区，所述容置区的两侧设有密封胶囊，所述第一垫块与上剪切渗流盒贴合的端面和所述第二垫块与下剪切渗流盒贴合的端面上均设有密封槽，所述密封槽内嵌设有密封胶条，另外，所述上剪切渗流盒的一端还设有贯穿入容置区内的注水孔，所述下剪切渗流盒的一端还设有贯穿入容置区内的出水孔；一对所述侧板的上端可拆卸连接有一对相对设置的压辊轴，所述压辊轴的两端分别与一对侧板连接，所述压辊轴上套设有用于与上剪切渗流盒上端面配合的环形压辊块；一对所述侧板还对应所述密封胶囊设有与密封胶囊配合的密封胶囊压板；第二压头，其下端可活动的穿入到上剪切渗流盒的第四试样容置槽内且与容置腔内放置的试样相抵，所述上剪切渗流盒的上端设...
【专利技术属性】
技术研发人员：王刚，王鹏举，贺鹏，吴学震，范克睿，王长盛，尤志嘉，杨宁，陈明瑞，张亮，吕凡，
申请(专利权)人：山东科技大学，
类型：发明
国别省市：
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