一种岩石类材料拉剪和双轴拉压试验装置及其使用方法与流程

本发明涉及岩土力学领域，尤其涉及一种用于进行岩石类材料拉剪试验和双轴拉压试验装置和方法。

背景技术：

自然条件下，地下岩体在自重应力和构造应力作用下通常处于三向受压状态，但巷道、隧道、硐室和地下厂房等开挖后，围岩体应力重分布，由三向应力状态向双向甚至单向应力状态转变。同时，岩体开挖引起围岩体产生强卸荷作用，进而引起岩体回弹变形和弯曲变形，这都必将引起岩体在一定范围内产生拉伸应力。另外，岩质边坡卸荷带、断层附近岩体以及地震震中岩体等均会产生拉伸、拉剪、拉压等复杂应力状态和对应的岩体破坏。目前常用岩石强度准则有库伦准则和D-P准则等，而大量室内试验证明其在拉应力段存在明显缺陷，并没有实际应用价值。综上所述，岩体工程中拉伸破坏和拉剪破坏等是一种普遍存在的现象，而目前的岩石强度准则却不能有效解决这些问题，因此对于拉剪应力作用下岩石和岩体力学行为的研究是十分必要的。

拉剪试验和拉压试验是获得岩石拉剪力学参数的重要手段，但是由于技术困难等原因，室内拉剪试验和拉压试验的开展相对较少，目前针对这两种试验研制的试验设备主要有：1)单独进行拉剪试验或者拉压试验的仪器设备；2)采用在密闭空间内注入高压液体的方法，液压系统同时提供竖向拉应力和横向压应力；3)采用复杂传力结构，将试验机竖向压力同时转化为拉力和剪力或者侧向压力。然而，第一种仪器设备为单独设计制造仪器设备，造价昂贵，第二种和第三种虽然价格合适且构造相对简单，但是试样拉力和侧面剪切力或压力具有相关性，其中一个变化，另一个呈比例变化，不能独立改变某一个力的大小，不能测试任一应力作用下的岩石类材料力学参数。因此，目前用于岩石类材料拉剪试验和双轴拉压试验的装置在经济性和实用性上均具有明显的缺陷。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种构造简单、测试结果准确的岩石类材料拉剪试验和双轴拉压试验的试验装置及方法，以解决现有技术经济性和实用性上的缺陷，实现在双轴试验机上进行拉剪试验和双轴拉压试验。

为实现本发明目的而采用的技术方案是这样的，一种岩石类材料拉剪和双轴拉压试验装置，包括框架Ⅰ、框架Ⅱ、上压板、拉头Ⅰ、拉头Ⅱ、垫板、试验机加载头Ⅰ、试验机加载头Ⅱ、试验机加载头Ⅲ和试验机加载头Ⅳ。

所述框架Ⅰ包括立柱Ⅰ、立柱Ⅱ和横梁Ⅰ。所述横梁Ⅰ连接在立柱Ⅰ和立柱Ⅱ之间。所述立柱Ⅰ、立柱Ⅱ和横梁Ⅰ合围半包围空间ⅠS。所述立柱Ⅰ、立柱Ⅱ和横梁Ⅰ为一个整体。

所述立柱Ⅰ的底面去除一个长方体A形成缺口Ⅰ。所述缺口Ⅰ贯穿立柱Ⅰ两侧。所述缺口Ⅰ的一个出口在半包围空间ⅠS内。所述立柱Ⅰ的底面还具有若干个螺纹孔Ⅰ。所述立柱Ⅰ上开有贯穿其两侧的矩形孔Ⅰ。所述矩形孔Ⅰ的一个出口在半包围空间ⅠS内。所述立柱Ⅰ背向横梁Ⅰ的一侧还布置有两个竖向支撑腿Ⅰ。所述两个竖向支撑腿Ⅰ上均具有竖向滑槽Ⅰ。所述立柱Ⅰ上还开有贯穿其两侧的钻孔Ⅰ。所述钻孔Ⅰ连通矩形孔Ⅰ与立柱Ⅰ的两个侧面。

所述立柱Ⅱ的底面去除一个长方体B形成缺口Ⅱ。所述缺口Ⅱ贯穿立柱Ⅱ两侧。所述缺口Ⅱ的一个出口在半包围空间ⅠS内。所述立柱Ⅱ的底面还具有若干个螺纹孔Ⅱ。所述立柱Ⅱ上开有贯穿其两侧的矩形孔Ⅱ。所述矩形孔Ⅱ的一个出口在半包围空间ⅠS内。所述立柱Ⅱ背向横梁Ⅰ的一侧还布置有两个竖向支撑腿Ⅱ。所述两个竖向支撑腿Ⅱ上均具有竖向滑槽Ⅱ。所述立柱Ⅱ上还开有贯穿其两侧的钻孔Ⅱ。所述钻孔Ⅱ连通矩形孔Ⅱ与立柱Ⅱ的两个侧面。

所述框架Ⅱ包括立柱Ⅲ、立柱Ⅳ和横梁Ⅱ。所述横梁Ⅱ连接在立柱Ⅲ和立柱Ⅳ之间。所述立柱Ⅲ、立柱Ⅳ和横梁Ⅱ合围半包围空间ⅡS。所述立柱Ⅲ、立柱Ⅳ和横梁Ⅱ为一个整体。

所述立柱Ⅲ的顶面去除一个长方体C，形成缺口Ⅲ。所述缺口Ⅲ的一个出口在半包围空间ⅡS内。所述立柱Ⅲ上开有贯穿其两侧的矩形孔Ⅲ。所述矩形孔Ⅲ的一个出口在半包围空间ⅡS内。所述立柱Ⅲ在缺口Ⅲ处还布置有若干个螺纹孔Ⅲ。所述立柱Ⅲ的两个侧面均具有竖向滑轨Ⅰ。

所述立柱Ⅳ的顶面去除一个长方体D，形成缺口Ⅳ。所述缺口Ⅳ的一个出口在半包围空间ⅡS内。所述立柱Ⅳ上开有贯穿其两侧的矩形孔Ⅳ。所述矩形孔Ⅳ的一个出口在半包围空间ⅡS内。所述立柱Ⅳ在缺口Ⅳ处还竖直布置有若干个螺纹孔Ⅲ。所述立柱Ⅳ的两个侧面均具有竖向滑轨Ⅱ。

所述上压板两端分别嵌入缺口Ⅲ和缺口Ⅳ中。所述上压板和框架Ⅱ构成口字型。所述上压板的板面上具有若干个内六角螺栓深孔Ⅰ。所述上压板和框架Ⅱ通过内六角螺栓连接，这些内六角螺栓穿过内六角螺栓深孔Ⅰ后旋入螺纹孔Ⅲ中。

所述框架Ⅰ、框架Ⅱ和上压板构成组合件。所述组合件中，横梁Ⅰ位于横梁Ⅱ的上方，上压板位于横梁Ⅰ的上方。所述横梁Ⅱ的两端分别嵌入缺口Ⅰ和缺口Ⅱ中。所述半包围空间ⅠS和半包围空间ⅡS组合成空间ⅠS。所述立柱Ⅲ插入两个竖向支撑腿Ⅰ之间。所述立柱Ⅳ插入两个竖向支撑腿Ⅱ之间。所述竖向滑轨Ⅰ与竖向滑槽Ⅰ相配合。所述竖向滑轨Ⅱ与竖向滑槽Ⅱ相配合。所述框架Ⅱ可竖向运动。所述矩形孔Ⅰ和矩形孔Ⅲ一起构成矩形孔ⅤM。所述矩形孔Ⅱ和矩形孔Ⅳ一起构成矩形孔ⅥN。

所述拉头Ⅰ包括直角板Ⅰ和侧板Ⅰ。所述直角板Ⅰ包括竖板Ⅰ和横板Ⅰ。所述侧板Ⅰ与竖板Ⅰ对称布置。所述侧板Ⅰ与横板Ⅰ通过螺栓连接。所述竖板Ⅰ的板面上具有若干个钻孔Ⅳ。所述侧板Ⅰ对应位置开有数量相同的钻孔Ⅴ，且钻孔Ⅴ和钻孔Ⅳ直径相同。

所述若干个钻孔Ⅳ之中，两侧的两个钻孔Ⅳ中具有变径螺栓Ⅰ，其余钻孔Ⅳ中具有辊轴Ⅰ。所述变径螺栓Ⅰ螺纹端的直径小于螺杆直径。所述变径螺栓Ⅰ穿过钻孔Ⅳ和钻孔Ⅴ后与螺母旋接固定。所述辊轴Ⅰ两端直径小，中间直径大，且所述辊轴Ⅰ中部直径大于变径螺栓Ⅰ螺杆直径。所述辊轴Ⅰ的两端分别插入钻孔Ⅳ和钻孔Ⅴ中。所述钻孔Ⅳ和钻孔Ⅴ的直径大于辊轴Ⅰ端部的直径。所述辊轴Ⅰ可自由滚动。所述拉头Ⅰ可以水平移动。所述直角板Ⅰ、侧板Ⅰ、变径螺栓Ⅰ和辊轴Ⅰ合围空间ⅡS。

所述拉头Ⅱ包括直角板Ⅱ、侧板Ⅱ、变径螺栓Ⅱ和辊轴Ⅱ。所述直角板Ⅱ包括竖板Ⅱ和横板Ⅱ。所述拉头Ⅱ与拉头Ⅰ结构相同。所述直角板Ⅱ、侧板Ⅱ、变径螺栓Ⅱ和辊轴Ⅱ合围空间ⅢS。

试样是一个置于空间ⅠS内的六面体。这个六面体的上下表面分别粘贴横板Ⅰ与横板Ⅱ。

所述拉头Ⅰ安装在横梁Ⅰ处。所述横梁Ⅰ伸入空间ⅡS内，横梁Ⅰ的顶面与辊轴Ⅰ接触。所述拉头Ⅱ安装在横梁Ⅱ处。所述横梁Ⅱ伸入空间ⅢS内，横梁Ⅱ的底面与辊轴Ⅱ接触。

所述垫板的板面上具有若干个内六角螺栓深孔Ⅱ。所述垫板通过内六角螺栓固定在框架Ⅰ下方，这些内六角螺栓穿过六角螺栓深孔Ⅱ后旋入螺纹孔Ⅰ或螺纹孔Ⅱ中。

所述组合件的上、右、下、左分别布置试验机加载头Ⅰ、试验机加载头Ⅱ、试验机加载头Ⅲ和试验机加载头Ⅳ。

所述试验机加载头Ⅰ的下端作用于上压板。所述试验机加载头Ⅲ的上端搁置垫板。当进行试验时，框架Ⅱ向下运动带动拉头Ⅱ向下运动。

当进行双轴拉压试验时，所述矩形孔ⅤM内穿入侧压板Ⅰ。所述矩形孔ⅥN内穿入侧压板Ⅱ。所述侧压板Ⅰ和侧压板Ⅱ可在水平方向运动。所述侧压板Ⅰ的一端与岩石试件接触、另一端被试验机加载头Ⅳ顶住。所述侧压板Ⅱ的一端与岩石试件接触、另一端被试验机加载头Ⅱ顶住。

当进行拉剪试验时，矩形孔ⅤM内安装有剪切垫块Ⅰ，矩形孔ⅥN内安装有剪切垫块Ⅱ。所述剪切垫块Ⅰ的两个侧面上分别具有一个螺纹孔Ⅳ。所述剪切垫块Ⅱ的两个侧面上分别具有一个螺纹孔Ⅴ。所述剪切垫块Ⅰ与立柱Ⅰ通过螺栓连接，这些螺栓穿过螺纹孔Ⅳ和钻孔Ⅰ。所述剪切垫块Ⅱ与立柱Ⅱ通过螺栓连接，这些螺栓穿过螺纹孔Ⅴ和钻孔Ⅱ。

所述矩形孔ⅤM内穿入剪切板Ⅰ。所述剪切板Ⅰ的一端与岩石试件接触、另一端被试验机加载头Ⅳ顶住。所述剪切板Ⅰ与剪切垫块Ⅰ配合，可沿水平方向运动。所述矩形孔ⅥN内穿入剪切板Ⅱ。所述剪切板Ⅱ的一端与岩石试件接触、另一端被试验机加载头Ⅱ顶住。所述剪切板Ⅱ与剪切垫块Ⅱ配合，可沿水平方向运动。所述剪切板Ⅰ和剪切板Ⅱ所处高度不同。

进一步，所述竖向滑槽Ⅰ和竖向滑槽Ⅱ均为燕尾槽。所述竖向滑轨Ⅰ和竖向滑轨Ⅱ均为燕尾榫。燕尾槽和燕尾榫相互嵌合。

进一步，所述上压板的上板面还具有滚珠阵列Ⅰ。所述滚珠阵列Ⅰ中的滚珠可自由转动。所述垫板的下板面还具有滚珠阵列Ⅱ。所述滚珠阵列Ⅱ中的滚珠可自由转动。

本发明还公开一种采用上述装置的双轴拉压试验方法，包括以下步骤：

1)将直角板Ⅰ和直角板Ⅱ与试样对中，试样上下表面采用强力胶分别粘贴横板Ⅰ与横板Ⅱ，形成组装体。

2)待强力胶完全凝固后，将组装体放置在空间ⅠS内。将拉头Ⅰ与拉头Ⅱ分别安装在横梁Ⅰ和横梁Ⅱ上：先安装辊轴Ⅰ，然后用螺栓和变径螺栓Ⅰ连接直角板Ⅰ和侧板Ⅰ。先安装辊轴Ⅱ，然后用螺栓和变径螺栓Ⅱ连接直角板Ⅱ和侧板Ⅱ。

3)安装侧压板Ⅰ和侧压板Ⅱ。

4)通过试验机加载头Ⅱ和试验机加载头Ⅳ加载水平压应力至设定值。

5)通过试验机加载头Ⅰ和试验机加载头Ⅲ加载竖向拉应力，直到试样破坏。试样破坏后立即关闭试验机加载系统。

本发明还公开一种采用上述装置的拉剪试验方法，包括以下步骤：

1)将直角板Ⅰ和直角板Ⅱ与试样对中，试样上下表面采用强力胶分别粘贴横板Ⅰ与横板Ⅱ，形成组装体。

2)待强力胶完全凝固后，将组装体放置在空间ⅠS内。将拉头Ⅰ与拉头Ⅱ分别安装在横梁Ⅰ和横梁Ⅱ上：先安装辊轴Ⅰ，然后用螺栓和变径螺栓Ⅰ连接直角板Ⅰ和侧板Ⅰ。先安装辊轴Ⅱ，然后用螺栓和变径螺栓Ⅱ连接直角板Ⅱ和侧板Ⅱ。

3)安装剪切垫块Ⅰ、剪切垫块Ⅱ、剪切板Ⅰ和剪切板Ⅱ。

4)通过试验机加载头Ⅰ和试验机加载头Ⅲ加载法向拉应力至设定值。

5)通过试验机加载头Ⅱ和试验机加载头Ⅳ加载剪切力，直到试样破坏。试样破坏后立即关闭试验机加载系统。

本发明的技术效果是毋庸置疑的：

A)结构简单，且无需专门设计压剪试验机，可大幅降低试验成本；

B)框架设计将试验机竖向压力转为岩石试样的拉应力，操作简单，易于控制；

C)试样在水平压力方向自由变形，测试结果更加准确。

附图说明

图1为拉剪试验加载示意图；

图2为双轴拉压试验加载示意图；

图3为框架Ⅰ结构示意图；

图4为框架Ⅰ仰视图；

图5为框架Ⅱ结构示意图；

图6为上压板俯视图；

图7为组合件结构示意图；

图8为组合件正视图；

图9为拉头Ⅰ结构示意图；

图10为直角板Ⅰ结构示意图；

图11为侧板Ⅰ结构示意图；

图12为拉头Ⅱ结构示意图；

图13为垫板仰视图；

图14为剪切垫块Ⅰ结构示意图；

图15为剪切垫块Ⅱ结构示意图。

图中：半包围空间ⅠS1、半包围空间ⅡS2、空间ⅠS、空间ⅡS3、空间ⅢS4、矩形孔ⅤM、矩形孔ⅥN、框架Ⅰ1、立柱Ⅰ101、竖向支撑腿Ⅰ1011、竖向滑槽Ⅰ10111、矩形孔Ⅰ1013、缺口Ⅰ1014、钻孔Ⅰ1015、螺纹孔Ⅰ1016、立柱Ⅱ102、竖向支撑腿Ⅱ1021、竖向滑槽Ⅱ10211、矩形孔Ⅱ1023、缺口Ⅱ1024、钻孔Ⅱ1025、螺纹孔Ⅱ1026、横梁Ⅰ103、框架Ⅱ2、立柱Ⅲ201、缺口Ⅲ2011、矩形孔Ⅲ2012、竖向滑轨Ⅰ2013、立柱Ⅳ202、缺口Ⅳ2021、矩形孔Ⅳ2022、竖向滑轨Ⅱ2023、横梁Ⅱ203、螺纹孔Ⅲ204、上压板3、滚珠阵列Ⅰ301、内六角螺栓深孔Ⅰ302、拉头Ⅰ4、直角板Ⅰ401、竖板Ⅰ4011、钻孔Ⅳ40111、横板Ⅰ4012、侧板Ⅰ402、钻孔Ⅴ4021、变径螺栓Ⅰ403、辊轴Ⅰ404、拉头Ⅱ40、直角板Ⅱ4001、竖板Ⅱ40011、横板Ⅱ40012、侧板Ⅱ4002、变径螺栓Ⅱ4003、辊轴Ⅱ4004、垫板6、滚珠阵列Ⅱ601、内六角螺栓深孔Ⅱ602、侧压板Ⅰ7、侧压板Ⅱ70、试样8、试验机加载头Ⅰ91、试验机加载头Ⅱ92、试验机加载头Ⅲ93、试验机加载头Ⅳ94、剪切板Ⅰ10、剪切板Ⅱ100、剪切垫块Ⅰ11、螺纹孔Ⅳ1101、剪切垫块Ⅱ12、螺纹孔Ⅴ1201。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明，但不应该理解为本发明上述主题范围仅限于下述实施例。在不脱离本发明上述技术思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段，做出各种替换和变更，均应包括在本发明的保护范围内。

实施例1：

本实施例公开一种岩石类材料拉剪和双轴拉压试验装置，包括框架Ⅰ1、框架Ⅱ2、上压板3、拉头Ⅰ4、拉头Ⅱ40、垫板6、试验机加载头Ⅰ91、试验机加载头Ⅱ92、试验机加载头Ⅲ93和试验机加载头Ⅳ94。

参见图3和图4，所述框架Ⅰ1包括立柱Ⅰ101、立柱Ⅱ102和横梁Ⅰ103。所述横梁Ⅰ103连接在立柱Ⅰ101和立柱Ⅱ102之间，三者底面平齐。所述立柱Ⅰ101、立柱Ⅱ102和横梁Ⅰ103合围半包围空间ⅠS1。所述立柱Ⅰ101、立柱Ⅱ102和横梁Ⅰ103围成形。所述立柱Ⅰ101、立柱Ⅱ102和横梁Ⅰ103为一个整体。

所述立柱Ⅰ101的底面去除一个长方体A形成缺口Ⅰ1014。所述缺口Ⅰ1014贯穿立柱Ⅰ101两侧。所述缺口Ⅰ1014的一个出口在半包围空间ⅠS1内。所述立柱Ⅰ101的底面还具有4个螺纹孔Ⅰ1016。所述立柱Ⅰ101上开有贯穿其两侧的矩形孔Ⅰ1013。所述矩形孔Ⅰ1013的一个出口在半包围空间ⅠS1内。所述立柱Ⅰ101背向横梁Ⅰ103的一侧还布置有两个竖向支撑腿Ⅰ1011。所述两个竖向支撑腿Ⅰ1011上均具有竖向滑槽Ⅰ10111。所述立柱Ⅰ101上还开有贯穿其两侧的钻孔Ⅰ1015。所述钻孔Ⅰ1015连通矩形孔Ⅰ1013与立柱Ⅰ101的两个侧面。

所述立柱Ⅱ102的底面去除一个长方体B形成缺口Ⅱ1024。所述缺口Ⅱ1024贯穿立柱Ⅱ102两侧。所述缺口Ⅱ1024的一个出口在半包围空间ⅠS1内。所述立柱Ⅱ102的底面还具有4个螺纹孔Ⅱ1026。所述立柱Ⅱ102上开有贯穿其两侧的矩形孔Ⅱ1023。所述矩形孔Ⅱ1023的一个出口在半包围空间ⅠS1内。所述立柱Ⅱ102背向横梁Ⅰ103的一侧还布置有两个竖向支撑腿Ⅱ1021。所述两个竖向支撑腿Ⅱ1021上均具有竖向滑槽Ⅱ10211。所述立柱Ⅱ102上还开有贯穿其两侧的钻孔Ⅱ1025。所述钻孔Ⅱ1025连通矩形孔Ⅱ1023与立柱Ⅱ102的两个侧面。所述钻孔Ⅱ1025的位置高于钻孔Ⅰ1015。

参见图5，所述框架Ⅱ2包括立柱Ⅲ201、立柱Ⅳ202和横梁Ⅱ203。所述横梁Ⅱ203连接在立柱Ⅲ201和立柱Ⅳ202之间，三者底面平齐。所述立柱Ⅲ201、立柱Ⅳ202和横梁Ⅱ203合围半包围空间ⅡS2。所述立柱Ⅲ201、立柱Ⅳ202和横梁Ⅱ203围成形。横梁Ⅱ203的高度小于长方体A和长方体B的高度。所述立柱Ⅲ201、立柱Ⅳ202和横梁Ⅱ203为一个整体。

所述立柱Ⅲ201的顶面去除一个长方体C，形成缺口Ⅲ2011。所述缺口Ⅲ2011的一个出口在半包围空间ⅡS2内。所述立柱Ⅲ201上开有贯穿其两侧的矩形孔Ⅲ2012。所述矩形孔Ⅲ2012的一个出口在半包围空间ⅡS2内。所述立柱Ⅲ201在缺口Ⅲ2011处还布置有4个螺纹孔Ⅲ204。所述立柱Ⅲ201的两个侧面均具有竖向滑轨Ⅰ2013。

所述立柱Ⅳ202的顶面去除一个长方体D，形成缺口Ⅳ2021。所述缺口Ⅳ2021的一个出口在半包围空间ⅡS2内。所述立柱Ⅳ202上开有贯穿其两侧的矩形孔Ⅳ2022。所述矩形孔Ⅳ2022的一个出口在半包围空间ⅡS2内。所述立柱Ⅳ202在缺口Ⅳ2021处还竖直布置有4个螺纹孔Ⅲ204。所述立柱Ⅳ202的两个侧面均具有竖向滑轨Ⅱ2023。

参见图6，所述上压板3两端分别嵌入缺口Ⅲ2011和缺口Ⅳ2021中。所述上压板3和框架Ⅱ2构成口字型。所述上压板3位于横梁Ⅱ203的上方。所述上压板3的板面上具有4个内六角螺栓深孔Ⅰ302。所述上压板3和框架Ⅱ2通过内六角螺栓连接，这些内六角螺栓穿过内六角螺栓深孔Ⅰ302后旋入螺纹孔Ⅲ204中。

参见图7和图8，所述框架Ⅰ1、框架Ⅱ2和上压板3构成组合件。所述组合件中，横梁Ⅰ103位于横梁Ⅱ203的上方，上压板3位于横梁Ⅰ103的上方。所述横梁Ⅱ203的两端分别嵌入缺口Ⅰ1014和缺口Ⅱ1024中。所述半包围空间ⅠS1和半包围空间ⅡS2组合成空间ⅠS。所述立柱Ⅲ201插入两个竖向支撑腿Ⅰ1011之间。所述立柱Ⅳ202插入两个竖向支撑腿Ⅱ1021之间。所述竖向滑轨Ⅰ2013与竖向滑槽Ⅰ10111相配合。所述竖向滑轨Ⅱ2023与竖向滑槽Ⅱ10211相配合。所述框架Ⅱ2可竖向运动。为减小接触面摩擦，所述上压板3的上板面还具有滚珠阵列Ⅰ301。所述滚珠阵列Ⅰ301中的滚珠可自由转动。所述矩形孔Ⅰ1013和矩形孔Ⅲ2012一起构成矩形孔ⅤM。所述矩形孔Ⅱ1023和矩形孔Ⅳ2022一起构成矩形孔ⅥN。

参见图9、图10和图11，所述拉头Ⅰ4包括直角板Ⅰ401和侧板Ⅰ402。所述直角板Ⅰ401包括竖板Ⅰ4011和横板Ⅰ4012。所述侧板Ⅰ402与竖板Ⅰ4011对称布置。所述侧板Ⅰ402与横板Ⅰ4012通过螺栓连接。所述竖板Ⅰ4011的板面上具有6个钻孔Ⅳ40111。所述侧板Ⅰ402对应位置开有数量相同的钻孔Ⅴ4021，且钻孔Ⅴ4021和钻孔Ⅳ40111直径相同。

所述6个钻孔Ⅳ40111之中，两侧的两个钻孔Ⅳ40111中具有变径螺栓Ⅰ403，其余钻孔Ⅳ40111中具有辊轴Ⅰ404。所述变径螺栓Ⅰ403螺纹端的直径小于螺杆直径。所述变径螺栓Ⅰ403穿过钻孔Ⅳ40111和钻孔Ⅴ4021后与螺母旋接固定。所述辊轴Ⅰ404两端直径小，中间直径大，且所述辊轴Ⅰ404中部直径大于变径螺栓Ⅰ403螺杆直径。所述辊轴Ⅰ404的两端分别插入钻孔Ⅳ40111和钻孔Ⅴ4021中。所述钻孔Ⅳ40111和钻孔Ⅴ4021的直径比辊轴Ⅰ404端部的直径大2～3mm。所述拉头Ⅰ4与立柱Ⅰ101之间的距离为10～20mm。所述拉头Ⅰ4与立柱Ⅱ102之间的距离为10～20mm。所述辊轴Ⅰ404可自由滚动，保证试验中试样在水平方向可以自由变形。所述拉头Ⅰ4可以水平移动。所述直角板Ⅰ401、侧板Ⅰ402、变径螺栓Ⅰ403和辊轴Ⅰ404合围空间ⅡS3。

参见图12，所述拉头Ⅱ40包括直角板Ⅱ4001、侧板Ⅱ4002、变径螺栓Ⅱ4003和辊轴Ⅱ4004。所述直角板Ⅱ4001包括竖板Ⅱ40011和横板Ⅱ40012。所述拉头Ⅱ40与拉头Ⅰ4结构相同。所述直角板Ⅱ4001、侧板Ⅱ4002、变径螺栓Ⅱ4003和辊轴Ⅱ4004合围空间ⅢS4。

试样8是一个置于空间ⅠS内的六面体。这个六面体的上下表面分别粘贴横板Ⅰ4012与横板Ⅱ40012。

参见图1和图2，所述拉头Ⅰ4安装在横梁Ⅰ103处。所述横梁Ⅰ103伸入空间ⅡS3内，横梁Ⅰ103的顶面与辊轴Ⅰ404接触。所述拉头Ⅱ40安装在横梁Ⅱ203处。所述横梁Ⅱ203伸入空间ⅢS4内，横梁Ⅱ203的底面与辊轴Ⅱ4004接触。

参见图12，所述垫板6的板面上具有4个内六角螺栓深孔Ⅱ602。所述垫板6通过内六角螺栓固定在框架Ⅰ1下方，这些内六角螺栓穿过六角螺栓深孔Ⅱ602后旋入螺纹孔Ⅰ1016或螺纹孔Ⅱ1026中。所述垫板6的下板面还具有滚珠阵列Ⅱ601。所述滚珠阵列Ⅱ601中的滚珠可自由转动。

所述组合件的上、右、下、左分别布置试验机加载头Ⅰ91、试验机加载头Ⅱ92、试验机加载头Ⅲ93和试验机加载头Ⅳ94。

所述试验机加载头Ⅰ91的下端作用于上压板3。所述试验机加载头Ⅲ93的上端搁置垫板6。当进行试验时，框架Ⅱ2向下运动。横梁Ⅱ203带动拉头Ⅱ40向下运动。横梁Ⅱ203对拉头Ⅱ40施加向下的力，横梁Ⅰ103对拉头Ⅰ4施加向上的力。进而，拉头Ⅰ4对试样8产生向上的拉力，拉头Ⅱ40对试样8产生向下的拉力。这样，就将试验机加载头Ⅰ91和试验机加载头Ⅲ93对框架Ⅰ和框架Ⅱ2施加的压力转化为拉头Ⅰ4和拉头Ⅱ40对试样8施加的拉力。

参见图1，当进行双轴拉压试验时，所述矩形孔ⅤM内穿入侧压板Ⅰ7。所述矩形孔ⅥN内穿入侧压板Ⅱ70。所述侧压板Ⅰ7和侧压板Ⅱ70可在水平方向运动。所述侧压板Ⅰ7的一端与岩石试件接触、另一端被试验机加载头Ⅳ94顶住。所述侧压板Ⅱ70的一端与岩石试件接触、另一端被试验机加载头Ⅱ92顶住。

参见图2，当进行拉剪试验时，矩形孔ⅤM内安装有剪切垫块Ⅰ11，矩形孔ⅥN内安装有剪切垫块Ⅱ12。所述剪切垫块Ⅰ11的两个侧面上分别具有一个螺纹孔Ⅳ1101。所述剪切垫块Ⅱ12的两个侧面上分别具有一个螺纹孔Ⅴ1201。所述剪切垫块Ⅰ11与立柱Ⅰ101通过螺栓连接，这些螺栓穿过螺纹孔Ⅳ1101和钻孔Ⅰ1015。所述剪切垫块Ⅱ12与立柱Ⅱ102通过螺栓连接，这些螺栓穿过螺纹孔Ⅴ1201和钻孔Ⅱ1025。

所述矩形孔ⅤM内穿入剪切板Ⅰ10。所述剪切板Ⅰ10与剪切垫块Ⅰ11配合，可沿水平方向运动。所述剪切板Ⅰ10的底面与剪切垫块Ⅰ11的顶面接触。所述矩形孔ⅥN内穿入剪切板Ⅱ100。所述剪切板Ⅱ100与剪切垫块Ⅱ12配合，可沿水平方向运动。所述剪切板Ⅱ100的顶面与剪切垫块Ⅱ12的底面接触。所述剪切板Ⅰ10的一端与岩石试件接触、另一端被试验机加载头Ⅳ94顶住。所述剪切板Ⅱ100的一端与岩石试件接触、另一端被试验机加载头Ⅱ92顶住。所述剪切板Ⅰ10所处位置高于剪切板Ⅱ100所处位置。

值得说明的是，本实施例中竖向滑槽Ⅰ10111和竖向滑槽Ⅱ10211均为燕尾槽。竖向滑轨Ⅰ2013和竖向滑轨Ⅱ2023均为燕尾榫。燕尾槽和燕尾榫相互嵌合不脱离，只能沿纵向滑动。

实施例2：

本实施例公开一种采用实施例1所述岩石类材料拉剪和双轴拉压试验装置的双轴拉压试验方法，包括以下步骤：

1)将直角板Ⅰ401和直角板Ⅱ4001与试样8对中，试样8上下表面采用强力胶分别粘贴横板Ⅰ4012与横板Ⅱ40012，形成组装体。

2)待强力胶完全凝固后，将组装体放置在空间ⅠS内。将拉头Ⅰ4与拉头Ⅱ40分别安装在横梁Ⅰ103和横梁Ⅱ203上：先安装辊轴Ⅰ404，然后用螺栓和变径螺栓Ⅰ403连接直角板Ⅰ401和侧板Ⅰ402。先安装辊轴Ⅱ4004，然后用螺栓和变径螺栓Ⅱ4003连接直角板Ⅱ4001和侧板Ⅱ4002。

3)安装侧压板Ⅰ7和侧压板Ⅱ70。

4)通过试验机加载头Ⅱ92和试验机加载头Ⅳ94加载水平压应力至设定值。

5)通过试验机加载头Ⅰ91和试验机加载头Ⅲ93加载竖向拉应力，直到试样8破坏。试样8破坏后立即关闭试验机加载系统。

实施例3：

本实施例公开一种采用实施例1所述岩石类材料拉剪和双轴拉压试验装置的拉剪试验方法，包括以下步骤：

1)将直角板Ⅰ(401)和直角板Ⅱ(4001)与试样(8)对中，试样(8)上下表面采用强力胶分别粘贴横板Ⅰ(4012)与横板Ⅱ(40012)，形成组装体；

2)待强力胶完全凝固后，将组装体放置在空间Ⅰ(S)内；将拉头Ⅰ(4)与拉头Ⅱ(40)分别安装在横梁Ⅰ(103)和横梁Ⅱ(203)上：先安装辊轴Ⅰ(404)，然后用螺栓和变径螺栓Ⅰ(403)连接直角板Ⅰ(401)和侧板Ⅰ(402)；先安装辊轴Ⅱ(4004)，然后用螺栓和变径螺栓Ⅱ(4003)连接直角板Ⅱ(4001)和侧板Ⅱ(4002)；

3)安装剪切垫块Ⅰ(11)、剪切垫块Ⅱ(12)、剪切板Ⅰ(10)和剪切板Ⅱ(100)；

4)通过试验机加载头Ⅰ(91)和试验机加载头Ⅲ(93)加载法向拉应力至设定值；

5)通过试验机加载头Ⅱ(92)和试验机加载头Ⅳ(94)加载剪切力，直到试样(8)破坏；试样(8)破坏后立即关闭试验机加载系统。