一种岩石双轴卸荷试验装置制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种岩石双轴卸荷试验装置，包括底座、纵向负荷传感器、横向负荷传感器和长导轨，底座上设有门式加载框架及下垫块，所述的门式加载框架上设有纵向加载电机；纵向加载电机下端与上垫块连接，上垫块和下垫块之间设有试样；长导轨上设有横向加载系统，横向加载系统包括机架、伺服电机及两堵板，伺服电机安装在机架上，通过减速机分别与丝杆连接，丝杆通过螺母与左压块连接，一堵板设在机架上，另一堵板通过拉杆与机架连接，该另一堵板上设有右压块。本实用新型可以很好地实现对试样的双轴等刚度卸荷试验，研究尺寸效应对岩石卸荷力学性能的影响；并能很好研究双向卸荷速率对岩石破坏形态的作用机理。
【专利说明】一种岩石双轴卸荷试验装置
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种岩石试验设备，特别是涉及一种岩石双轴卸荷试验装置。
【背景技术】
[0002]为充分利用现有的矿山资源，许多矿山由地下开采转为露天开采，在地下开采转露天开采过程中，首先进行矿体的地下开采，涉及采动岩体的第一次卸荷，转为露天剥离开采后，实际上是地下采空区顶板与露天开采台阶在垂直方向共同岩体的第二次卸荷，这二次卸荷都会对共同岩体产生不同程度的损伤，同时由于二次卸荷过程中存在一定的时间间隔，共同岩体还会发生流变损伤破坏。经二次不同形式岩体卸荷，其应力场和位移场都发生了相应变化，而当共同岩体再受扰动时就可能产生破坏，主要存在采空区安全顶板塌陷或边坡或者采空区围岩失稳的安全隐患。因此，开展岩体卸荷破坏试验研究具有重要工程应用价值。
[0003]双轴应力状态是自然界岩石中一种典型的受力状态，二次卸荷条件下，会出现平面应力状态，即双轴卸荷状态σ I > σ 2，σ 3=0。岩石卸荷力学特性实验研究是从岩石常规三轴仪问世之后才得以实现，目前卸荷研究主要基于岩石假三轴和真三轴试验系统，假三轴试验系统通常采用恒轴压(σ I)卸围压(σ 2=σ 3)或加轴压(σ I)卸围压(σ 2= σ 3)的应力控制方式或位移控制方式，但双轴应力状态下岩石力学性能明显区别于假三轴应力状态下力学性能，同时存在无法实现围压大于轴压的试验且无法观测岩石裂隙扩展情况；真三轴试验系统可实现σ 3=0条件下卸载试验，但加载能力小因而无法对较大尺寸试件进行测试且无法对试件进行双向等刚度卸载。
【发明内容】
[0004]针对现有技术存在的问题，本实用新型目的是提供一种可对较大尺寸岩石进行双轴卸荷试验的岩石双轴卸荷试验装置。
[0005]为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是:包括底座、纵向负荷传感器、横向负荷传感器和长导轨，底座上设有门式加载框架及下垫块，下垫块位于门式加载框架中，所述的门式加载框架顶梁底面上设有纵向加载电机；纵向加载电机下端与上垫块连接，上垫块和下垫块之间设有试样；长导轨上设有横向加载系统，横向加载系统包括机架、伺服电机、丝杆、拉杆及两堵板，伺服电机安装在机架上，通过减速机分别与丝杆连接，丝杆与长导轨平行，丝杆上设有螺母，螺母朝向试样端连接有左压块，一堵板固定在机架上，另一堵板通过拉杆与机架连接，该另一堵板朝向试样的面上设有右压块，左压块和右压块位于试样的两侧；所述的纵向负荷传感器位于纵向加载电机与上垫块之间或上垫块与试样之间或试样与下垫块之间；所述的横向负荷传感器位于螺母和左压块之间。
[0006]上述的岩石双轴卸荷试验装置中，所述的纵向负荷传感器位于纵向加载电机与上垫块之间。
[0007]上述的岩石双轴卸荷试验装置中，所述的堵板的底部设有滚轮，通过滚轮置于长导轨上。
[0008]上述的岩石双轴卸荷试验装置中，所述的长导轨底部设有支腿，底座的底部设有调平螺钉。
[0009]与现有技术相比，本实用新型的有益效果是:本实用新型包括纵向加载装置和横向加载装置，可以很好地实现对试样的双轴等刚度卸荷试验，能对岩样峰后强度条件下的卸荷力学性能进行观察记录；可对较大尺寸的长方体试样试验，研究尺寸效应对岩石卸荷力学性能的影响；并能很好研究双向卸荷速率对岩石破坏形态的作用机理。
[0010]本实用新型能够更好地研究围岩双轴受力特性，使试验结果更有工程实际意义，同时装置的约束边界条件简单，易于控制；试样为二维矩形截面，组构简单，能够从宏观和细观角度，连续地跟踪试样裂隙扩展情况。
【专利附图】
【附图说明】
[0011]图1是本实用新型的结构示意图。
[0012]图例说明:
[0013]I 一底座2 —调平螺钉3 —支腿
[0014]4 一长导轨 5 —伺服电机6 —堵板
[0015]7—丝杠8—拉杆9 一横向负荷传感器
[0016]10—左压块11—门式加载框架
[0017]12 —纵向加载电机13—纵向负荷传感器
[0018]14—上垫块 15 —试样16 —右压块
[0019]17—下垫块 18-机架19-减速机
[0020]20-堵板61-滚轮201-滚轮。
【具体实施方式】
[0021]下面结合附图对本实用新型做进一步详细的说明。
[0022]如图1所示，本实用新型包括底座1、纵向负荷传感器13、横向负荷传感器9和长导轨4，底座I上设有门式加载框架11及下垫块17，底座I的底部设有调平螺钉2，所述的下垫块17位于门式加载框架11中，所述的门式加载框架11的顶梁底面上设有纵向加载电机12 ;纵向加载电机12的下端与上垫块14连接，纵向加载电机12和上垫块14之间设有纵向负荷传感器13。上垫块14和下垫块17之间设有试样15。所述的纵向负荷传感器13还可以设置在上垫块14与试样15之间，或者试样15与下垫块17之间。
[0023]长导轨4上设有横向加载系统,所述的横向加载系统包括伺服电机5、机架18、丝杆7、拉杆8及两堵板6、20，伺服电机5安装在机架18上，通过减速机19分别与丝杆7连接，丝杆7与长导轨4平行。丝杆7上设有螺母71，螺母71朝向试样15端连接有左压块10，堵板6安装在机架18上，远离伺服电机5的堵板20的朝向试样15的侧面上设有右压块16，堵板20通过拉杆8与机架18连接。左压块10和右压块16位于试样15的两侧；所述的横向负荷传感器9位于螺母71和左压块10之间。所述的堵板6的底部设有滚轮61，通过滚轮61置于长导轨4上。堵板20的底部设有滚轮201，通过滚轮201置于长导轨4上。所述的长导轨4底部设有支腿3。
[0024]具体操作步骤如下:
[0025]对_■维受:荷岩体，其卸荷有两种方式，一种是最大主应力σ I卸荷,另一种是最小主应力σ 2卸荷。
[0026]最大主应力σ I卸荷操作步骤:
[0027]1、根据试验要求，测出试样15标准尺寸的单轴抗压强度值。
[0028]2、将适宜尺寸的试样15平稳地置于上垫块14与下垫块17之间，通过纵向加载电机12，按静水压力条件施加纵向载荷σ I和水平横向载荷σ 2到初始压力预定值，该值可由横向负荷传感器9和纵向负荷传感器13确定。
[0029]3、保持横向初始压力预定值不变，增加纵向载荷σ I至所测得的单轴抗压强度值后，以不同速率卸除纵向载荷σ 1，观测试样15破坏情况。
[0030]最小主应力σ 2卸荷操作步骤:
[0031]1、根据试验要求，测出试样15标准尺寸的单轴抗压强度值。
[0032]2、将适宜尺寸大小试样15平稳地置于上垫块14和下垫块17之间，通过纵向加载电机12，按静水压力条件施加纵向载荷σ I和水平横向载荷σ 2到初始压力预定值，该值可由横向负荷传感器9和纵向负荷传感器13确定，
[0033]3、保持横向初始压力预定值不变，增加纵向载荷σ I至所测得的单轴抗压强度值后，保持纵向载荷σ I不变。
[0034]4、以不同速率卸除水平横向载荷σ 2，直至试样15破坏。
[0035]本实用新型是一种岩石双轴卸荷试验装置，本实用新型能很好地实现对试样的双轴等刚度卸荷试验，对研究双向加卸荷速率对岩石破坏形态的作用机理有重要工程意义。
[0036]以上实施例只是本实用新型一较好实施例，但并非本实用新型内容的全部，一切在本实用新型精神范围内所做的等同变换和更改，都将在本实用新型保护范围以内。
【权利要求】
1.一种岩石双轴卸荷试验装置，其特征在于:包括底座、纵向负荷传感器、横向负荷传感器和长导轨，底座上设有门式加载框架及下垫块，下垫块位于门式加载框架中，所述的门式加载框架顶梁底面上设有纵向加载电机；纵向加载电机下端与上垫块连接，上垫块和下垫块之间设有试样；长导轨上设有横向加载系统，横向加载系统包括机架、伺服电机、丝杆、拉杆及两堵板，伺服电机安装在机架上，通过减速机分别与丝杆连接，丝杆与长导轨平行，丝杆上设有螺母，螺母朝向试样端连接有左压块，一堵板固定在机架上，另一堵板通过拉杆与机架连接，该另一堵板朝向试样的面上设有右压块，左压块和右压块位于试样的两侧；所述的纵向负荷传感器位于纵向加载电机与上垫块之间或上垫块与试样之间或试样与下垫块之间；所述的横向负荷传感器位于螺母和左压块之间。
2.根据权利要求1所述的岩石双轴卸荷试验装置，其特征在于:所述的纵向负荷传感器位于纵向加载电机与上垫块之间。
3.根据权利要求1所述的岩石双轴卸荷试验装置，其特征在于:所述的两堵板的底部均设有滚轮，通过滚轮置于长导轨上。
4.根据权利要求1所述的岩石双轴卸荷试验装置，其特征在于:所述的长导轨底部设有支腿，底座的底部设有调平螺钉。
【文档编号】G01N3/08GK204086017SQ201420565138
【公开日】2015年1月7日 申请日期:2014年9月29日 优先权日:2014年9月29日
【发明者】赵延林, 彭青阳, 万文, 蔡璐 申请人:湖南科技大学