一种岩石力学试验装置及试验方法制造方法及图纸

一种岩石力学试验装置及方法，装置：z向压拉连动体由z向上压板、z向上拉板、z向下拉板、z向下压板、z向上连接杆和z向下连接杆组成；z向上压板、z向上拉板、z向下拉板和z向下压板由上到下依次水平设置；四根z向上连接杆分别连接z向上压板和z向下拉板；四根z向下连接杆分别连接z向上拉板和z向下压板；z向引伸计的两端分别与z向上拉板和z向下拉板连接；压拉加载单元一由相对设置的一对加载单体一组成。方法：装载试样；施加压应力模拟破坏过程，观察破坏情况，并记录位移变化量。该装置结构简单、稳定性好，可再现多种材料的破坏类型；该方法步骤简单，实施成本低、操作过程方便，能同时实现岩石类材料多种不同形式的加载作用。类材料多种不同形式的加载作用。类材料多种不同形式的加载作用。

【技术实现步骤摘要】
一种岩石力学试验装置及试验方法


[0001]本专利技术属于岩石类材料室内压拉剪组合力学试验
，具体涉及一种岩石力学试验装置及试验方法。

技术介绍

[0002]工程中的固体材料主要有岩石、混凝土、钢结构等。在工程现场中存在多种复杂的固体材料发生破坏的现象，其中，固定材料的破坏形式往往并不是单一存在的，为了有效解释工程现场存在的破坏情况，需要通过试验来研究固体材料破坏的规律。由于工程现场存在试验条件有限、环境干扰等多种不利因素，因而户外现场的试验难以有效的完成试验过程中数据的监测作业，进而无法确保力学试验的准确性，因此，室内力学试验成为了模拟现场材料破坏的主要方式。在工程现场中，材料往往会受到压缩和拉伸的共同作用，或者拉伸和剪切的共同作用。然而在以往的室内试验过程中均只是关注了单一的破坏方式，例如，单一的压缩试验，单一的拉伸试验，单一的剪切试验，这样，并不能足以揭示固体材料破坏的规律。
[0003]目前针对压缩试验出现了诸多的试验装置，可实现多维的应力加载，可充分的模拟现场的应力环境。而对于拉伸和剪切的试验装置较少，并没有一套能将拉伸和剪切结合的多维应力试验装置，也没有能实现多维应力下的应力类型自由转换的岩石力学压拉剪试验装置。通过单轴拉伸试验、单轴剪切试验仅仅能解释材料受到的一种破坏状态，并不能全面地反应材料受到的破坏规律，因此，目前存在的试验装置功能较为单一，很难解释工程现场存在的拉伸和剪切组合破坏规律。随着工程现场应力环境的复杂化，材料受到破坏的形式愈加复杂，且多为深部环境下的材料破坏。因此，急需提供一种能有助于揭示岩石试样的破坏规律的岩石类材料压拉剪组合加载的试验装置及方法。

技术实现思路

[0004]针对上述现有技术存在的问题，本专利技术提供一种岩石力学试验装置及试验方法，该装置结构简单、稳定性好，可将外部荷载转换为其他类型的应力，其能同时实现岩石类材料多种不同形式的加载作用，可再现多种材料的破坏类型，有助于揭示岩石试样的破坏规律，其适用性广泛，具有广阔的应用前景；该方法步骤简单，实施成本低、操作过程方便，可以对复合破坏类型进行有效的模拟，并能对破坏过程进行直观地观察。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术提供一种岩石力学试验装置，包括z向压拉连动体、z向引伸计和压拉加载单元一；
[0006]所述z向压拉连动体由z向上压板、z向上拉板、z向下拉板、z向下压板、z向上连接杆和z向下连接杆组成；所述z向上压板、z向上拉板、z向下拉板和z向下压板由上到下依次水平地设置；所述z向上拉板在其四周处开设有四个上通孔，四个上通孔分布于同一个矩形的四个顶点上，z向上拉板的下部在四个上通孔的内侧固定连接有连接凸台A，连接凸台A的下部沿x方向开设有多个T型凹槽A，且每个T型凹槽A的长度方向均沿y向延伸；所述z向下拉
板在其四周开设有四个下通孔，四个下通孔分布于同一个矩形的四个顶点上，且四个下通孔对应在四个上通孔的外围，z向下拉板的上部在四个下通孔的内侧固定连接有连接凸台B，连接凸台B的上部沿x方向开设有多个T型凹槽B，且每个T型凹槽B的长度方向均沿y向延伸；四根z向上连接杆分别滑动地插装在四个上通孔中，并形成z向矩形承载框架的四条棱边；四根z向上连接杆的上端分别与z向上压板下端面的四周固定连接，其下端分别与z向下拉板上端面的四周固定连接；四根z向下连接杆分别滑动地插装在四个下通孔中，且其上端分别与z向上拉板下端面的四周固定连接，其下端分别与z向下压板上端面的四周固定连接；
[0007]所述z向引伸计沿z向设置，其上端与连接凸台A固定连接，其下端与连接凸台B固定连接；
[0008]所述压拉加载单元一由相对设置的一对加载单体一组成，一对加载单体一之间形成z向试样承载空间；上侧的加载单体一的上部固定连接有多个T型凸块A，多个T型凸块A分别与多个T型凹槽A相对应地设置，且分别插装于多个T型凹槽A中；下侧的加载单体一的下部固定连接有多个T型凸块B，多个T型凸块B分别与多个T型凹槽B相对应地设置，且分别插装于多个T型凹槽B中。
[0009]在该技术方案中，使四根z向上连接杆滑动地插装于z向上拉板四角处的四个上通孔中，同时，使四根z向上连接杆的上端与z向上压板下端面的四周固定连接，使四根z向上连接杆的下端与z向下拉板上端面的四周固定连接，这样便可以利用z向上连接杆将分别位于z向上拉板上下两侧的z向上压板和z向下拉板进行可靠地连接，这样，在z向上压板上施加压力后，便可以通过四根z向上连接杆将压力可靠地传递给z向下拉板，进而能将来自上方的压力转化为向下的拉力。使四根z向下连接杆滑动地插装于z向下拉板四角处的四个下通孔中，同时，使四根z向下连接杆的上端与z向上拉板下端面的四周固定连接，使四根z向下连接杆的下端与z向下压板上端面的四周固定连接，这样便可以利用z向下连接杆将分别位于z向下拉板上下两侧的z向上拉板和z向下压板进行可靠地连接，这样，在z向下压板上具有反力时，便可以通过四根z向下连接杆将反力可靠地传递给z向上拉板，进而能将来自下方的压力转化为向上的拉力。这样，通过z向上压力的加载便可以有效的转化为z向上方向相反的一对拉力，从而可以有效的作用于试样的上下两端，实现对试样的拉力加载试验。通过z向引伸计的设置，可以实时地采集z向上拉板和z向下拉板之间距离的变化量信号，进而可以实时获取试验过程中z向的位移变化值。使z向上拉板的下部固定连接有连接凸台A，并于连接凸台A的下部开设有多个T型凹槽A，使z向下拉板的上部固定连接有连接凸台B，并于连接凸台B的上部开设有多个T型凹槽B，同时，使位于上侧的加载单体一上部固定连接有多个T型凸块A，使位于下侧的加载单体一的下部固定连接有多个T型凸块B，这样，便可以利用T型凹槽与T型凸台的配合来进行加载单体一的快速装配或快速脱离作业。该装置结构简单、稳定性好，能够可靠地用于岩石试样的z向单轴压拉试验，并可以准确的获得试验过程中岩石试样的位移变化量，有助于揭示岩石试样的破坏规律。
[0010]作为一种优选，还包括底座、y向支撑台、y向压拉连动体、y向引伸计和压拉加载单元二；
[0011]所述底座的尺寸较z向下压板的尺寸大，其固定安装在z向下压板的下端；
[0012]所述y向支撑台的数量为两个，且分别位于z向下压板外部的左右两侧，所述y向支
撑台由立柱一和横梁一组成，所述立柱一的下端垂直地固定连接在底座的上端面，所述横梁一水平地固定连接在立柱一的上端，其长度方向均沿y方向延伸，且其靠近z向下压板的一端位于z向上拉板及z向下拉板的外侧；
[0013]所述y向压拉连动体与z向压拉连动体的中心位置相重合，y向压拉连动体由y向左压板、y向左拉板、y向右拉板、y向右压板、y向左连接杆和y向右连接杆组成；所述y向左压板、y向左拉板、y向右拉板和y向右压板由左到右依次竖直地设置，且y向左压板和y向左拉板的下端沿均与左侧y向支撑台上横梁一的上端面滑动配合，y向右拉板和y向右压板的下端沿均与右侧y向支撑台上横梁一的上端面滑动配合；所述y向左拉板在其对角处开设有两个左通本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种岩石力学试验装置，包括z向压拉连动体(1)，其特征在于，还包括z向引伸计(8)和压拉加载单元一；所述z向压拉连动体(1)由z向上压板(2)、z向上拉板(4)、z向下拉板(5)、z向下压板(3)、z向上连接杆(6)和z向下连接杆(7)组成；所述z向上压板(2)、z向上拉板(4)、z向下拉板(5)和z向下压板(3)由上到下依次水平地设置；所述z向上拉板(4)在其四周处开设有四个上通孔，四个上通孔分布于同一个矩形的四个顶点上，z向上拉板(4)的下部在四个上通孔的内侧固定连接有连接凸台A(24)，连接凸台A(24)的下部沿x方向开设有多个T型凹槽A(26)，且每个T型凹槽A(26)的长度方向均沿y向延伸；所述z向下拉板(5)在其四周开设有四个下通孔，四个下通孔分布于同一个矩形的四个顶点上，且四个下通孔对应在四个上通孔的外围，z向下拉板(5)的上部在四个下通孔的内侧固定连接有连接凸台B(25)，连接凸台B(25)的上部沿x方向开设有多个T型凹槽B(27)，且每个T型凹槽B(27)的长度方向均沿y向延伸；四根z向上连接杆(6)分别滑动地插装在四个上通孔中，并形成z向矩形承载框架的四条棱边；四根z向上连接杆(6)的上端分别与z向上压板(2)下端面的四周固定连接，其下端分别与z向下拉板(5)上端面的四周固定连接；四根z向下连接杆(7)分别滑动地插装在四个下通孔中，且其上端分别与z向上拉板(4)下端面的四周固定连接，其下端分别与z向下压板(3)上端面的四周固定连接；所述z向引伸计(8)沿z向设置，其上端与连接凸台A(24)固定连接，其下端与连接凸台B(25)固定连接；所述压拉加载单元一由相对设置的一对加载单体一组成，一对加载单体一之间形成z向试样承载空间；上侧的加载单体一的上部固定连接有多个T型凸块A(28)，多个T型凸块A(28)分别与多个T型凹槽A(26)相对应地设置，且分别插装于多个T型凹槽A(26)中；下侧的加载单体一的下部固定连接有多个T型凸块B(29)，多个T型凸块B(29)分别与多个T型凹槽B(27)相对应地设置，且分别插装于多个T型凹槽B(27)中。2.根据权利要求1所述的一种岩石力学试验装置，其特征在于，还包括底座(12)、y向支撑台(13)、y向压拉连动体(11)、y向引伸计(22)和压拉加载单元二；所述底座(12)的尺寸较z向下压板(3)的尺寸大，其固定安装在z向下压板(3)的下端；所述y向支撑台(13)的数量为两个，且分别位于z向下压板(3)外部的左右两侧，所述y向支撑台(13)由立柱一(14)和横梁一(15)组成，所述立柱一(14)的下端垂直地固定连接在底座(12)的上端面，所述横梁一(15)水平地固定连接在立柱一(14)的上端，其长度方向均沿y方向延伸，且其靠近z向下压板(3)的一端位于z向上拉板(4)及z向下拉板(5)的外侧；所述y向压拉连动体(11)与z向压拉连动体(1)的中心位置相重合，y向压拉连动体(11)由y向左压板(16)、y向左拉板(17)、y向右拉板(18)、y向右压板(19)、y向左连接杆(20)和y向右连接杆(21)组成；所述y向左压板(16)、y向左拉板(17)、y向右拉板(18)和y向右压板(19)由左到右依次竖直地设置，且y向左压板(16)和y向左拉板(17)的下端沿均与左侧y向支撑台(13)上横梁一(15)的上端面滑动配合，y向右拉板(18)和y向右压板(19)的下端沿均与右侧y向支撑台(13)上横梁一(15)的上端面滑动配合；所述y向左拉板(17)在其对角处开设有两个左通孔，其右部在两个左通孔的内侧固定连接有连接凸台C(52)，连接凸台C(52)的右部沿z方向开设有多个T型凹槽C(30)，且每个T型凹槽C(30)的长度方向均沿x向延伸；所述y向右拉板(18)在其对角处开设有两个右通孔，其左部在两个右通孔的内侧固定连接
有连接凸台D(53)，连接凸台D(53)的左部沿z方向开设有多个T型凹槽D(31)，且每个T型凹槽D(31)的长度方向均沿x向延伸；两个左通孔与两个右通孔相交错地设置，两根y向左连接杆(20)分别滑动地插装在两个左通孔中，其左端分别与y向左压板(16)右端面上的对角处固定连接，其右端分别与y向右拉板(18)左端面上的对角处固定连接；两根y向右连接杆(21)分别滑动地插装在两个右通孔中，其左端分别与y向左拉板(17)右端面上的对角处固定连接，其右端分别与y向右压板(19)左端面上的对角处固定连接；两根y向左连接杆(20)和两根y向右连接杆(21)形成y向矩形承载框架的四条棱边，且y向矩形承载框架位于z向矩形承载框架的内侧，并位于z向试样承载空间的外侧；所述y向引伸计(22)沿y向设置，其左端与连接凸台C(52)固定连接，其右端与连接凸台D(53)固定连接；所述压拉加载单元二由相对设置的一对加载单体二组成，一对加载单体二之间形成y向试样承载空间；左侧的加载单体二的左部固定连接有多个T型凸块C(32)，多个T型凸块C(32)分别与多个T型凹槽C(30)相对应地设置，且分别插装于多个T型凹槽C(30)中；右侧的加载单体二的右部固定连接有多个T型凸块D(33)，多个T型凸块D(33)分别与多个T型凹槽D(31)相对应地设置，且分别插装于多个T型凹槽D(31)中。3.根据权利要求2所述的一种岩石力学试验装置，其特征在于，还包括x向支撑台(41)、x向压拉连动体(42)、x向引伸计(43)和压拉加载单元三；所述x向支撑台(41)的数量为两个，且分别位于x向下压板(3)外部的前后两侧，所述x向支撑台(41)由立柱二(44)和纵梁二(45)组成，所述立柱二(44)的下端垂直地固定连接在底座(12)的上端面，所述纵梁二(45)水平地固定连接在立柱二(44)的上端，其长度方向均沿x向延伸，且其靠近x向下压板(3)的一端位于z向上拉板(4)及z向下拉板(5)的外侧；所x向压拉连动体(42)、y向压拉连动体(11)和z向压拉连动体(1)三者的中心位置相重合，x向压拉连动体(42)由x向前压板(46)、x向前拉板(47)、x向后拉板(48)、x向后压板(49)、x向前连接杆(50)和x向后连接杆(51)组成；所述x向前压板(46)、x向前拉板(47)、x向后拉板(48)、x向后压板(49)由前到后依次竖直地设置，且x向前压板(46)和x向前拉板(47)的下端沿均与前侧x向支撑台(41)上纵梁二(45)的上端面滑动配合，x向后拉板(48)和x向后压板(49)的下端沿均与后侧x向支撑台(41)上纵梁二(45)的上端面滑动配合；所述x向前拉板(47)在其对角处开设有两个前通孔，其后部在两个前通孔内侧固定连接有连接凸台E，连接凸台E的后部沿z向开设有多个T型凹槽E，且每个T型凹槽E的长度方向均沿y向延伸；所述x向后拉板(48)在其对角处开设有两个后通孔，且两个后通孔与两个前通孔相交错地设置，x向后拉板(48)前部在两个后通孔内侧固定连接有连接凸台F(54)，连接凸台F(54)的前部沿z向开设有多个T型凹槽F(55)，且每个T型凹槽F(55)的长度方向均沿y向延伸；两根x向前连接杆(50)分别滑动地插装在两个前通孔中，其前端分别与x向前压板(46)后端面上的对角处固定连接，其后端分别与x向后拉板(48)前端面上的对角处固定连接；两根x向后连接杆(51)分别滑动地插装在两个在后通孔中，其前端分别与x向前拉板(47)后端面上的对角处固定连接，其后端分别与x向后压板(49)后端面上的对角处固定连接；两根x向前连接杆(50)和两根x向后连接杆(51)形成x向矩形承载框架的四条棱边，且x向矩形承载框架位于z向矩形承载框架和y向矩形承载框架之间；所述x向引伸计(43)沿x向设置，其前端与连接凸台E固定连接，其后端与连接凸台F
(54)固定连接；所述压拉加载单元三由相对设置的一对加载单体三组成，一对加载单体三之间形成x向试样承载空间；前侧的加载单体三的前部固定连接有多个T型凸块E，多个T型凸块E分别与多个T型凹槽E相对应地设置，且分别插装于多个T型凹槽E中；后侧的加载单体三的后部固定连接有多个T型凸块F，多个T型凸块F分别与多个T型凹槽F(55)相对应地设置，且分别插装于多个T型凹槽F(55)中；所述加载单体一为压拉加载块一(9)，一对压拉加载块一(9)相对的一面均为水平平面结构，所述加载单体二为压拉加载块二(34)，一对压拉加载块二(34)相对的一面均为竖直平面结构，所述加载单体三为压拉加载块三(57)，一对压拉加载块三(57)相对的一面均为竖直平面结构。4.根据权利要求1所述的一种岩石力学试验装置，其特征在于，所述加载单体一为单轴拉剪槽(10)，上侧的单轴拉剪槽(10)下端的左半部分固定连接有竖向延伸的第一加载部(35)，第一加载部(35)的内部具有匚形槽，下侧的单轴拉剪槽(10)上部的右半部分固定连接有竖向延伸的第二加载部(36)，第二加载部(36)的内部具有匚形槽，第一加载部(35)和第二加载部(36)的竖向尺寸相适配，第一加载部(35)和第二加载部(36)的槽口相对地设置，且在左右相对齐时，二者之间间隙配合，并在两个匚形槽之间形成口字形的一维压拉剪试样容纳空间。5.根据权利要求2所述的一种岩石力学试验装置，其特征在于，还包括y向左加载横梁(37)和y向右加载横梁(38)；所述加载单体二为压拉加载块二(34)，一对压拉加载块二(34)相对的一面均为竖直平面结构；所述加载单体一为双轴拉剪槽(23)，上侧的双轴拉剪槽(23)的上部通过多个T型凸块A(28)沿y向可滑动地插装于多个T型凹槽A(26)中，上侧的双轴拉剪槽(23)的下部固定连接有竖向延伸的第三加载部(39)，第三加载部(39)的内部具有凵形槽，下侧的双轴拉剪槽(23)的下部通过多个T型凸块B(29)沿y向可滑动地插装...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜坤，毕瑞阳，周健，牛腾飞，刘明晖，谢俊杰，王李昌，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：