CN108469380A - 一种利用万能试验机实现岩石拉剪试验的装置 - Google Patents

Abstract

一种利用万能试验机实现岩石拉剪试验的装置，包括夹持组件、加载组件和活动垫块，试件夹持组件包括倒T字形底座、第一底座固定螺钉、第二底座固定螺钉、第三底座固定螺钉、第四底座固定螺钉挡板、上盖、固定板和第一、第二、第三导向固定螺柱，加载组件包括圆柱形连接件和上宽下窄的梯形加载头，活动垫块置于倒T型底座左侧的90°角位置，上盖开有三个螺钉通孔，第一、第二、第三导向固定螺柱穿过螺钉通孔与固定板连接。该装置借助万能试验机能准确地测出岩石材料拉剪条件下的强度和变形。

Description

一种利用万能试验机实现岩石拉剪试验的装置

技术领域

本发明涉及一种万能试验机实现岩石拉剪试验装置，适用于拉剪应力条件下岩石的变形破坏特性研究，属于岩石力学与工程技术领域。

背景技术

拉伸剪切破坏是危岩地质工程、岩石边坡工程与岩石隧道工程中常出现的一种岩石失稳类型。岩石拉伸剪切破坏是一类特殊应力状态条件下的破裂形式，属于同时受垂直于破裂面的法向拉应力和平行于破裂面的剪应力作用的复合破裂模式。例如：拉剪型危岩在受危岩体本身重力作用下，产生拉剪破坏；深部洞室开挖使边墙法向地应力卸荷而切向地应力集中，当卸荷非常强烈时可能发生拉剪破坏；岩质边坡的开挖卸荷可导致上部坡体产生拉应力区，该区域岩体一般处于即受拉又受剪的拉剪复合应力状态。因此，研究岩石拉剪力学特性对岩体工程设计施工及稳定性评价与控制具有重要意义。

本发明的目的是为了提供一种试验中可以考虑岩样尺寸、裂纹长度、宽度以及倾角，裂纹与荷载点相对位置，临空面长度以及岩样间相互作用等对岩样受力破坏影响的多种因素的试验装置；可以实现不同应力状态下带预制裂纹的岩石试样的断裂试验，用于模拟岩石试样受拉剪力破坏的试验装置。

作为获取岩石抗剪强度参数的重要手段，岩石压剪试验(包括室内和原位试验)已广泛应用于岩土工程中。但由于技术上的困难，岩石拉剪试验开展较少，拉剪力学特性的研究也较压剪力学特性少的多。通常的做法是将压剪试验得到的摩尔库伦强度准则拟合直线延伸至法向应力轴负半轴，作为岩石在拉剪应力下的强度准则，而这种处理是缺乏试验数据支撑的。

为获得法向拉应力条件下的岩石直接剪切力学性质，目前为数不多的手段主要有：1)制造整套专门的伺服控制岩石拉剪试验系统；2)制造以基座-反力架为主要结构，液压千斤顶为加载方式的岩石拉剪系统。但第一种试验设备造价十分昂贵，第二种虽然造价适中，但由于控制系统的不足(例如液压千斤顶保持稳定荷载的效果不佳)，试验精度无法保证。本发明的目的是针对现有岩石拉剪试验设备的缺乏和不足，提供一种可在万能试验机上使用的岩石拉剪试验装置，为获取岩石拉剪组合荷载下的力学特性提供方便、低廉、精确度有保证的试验手段。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供一种利用万能试验机实现岩石拉剪试验的装置，使得结合万能试验机开展岩石拉剪试验成为可能。

本发明是这样实现的：一种利用万能试验机实现岩石拉剪试验的装置，其特征在于，包括夹持组件、加载组件和活动垫块，所述试件夹持组件包括倒T字形底座、挡板、上盖、固定板和第一、第二、第三导向固定螺柱，另外附带第一、第二、第三、第四底座固定螺丝，底座、挡板和和上盖合为一体呈凹槽形，上盖设有三个螺孔，第一、第二、第三导向固定螺柱垂直于底座和上盖并和挡板平行，各导向固定螺柱上分别装有螺母，第一、第二、第三导向固定螺柱穿过上盖的螺孔与固定板相连接，第一、第二、第三、第四底座固定螺丝穿过底座前后两座的螺钉孔连接试验台；

所述加载组件包括圆柱形连接件和上宽下窄的梯形加载头，圆柱形连接件连接万能试验机的压力传感器和梯形加载头，梯形加载头与圆柱形连接件相连一起装在万能试验机上；

所述活动垫块置于倒T型底座左侧的90°角位置在进行大试件试验时补充使用。

按上述方案，底座与万能试验机通过第一、第二、第三、第四底座固定螺丝与万能试验机台座相连接，底座位置可以根据试验要求进行调节。

按上述方案，所述第一、第二、第三、第四底座固定螺钉为圆柱螺钉，底座螺丝安装孔的形状与圆柱螺丝配合。

按上述方案，所述第一、第二、第三导向固定螺丝为圆柱螺丝，上盖螺钉安装孔的形状与圆柱螺丝配合。

按上述方案，固定板和第一、第二、第三导向固定螺柱可以根据岩石试件的尺寸上下平行调节。

按上述方案，底座、挡板和上盖为一个刚性连接的整体构件。

按上述方案，活动垫块作为补充装置，可实现多种尺寸的岩石拉剪试验。

与现有技术相比较，本发明具备的有益效果：

(1)实现多种不同尺寸岩石试件的拉剪特性研究：本装置最大可用于尺寸为200mm×200mm×200mm(长×宽×高)岩石试件的拉剪试验。

(2)本装置可以实现对不同预制裂纹的岩样进行加载试验，可获取不同裂纹情况下岩石试样拉剪试验过程的应力、位移数据。本装置底座可以实现对岩样中裂纹一侧的不同位置进行加载，可得到距裂纹不同位置的加载条件下，荷载对岩样破坏情况的影响。本装置导向螺柱与固定板控制岩样高度，螺母固定的方式，可对不同高度的岩样进行加载试验，适应试验中不同的岩样高度；本装置活动垫块可模拟岩体受力破坏的临空面，并探究临空面长度对岩体破坏形式的影响。

(3)操作简单：将立方体试件安装到装置内，按照普通力学实验的加载方式，将荷载施加到装置上，就可实现试件的拉剪试验。

(4)借助于万能试验机，能准确地测出岩石材料拉剪条件下的强度和变形。夹具的安装和拆卸方便，试验过程易于操作。因此，相比现有的岩石拉剪试验设备，本拉剪试验装置更为简单实用。

(5)实现岩石试样在拉剪条件的力学试验，为分析处于拉剪应力状态下岩体的变形破坏特征提供了有效的研究方法。

附图说明

图1为夹持组件的结构示意图。

图2为夹持组件结构剖面示意图。

图3为加载组件的结构示意图。

图4为加载组件结构剖面示意图。

图5为活动垫块的结构示意图。

图6为拉剪装置整体结构示意图

图7为拉剪装置整体结构主视图。

图8为拉剪装置整体结构后视图。

图9为拉剪装置整体结构左视图

图10为拉剪装置整体结构右视图

图11为拉剪装置整体结构俯视图

图中标记：1-底座、2-第一底座固定螺钉、3-第二底座固定螺钉、4-第三底座固定螺钉、5-第四底座固定螺钉、6-挡板、7-上盖、8第一导向固定螺柱、9-第二导向固定螺柱、10-第三导向固定螺柱、11-固定板、12-圆柱形连接件、13-梯形加载头、14-活动垫块。

具体实施方式

下面通过实例对本发明的技术方案作进一步阐述。

实施例1

一种利用万能试验机实现岩石拉剪试验的装置，包括试样夹持组件、加载组件和活动垫块。

所述夹持组件包括底座1、第一底座固定螺钉2、第二底座固定螺钉3、第三底座固定螺钉4和第四底座固定螺钉5、挡板6、上盖7、第一导向固定螺柱8、第二导向固定螺柱9、第三导向固定螺柱10和固定板11，所述底座1前后两侧各开设有两个螺钉通孔，第一底座固定螺钉2、第二底座固定螺钉3、第三底座固定螺钉4和第四底座固定螺钉5穿过螺钉孔与试验机台座连接，所述上盖7开设有三个螺钉孔，第一导向固定螺柱8、第二导向固定螺柱9、第三导向固定螺柱10穿过螺钉孔与固定板11连接。底座1、挡板6和上盖7为一个刚性连接的整体构件。

所述加载组件包括圆柱形连接件12和梯形加载头13，圆柱形连接件12和梯形加载头13为刚性连接，圆柱形连接件12和梯形加载头13共同连接在万能试验机加载立柱上。

所述活动垫块14置于倒T型底座左侧的90°角位置。

本发明装置的具有使用步骤如下：

(1)预制岩石试样，试样的加工必须平整，试验前对裂纹进行预处理，预制裂纹分为不同的长度、宽度和倾角。

(2)安装加载组件：加载组件上部的圆柱形连接件12与万能试验机的加载立柱连接在一起，加载组件下部的梯形加载头13与岩石试件进行接触

(3)安装夹持组件：松开底座上1的第一底座固定螺钉2、第二底座固定螺钉3、第三底座固定螺钉4、第四底座固定螺钉5，将夹持组件置于试验机台座的指定位置，安装固定螺钉，使加载组件紧密固定在试验机台座上。松开上盖7上面的第一导向固定螺柱8、第二导向固定螺柱9、第三导向固定螺柱10，使固定板11与螺柱分离。

(4)放置岩石试样：将预制好的岩石试样放置于倒T字形底座1的上端位置(放置大尺寸岩石试样时先将活动垫块置于倒T字形底座的左侧90°角位置)，将固定板置于岩样上方靠近挡板11的一侧，将第一导向固定螺柱8、第二导向固定螺柱9、第三导向固定螺柱10穿过上盖的螺孔并与固定板11上的螺丝槽对准。

(5)固定岩石试样：拧动第一导向固定螺柱8、第二导向固定螺柱9、第三导向固定螺柱10，让固定板11紧密贴合在岩样上方，使岩样完全固定于装置之中。

(6)加载：将岩样固定于装置上后，启动万能试验机，利用加载组件(12、13)对岩样进行加载。

(7)改变加载位置：松动第一座固定螺钉2、第二座固定螺钉3、第三座固定螺钉4、第四底座固定螺钉5，通过调整可活动底座1的位置实现对岩样一侧加载点位置的变化。

(8)改变临空面的长度：通过附加活动垫块使相同尺寸的岩样处于不同的临空面，其他试验条件相同的情况下进行重新加载。

本装置的工作原理是：利用装置夹持组件的夹持力固定岩样一端，对另一端进行固定位置的线荷载，使万能试验机的压力转化为拉剪力，由此实现岩石试件的拉剪加载。所述夹持组件的作用是固定岩石试样，所述加载组件的作用是将万能试验机的压力转化为岩石试样所受的拉剪力。在加载试验中，其他试验条件相同的情况下，仅改变岩样中裂纹的长度、宽度、倾角，相同尺寸的岩样在试验中会出现不同的破坏形式和应力状态，临空面的长度变化以及荷载位置的变化也会对岩样的破坏状态产生一定的影响。因此，脆性材料在装置中进行拉剪破坏试验，通过装置设置不同的试验条件，材料的变形破坏结果有所不同。

Claims (7)

1.一种利用万能试验机实现岩石拉剪试验的装置，其特征在于，包括夹持组件、加载组件和活动垫块，所述试件夹持组件包括倒T字形底座、挡板、上盖、固定板和第一、第二、第三导向固定螺柱，另外附带第一、第二、第三、第四底座固定螺丝，底座、挡板和和上盖合为一体呈凹槽形，上盖设有三个螺孔，第一、第二、第三导向固定螺柱垂直于底座和上盖并和挡板平行，各导向固定螺柱上分别装有螺母，第一、第二、第三导向固定螺柱穿过上盖的螺孔与固定板相连接，第一、第二、第三、第四底座固定螺丝穿过底座前后两座的螺钉孔连接试验台；

所述加载组件包括圆柱形连接件和上宽下窄的梯形加载头，圆柱形连接件连接万能试验机的压力传感器和梯形加载头，梯形加载头与圆柱形连接件相连一起装在万能试验机上；

所述活动垫块置于倒T型底座左侧的90°角位置在进行大试件试验时补充使用。

2.如权利要求1所述的利用万能试验机实现岩石拉剪试验的装置，其特征在于，底座与万能试验机通过第一、第二、第三、第四底座固定螺丝与万能试验机台座相连接，底座位置可以根据试验要求进行调节。

3.如权利要求1所述的利用万能试验机实现岩石拉剪试验的装置，其特征在于，所述第一、第二、第三、第四底座固定螺钉为圆柱螺钉，底座螺丝安装孔的形状与圆柱螺丝配合。

4.如权利要求1所述的利用万能试验机实现岩石拉剪试验的装置，其特征在于，所述第一、第二、第三导向固定螺丝为圆柱螺丝，上盖螺钉安装孔的形状与圆柱螺丝配合。

5.如权利要求1所述的利用万能试验机实现岩石拉剪试验的装置，其特征在于固定板和第一、第二、第三导向固定螺柱可以根据岩石试件的尺寸上下平行调节。

6.如权利要求1所述的利用万能试验机实现岩石拉剪试验的装置，其特征在于底座、挡板和上盖为一个刚性连接的整体构件。

7.如权利要求1所述的利用万能试验机实现岩石拉剪试验的装置，其特征在于，活动垫块作为补充装置，可实现多种尺寸的岩石拉剪试验。