[發明專利]環形剪切裝置

有效

• 申請號: 201310225348.6
• 申請日: 2013-06-07
• 公開（公告）號: CN103308398A
• 公開（公告）日: 2013-09-18
• 發明（設計）人: 劉宗堡;付曉飛;孟令東;孫永河;趙淼;張曉玲
• 申請（專利權）人: 東北石油大學
• 主分類號: G01N3/24
• 分類號: G01N3/24;G01N3/02
• 代理公司: 哈爾濱東方專利事務所 23118
• 代理人: 曹愛華

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一、?????技術領域：

本發明涉及的是巖土工程領域中對巖土運動剪切強度進行測定的實驗裝置，具體涉及的是環形剪切裝置。

二、背景技術：??

環形剪切裝置是基礎地質學室內實驗裝置，主要用于地下環境下泥巖涂抹形成過程的模擬與巖石力學參數的測定。環形剪切裝置可以測定泥巖涂抹形成前后對應的巖石抗剪強度隨位移增長的變化規律，同時能夠滿足對不同斷距下泥巖涂抹的滲透率測量。

環剪實驗是將巖石樣品裝入樣品環中，通過上部加壓板對試樣施加垂直壓力，在此基礎上給土樣施加一定的扭轉剪力使其發生破壞的過程。雙環式環形剪切裝置設有上下分離的兩個環形剪切盒，進行環剪實驗時，對巖石樣品沿上下環形盒接觸的預設面進行剪切。

目前國際上研制的環形剪切裝置主要針對巖土運動剪切強度參數的測定，無法滿足地質過程模擬的施加壓力與裝置強度要求，同時無法測定剪切帶滲透率，且價格昂貴，維護費用高。

三、發明內容：

本發明的一個目的是提供環形剪切裝置，它用于模擬構造運動過程中斷層形成過程，以及形成后期斷層滲透性變化特征的問題。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：這種環形剪切裝置包括基座、旋轉臺、旋轉驅動機構、上部固定環、下部固定環、垂直加載機構、環狀加載板、測力環、切向負載測力環，旋轉臺安裝在基座上，旋轉驅動機構連接旋轉臺，旋轉臺上面安裝有環狀底盤，有機玻璃水槽與環狀底盤固定連接為一體，下部固定環設置在有機玻璃水槽底部，下部固定環底部有多孔陶瓷環；上部固定環通過垂直加載機構設置于下部固定環之上，上部固定環與下部固定環之間具有0.1mm縫隙，該縫隙由差動螺絲調節，巖土樣品置于所述的多孔陶瓷環上，巖土樣品上也放置多孔陶瓷環，巖土樣品上面的多孔陶瓷環位于上部固定環中，環狀加載板壓在巖土樣品上面的多孔陶瓷環上，環狀加載板與垂直加載機構連接；垂直加載機構由載荷力臂、中心主軸、載荷支架、扭矩臂組成，中心主軸為垂向的，中心主軸的下端連接載荷力臂，中心主軸穿過扭矩臂，扭矩臂橫置于載荷支架中，扭矩臂的兩端安裝有切向負載測力環，切向負載測力環附著于載荷支架上，中心主軸外側設置有調節直線或旋轉運動的球形套管，載荷支架上端安裝上述差動螺絲；上部固定環中的多孔陶瓷環與巖土樣品之間設置卡刀，下部固定環中的多孔陶瓷環與巖土樣品之間也設置卡刀。

上述方案中旋轉驅動機構由馬達、變速箱、蝸輪依次連接構成，由蝸輪驅動旋轉臺旋轉。

上述方案中基座為底部開放的箱體，基座的頂部有通孔，基座上表面帶有垂向的圓筒，圓筒圍繞在通孔周圍；旋轉臺的中心有垂向的中心筒，中心筒插入到基座的圓筒中，主軸從中心筒及基座中心孔穿過，中心筒與主軸之間設置有調節直線或旋轉運動的球形套管，基座的圓筒與旋轉臺之間有直線推進軸承。

上述方案中載荷力臂設置在基座內，中心主軸的下端連接負載固定裝置，負載固定裝置連接載荷力臂，載荷力臂的端部連接加吊鉤，吊鉤的下端安裝加載盤，加載盤上放置加載重物。

上述方案中環狀底盤上設置樣品環，樣品環與環狀底盤連接為一體，樣品環通過主軸與校正環連接，校正環可以記錄樣品與樣品環之間的摩擦力。

上述方案中載荷支架上部安裝有摩擦力測量儀表；基座上部的蝸輪外殼上安裝有儀表架，樣品重量表、上、下固定環縫隙測量表設置在儀表架上；扭矩臂與載荷支架連接處設置有剪切轉矩測量表。

有益效果：

1.本發明測量巖土運動剪切強度參數準確，易于檢測，可通過重物的正向負載實現最大剪切應力為40Mpa，價格低，維護費用低。

2.?本發明在整個實驗過程中下部固定環相對于上部固定環發生環向剪切，保證了剪切面的面積始終不變。

3.?本發明各部件均采用機械連接，可以方便地進行零部件的更換，檢查維護容易。

四、附圖說明：

圖1是本發明的結構示意圖；

圖2是本發明中心主軸、載荷支架、扭矩臂之間連接結構示意圖；

圖3是本發明中心主軸、固定環、旋轉臺、渦輪外殼連接結構示意圖；

圖4是本發明中上、下部固定環的連接結構示意圖。