[發明專利]一種連續變化剪切方向的巖石力學試驗機

有效

• 申請號: 201811490608.1
• 申請日: 2018-12-07
• 公開（公告）號: CN109269918B
• 公開（公告）日: 2023-10-03
• 發明（設計）人: 李震;劉火興;朱清華;范利丹;宋士杰
• 申請（專利權）人: 河南理工大學
• 主分類號: G01N3/24
• 分類號: G01N3/24;G01N3/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明涉及室內巖石力學試驗裝置，更具體涉及可連續變化剪切方向的巖石力學試驗機，屬于巖土工程技術領域。該試驗機由承臺、第一齒輪、電機、第二齒輪、軸承、軸承端蓋、支柱、剪切盒、加力裝置組成，本發明的可連續變化剪切方向的巖石力學試驗機解決了傳統剪切試驗不能變化剪切方向的難題，可獨立或混合地控制法向應力的施加、剪切應力的施加、剪切面旋轉，連續變化剪切方向的巖石力學試驗機結構簡單，實用性強，服務于巖石力學理論與試驗，可普遍用于工程中巖體破裂過程和破裂機制的精確描述。

技術領域

本發明涉及室內巖石力學試驗裝置，更具體涉及可連續變化剪切方向的巖石力學試驗機，屬于巖土工程技術領域。

背景技術

巖土工程中，巖土體破壞表現為壓剪破壞、拉剪破壞等形式。其中，對于有圍壓作用或已支護的巖土體，壓剪破壞較為常見。因為壓剪的加載措施容易實施，所以壓剪試驗研究較早，并在巖土工程試驗領域被普遍采用。采用傳統的壓剪試驗進行剪切試驗時，對試樣先施加豎向的法向荷載，然后保持法向荷載不變，施加平行于剪切面的剪切荷載，在整個試驗過程中，法向荷載和剪切荷載的方向垂直且不變。但是，在實際工程中，巖土體破裂面的方向并非固定的。例如，受車輛荷載移動變化的作用，若路基中某位置存在損傷，該位置微裂隙的方向逐漸變化；深埋隧道開挖時，隨開挖進尺增加，圍巖中一點的應力單元體逐漸旋轉，相應的，剪切破裂面逐漸變化；地震作用時，在動荷載影響下，巖體破裂面連續變化。可見，受到工程中復雜荷載作用的影響，巖體破裂方向逐漸變化。

因此，傳統的壓剪試驗儀器只能完成法向荷載和剪切荷載方向固定的剪切試驗，然而工程中巖體破裂面方向并非固定不變，傳統的壓剪試驗儀器無法實現巖體破裂面方向變化的試驗研究，亟需研發一種可連續變化剪切方向的巖石力學試驗機，實現工程中巖體破裂過程和破裂機制的精確描述。

發明內容

本發明的目的是在于提供結構簡單、實用性強、服務于巖石力學理論與試驗、可連續變化剪切方向的巖石力學試驗機。

為了實現上述目的，本發明采用以下技術措施：

該試驗機由承臺、第一齒輪、電機、第二齒輪、軸承、軸承端蓋、支柱、剪切盒、加力裝置組成，承臺呈外徑變化的三級空心圓柱凸臺狀，承臺的上部凸臺沿正交方向對稱開有螺紋孔，承臺的中部凸臺開有鍵槽，齒輪銷放置于承臺的中部凸臺的鍵槽中，第二齒輪通過齒輪銷配合安裝在承臺的中部凸臺的外部，軸承配合安裝在承臺的下部凸臺的外部，承臺的中部凸臺、齒輪銷、第二齒輪放置于軸承的內圈上，軸承的外圈固定在軸承端蓋上，支柱呈圓柱狀，支柱放置于軸承端蓋上，第一齒輪安裝于電機上，第一齒輪與第二齒輪配合安裝，試樣呈圓柱狀，試樣放置于支柱上，上壓板放置于試樣上，剪切盒由后盒、前盒、第一傳力塊、第二傳力塊、球鉸座構成，后盒和前盒呈長方拱狀，后盒和前盒的下表面沿圓弧方向均勻開有凹槽，承臺的上表面開有圓環形凹槽，滾珠放置于承臺的凹槽內，后盒和前盒放置于滾珠上，后盒和前盒的凹槽與滾珠配合接觸，試樣放置于后盒的圓弧狀的前表面與前盒的圓弧狀的后表面之間，第一傳力塊和第二傳力塊呈“L”形，前盒的右端固定連接第一傳力塊，后盒的左端固定連接第二傳力塊，球鉸座固定于第二傳力塊的左端，加力裝置由豎向千斤頂、第一滾珠板、第一連接桿、第一擋板、第一水平千斤頂、第二擋板、第二水平千斤頂、第二滾珠板、第三擋板、第二連接桿、第四擋板構成，豎向千斤頂位于試樣的上方，豎向千斤頂的上部固定于外部框架，豎向千斤頂的下部固定連接第一滾珠板，第一連接桿的左端與第一傳力塊的右端接觸，第一連接桿的右端固定于第一擋板的左端，第一水平千斤頂位于第二傳力塊的左方，第一水平千斤頂的左端固定于第二擋板的右端，第二水平千斤頂位于后盒的后方，第二水平千斤頂的前端固定連接第二滾珠板，第二水平千斤頂的后端固定于第三擋板的前端，第二連接桿的后端固定于前盒的前端，第二連接桿的前端固定于第四擋板的后端，第一擋板、第二擋板、第三擋板、第四擋板分別通過螺栓與螺母固定在承臺上。

所述的試樣與后盒、前盒的接觸面進行減摩處理。

所述的試樣與后盒、前盒的高度相等，后盒、前盒的下表面與試樣的下表面共面，支柱與試樣的半徑相等。