[發明專利]一種巖土壓剪流變試驗機及試驗方法

有效

• 申請號: 201310074849.9
• 申請日: 2013-03-08
• 公開（公告）號: CN103163026A
• 公開（公告）日: 2013-06-19
• 發明（設計）人: 范文;熊煒;鄧龍勝;烏云飛
• 申請（專利權）人: 長安大學
• 主分類號: G01N3/10
• 分類號: G01N3/10;G01N3/24
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 汪人和

技術領域

本發明屬于巖土試驗設備技術領域，涉及一種巖土壓剪流變試驗機及試驗方法。

背景技術

大型巖土壓剪流變試驗機是一種用于巖土工程領域的室內試驗設備，其目的是通過室內試驗研究巖石、巖體及土石混合體的抗壓和抗剪強度性質，尤其是研究巖土體在長歷時力作用下的壓縮和剪切流變特性，從而獲取工程巖土體的應力、應變隨時間的發展變化規律，以及定量化巖土體的力學指標，為科研、生產提供基礎資料。

目前國內許多科研單位面臨第一批巖土試驗設備的更新換代，試驗設備逐漸從人工手動控制向計算機伺服控制的無人值守化過渡，而新設備的價格較高，尤其是高壓大型設備，其價格動輒上百萬，往往讓許多科研和生產單位望而止步，而以往的老設備很多也并不是完全不能使用，所以造成巖土工程試驗設備陳舊的現象隨處可見。老設備往往靠人為控制和讀數，不但浪費了人力物力，而且受實驗人員的經驗和操作熟練程度影響較大，試驗精度大打折扣，尤其是在巖石力學試驗中，老舊的試驗方法還會對試驗人員造成傷害。

常用的土體剪切試驗機（如四聯剪）是通過手動添加砝碼，施加不同豎向荷載，通過齒輪箱簡單控制剪切速率，人工記錄變形數據，如需進行反復剪還需手動退回原位置，操作程序相當復雜，且極不人性化，其試驗數據誤差較大，一般都要后期經過人為修正才能獲得較好的結果，人為主觀性影響太大。另一方面，常用的巖土試驗機所能試驗的試樣尺寸一般較小，最大不超過20cm。對于研究節理巖體或大顆粒土石混合體，這種小試樣就缺乏代表性，試驗得到的結果與真實情況相差甚遠。

發明內容

本發明解決的問題在于提供一種巖土壓剪流變試驗機及試驗方法，在原有老式巖塊壓力機的基礎上進行改造，實現試驗的自動化、可控化、精確化。

本發明是通過以下技術方案來實現：

一種巖土壓剪流變試驗機，包括主機架，主機架上設有垂向加載系統和水平向加載系統，由計算機控制的伺服油壓系統向垂向加載系統和水平向加載系統提供油壓；

所述的主機架包括相互垂直連接的螺紋導向桿和剪切裝置支架，螺紋導向桿的底端與儀器基座相連接，儀器基座內設置有垂向油缸，垂向油缸通過升降囊與下承壓板相連接；剪切裝置支架上設有可水平移動的行車機構；

垂向加載系統設置在螺紋導向桿上，包括可沿螺紋導向桿上下運動的爬升裝置，爬升裝置通過球面接頭、連接構件與壓力鋼桶相連接；壓力鋼桶內設有壓力和變形傳感器，通過與壓力鋼桶相連接的上承壓板封閉在壓力鋼桶中；

水平向加載系統設置在行車機構上，包括與行車機構固定連接的水平油缸支架，水平油缸支架內設有水平油缸，水平油缸的推移軸通過球面接頭與下剪切盒相連接，下剪切盒與行車機構通過滑輪機構或滑軌機構滑動連接，下剪切盒上設有上剪切盒，上剪切盒通過剪切盒支架與行車機構固定連接；下剪切盒上設有水平位移計，上剪切盒上設有垂向位移計；

伺服油壓系統包括液壓泵、伺服閥各兩套，與電源箱、水冷散熱器均固定在油箱上；液壓泵通過箱內管路與水冷散熱器的一端相連接，再由水冷散熱器另一端通過管路連接伺服閥，伺服閥受計算機調節來控制油量和進油速率；兩套液壓裝置通過加載油接口和卸載油接口分別與垂向加載系統和水平向加載系統的油缸相連接。

所述的爬升裝置內嵌有球面接頭凹端，球面接頭凸端與球面接頭凹端活動連接，壓力鋼桶通過第二連接構件和第一連接構件與球面接頭凸端相連接，上承壓板和第二連接構件均通過內絲與壓力鋼桶相連接。

所述的下剪切盒與上剪切盒對齊后構成剪切空間，剪切空間的兩個受剪側面設有高強度合金板，上下面分別設有上蓋壓板和下蓋壓板。

所述的上蓋壓板和下蓋壓板透水或不透水，根據需要來更換。

所述的加載油接口、卸載油接口與伺服閥組成兩組加壓系統，分別控制垂直向和水平向加載系統，垂直向組分別與垂直向加載系統的加載、卸載油接口相連接，水平向組分別與水平向加載系統加載、卸載油接口相連接。

所述在裝樣階段時，在下剪切盒內放入下蓋壓板，將試樣置于上剪切盒和下剪切盒組成的試樣空間，蓋上上蓋壓板，然后將行車機構推入試驗位置，定位樁接入行車機構底部設置的定位孔，將垂向加載系統和水平向加載系統固定；

電動調整爬升裝置位置，通過計算機控制伺服閥，限定液壓泵的液壓，其液壓通過液壓表讀出；當油源進入垂向油缸，則整個試驗裝置被頂起，上部上蓋壓板與上承壓板接觸，并放置好水平位移計和垂向位移計。

所述在試驗階段時，垂向油缸繼續向上推進，升降囊伸長，施加豎向荷載至預設荷載或位移達到預設位移時，完成豎向壓縮試驗；