钻孔式岩体制样直剪测试设备制造技术

本实用新型专利技术涉及钻孔式岩体制样直剪测试设备，可有效解决试验费用高、试验周期长、效率低的问题，其解决的技术方案是：包括有传力柱、钢垫板、法向千斤顶、圆形滚珠排和试件钢保护套，钢垫板装在传力柱上顶部，传力柱下端装在法向千斤顶的顶柱上，法向千斤顶装在第一承压板上，第一承压板置于呈在平面３６０度任意转动的圆形滚珠排上，圆形滚珠排装在第二承压板上面，第二承压板置于试件钢保护套的上口部，试件钢保护套下部侧壁上装有牛腿式钢板，其上水平装有置于连接半球型反力钢座上的剪向千斤顶，本实用新型专利技术结构简单，新颖独特，使用效果好，可有效用于钻孔式岩体的制样，省工省时，效率高，是现场岩体强度直剪试验设备上的创新。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及机械领域，特别是一种钻孔式岩体制样直剪测试设备。二
技术介绍
在岩土工程设计与施工中，一般都需要进行测定岩体或其结构面的抗剪强度试 验，目前国内开展上述试验，其试验样品制备基本上都是靠人工(石匠)在试验洞底板向 下开凿岩体，一般制备成长、宽、高为50cmX50cmX30cm或为70cmX70cmX45cm试 验样品(一组试验不宜少于5个样品)，以及在洞壁与洞顶开凿反力后座，然后对试验样 品浇筑钢筋混凝土保护套并进行养护。现场岩体直剪试验的样品人工制备费用较高，人 员投入较多，制备时间也较长，特别是对一些坚硬岩石，样品制备难度更大。这种常规 的现场岩体直剪试验广泛应用于岩土工程的很多领域，并且试验数量巨大，目前这种试 验样品靠人工制备需要投入大量人力且工期长、效率低，因此样品的制备与其配套的试 验设备改进和创新势在必行。三
技术实现思路
针对上述情况，为克服现有技术的缺陷，本技术之目的就是提供一种钻孔 式岩体制样直剪测试设备，可有效解决试验费用高、试验周期长、效率低的问题。本技术解决的技术方案是包括有传力柱、钢垫板、法向千斤顶、圆形 滚珠排和试件钢保护套，钢垫板装在传力柱上顶部，传力柱下端装在法向千斤顶的顶柱 上，法向千斤顶装在第一承压板上，第一承压板置于呈在平面360度任意转动的圆形滚 珠排上，圆形滚珠排装在第二承压板上面，第二承压板置于试件钢保护套的上口部，试 件钢保护套下部侧壁上装有牛腿式钢板，其上水平装有置于连接半球型反力钢座上的剪 向千斤顶。本技术结构简单，新颖独特，使用效果好，可有效用于钻孔式岩体的制样 (试样)，省工省时，效率高，是现场岩体强度直剪试验设备上的创新。四附图说明附图为本技术的结构主视图。五具体实施方式以下结合附图对本技术的具体实施方式作详细说明。由附图所示，本技术包括有传力柱、钢垫板、法向千斤顶、圆形滚珠排和 试件钢保护套，钢垫板2装在传力柱3上顶部，传力柱3下端装在法向千斤顶9的顶柱 上，法向千斤顶9装在第一承压板8上，第一承压板8置于呈在平面360度任意转动的圆 形滚珠排7上，圆形滚珠排装在第二承压板6上面，第二承压板6置于试件钢保护套5的 上口部，试件钢保护套5下部侧壁上装有牛腿式钢板10，其上水平装有置于连接半球型反力钢座11上的剪向千斤顶。为了保证使用效果，所说的第二承压板6为直径60cm的圆形，第一承压板8为 直径50cm的圆形；所说的连接反力钢座11为能180度范围内转动的半球型(即可以在 180度范围内摆动)。所说的传力柱3与法向千斤顶9的顶柱由变接头4连接在一起，圆形珠排7可以 在平面360度任意转动；所说的牛腿式钢板，能保证剪向千斤顶12出力通过剪切面1的 中心，以实现切向位移检测的准确性。使用时，在试验平洞底板采用用大口径钻机向下钻两个孔，一个直径为60cm的 剪切孔，另一个直径为70cm的试件孔，两个孔中心在一条直线上，直线方向与工程受 力方向一致，二孔相邻孔壁间距为5-lOcm，试件孔为试验样品钻孔，保留岩芯在孔中， 作为试样，剪切孔取出岩芯作为安装剪向试验设备用，然后将两孔中间部分岩体切割联 通。其中试件孔采用内径为60cm、壁厚为5cm的特制钻头完成，形成岩芯即试验样品直 径为60cm，岩芯与孔壁间隔为5cm试件孔，再安装本技术，岩体剪切面1置于试件 钢保护套5的下口部，本技术是参照常规现场岩体直剪试验设计，把靠人工制备方 形试件改为用钻机完成圆柱形试件，实现机械化作业的现场岩体直剪试验样品的制备， 然后安装与之配套设计的试验设备完成试验工作。试验设备设计保证了样品剪切面积大 于2500cm2，样品剪向行程为3cm，均满足规范对试验要求。牛腿式钢板13设计保证了 剪向千斤顶12出力通过剪切面1中心，半球型连接反力钢座11设计可以使剪向应力平行 于不同倾角的剪切面；圆形滚珠排7可以在平面360°任意移动，即保障了法向荷载系统 的稳定，也减小了剪切摩擦力。对于岩体软弱结构面采用钻孔式样品制备时，可在距样 品孔中心20cm左右处平行钻二个锚固孔，孔径16mm，孔深超过剪切面1约30cm，插入 二根孔径为16mm圆钢，在外部用卡具将二根圆钢固定，从而避免钻机钻进时对剪切面 的扰动。本实施例中，是按直径为60cm试验样品设计，可根据需要进行直径为70cm、 80cm、90cm、100cm等试验样品制备与试验。采用钻孔进行现场岩体试验样品制备以及 与之配套试验设备进行现场岩体强度的直剪试验，应用面广、方便灵活、试验费用低、 省工省时，经济和社会效益显著。六、效益评估(1)时间常规现场岩体强度直剪试验样品的制备都是靠人工(石匠)完成，岩石按一般硬 度考虑，正常情况下一个石匠需要35天左右制备一个50X50 X 35cm样品(包含千斤顶槽 与顶板)，浇筑样品钢筋混凝土保护套与混凝土养护时间约15天，试验样品按投入5名石 匠、4名小工(打钻子、出渣等)一组试验样品需要约50天时间。采用本技术制备 一组试验样品只需要4名小工(设备搬运与协助安装等)，时间大概5-7天，用时不到常 规方法的15% ( 二种方法试验时间相同)。⑵费用常规现场岩体强度直剪试验主要费用来自试验样品的制备，目前石匠人工费大 约为150元/天，岩石按一般硬度考虑，正常情况下一个石匠需要35天左右制备一个 50X50X35cm样品(包含千斤顶槽与顶板)，该试验至少需要5个样品，一组试验样品制 备费用在5X 150X35 = 26250元，辅助小工4人，单价为80元/天，费用4X80X35 =11200元，浇筑样品钢筋混凝土保护套材料与人工费用约5X600 = 3000元，另外设备搬 运与安装、发电油费等需5000元左右，一组试验样品直接费用约45000元左右。采用本 技术制备一组试验样品的直接费用(不含设备折旧费)，包括发电油费、钻头损耗、 人工费、设备搬运与安装等费用约5000元左右，开支不到常规方法的12%。(3)其他规范要求岩体现场直剪试验剪向推力与工程受力方向一致，常规方法需用利用 试验洞洞壁一侧作为剪向推力的反力，因此需用考虑试验洞开挖方向，对于不能满足要 求的试验洞往往采用开挖支洞方式解决。采用钻孔式岩石试样制备直剪测试方法采用剪 切孔做反力将不受此制约。采用本技术设备时间与费用都大幅度降低，效率明显提高，特别时对于一 个项目数量较多这种试验其综合效益更高。更主要的是该项工作不需要依赖于石匠，目 前石匠青黄不接，年轻人不愿意从事干，干石匠的老人已经越来越少。本技术的试 验成功，摆脱了现场岩体制样依赖石匠，实现了试验样品制备机械化，有效克服了制样 严重制约现场岩体试验工作开展的技术难题，是岩石试样制备直剪测试上的一大创新。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种钻孔式岩体制样直剪测试设备，包括有传力柱、钢垫板、法向千斤顶、圆形滚珠排和试件钢保护套，其特征在于，钢垫板（２）装在传力柱（３）上顶部，传力柱（３）下端装在法向千斤顶（９）的顶柱上，法向千斤顶（９）装在第一承压板（８）上，第一承压板（８）置于呈在平面３６０度任意转动的圆形滚珠排（７）上，圆形滚珠排装在第二承压板（６）上面，第二承压板（６）置于试件钢保护套（５）的上口部，试件钢保护套（５）下部侧壁上装有牛腿式　钢板（１０），其上水平装有置于连接半球型反力钢座（１１）上的剪向千斤顶（１２）。

【技术特征摘要】
1.一种钻孔式岩体制样直剪测试设备，包括有传力柱、钢垫板、法向千斤顶、圆形 滚珠排和试件钢保护套，其特征在于，钢垫板(2)装在传力柱(3)上顶部，传力柱(3) 下端装在法向千斤顶(9)的顶柱上，法向千斤顶(9)装在第一承压板(8)上，第一承压 板(8)置于呈在平面360度任意转动的圆形滚珠排(7)上，圆形滚珠排装在第二承压板 (6)上面，第二承压板(6)置于试件钢保护套(5)的上口部，试...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁兆华，李运奎，房敬年，杨汉杰，杜建中，谢瑛，
申请(专利权)人：黄河勘测规划设计有限公司，
类型：实用新型
国别省市：41[中国|河南]