岩石多功能剪切试验测试装置及其测试方法_2

文档序号:9429803阅读:来源:国知局
、法兰盘7、水平支撑滑座8、水平导向滑轨9、水平滑座连接板10、垂直连接件11、上粘接盒12、下粘接盒13、标准岩样14、垂直滑座连接体15、垂直支撑滑座16、垂直导向滑轨17。
【具体实施方式】
[0041]下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细描述:
[0042]针对上述存在问题,本发明的目的在于提供一套能进行岩石拉伸/压缩剪切试验的装置,为建立更为精确、完善的岩石力学模型、建立相应的强度准则,提供试验数据。
[0043]为了实现上述目的,本发明是通过以下技术方案实现的:
[0044]如图1?3所示,该试验装置的外部由底部的底座I和上部的框架2构成。
[0045]在框架2的顶部安装有垂直千斤顶5 ;框架2的外部侧壁安装有水平千斤顶3。在底座I的内部中央设置有相互配合的水平支撑滑座8和水平导向滑轨9。框架2的内部一侧的侧壁设置有相互配合的垂直支撑滑座16和垂直导向滑轨17。
[0046]所述的水平支撑滑座8上方依次安装水平滑座连接板10、下粘接盒13和上粘接盒12 ;上、下粘接盒12、13之间为标准岩样14。垂直支撑滑座16和垂直连接件11由垂直滑座连接体15连接。
[0047]水平千斤顶3的水平活塞杆4可自由伸缩,垂直千斤顶5的垂直活塞杆6的底部位于垂直连接件11的顶面并用法兰盘7固定连接,带动垂直连接件11上下移动,保证垂直千斤顶5施加的力能通过上、下粘接盒12、13有效传递,施加给标准岩样14。
[0048]具体的,所述的法兰盘7安装在垂直活塞杆6和垂直连接件11顶面之间,垂直连接件11侧面通过螺丝连接垂直滑座连接体15。上粘接盒12不接触水平活塞杆4,下粘接盒13不接触垂直连接件11。
[0049]垂直活塞杆6在法向上施力——无论是向下的压力或者向上的拉力——均可以通过法兰盘7和垂直连接件11施加给上粘接盒12。
[0050]取得的标准岩样14安装在上、下粘接盒12、13之间。下粘接盒13的上方和上粘接盒12的下方均有中空凹陷。标准岩样14安装在下粘接盒13和上粘接盒12之间的中空凹陷处时,标准岩样14竖直方向的中轴线和垂直千斤顶5的垂直活塞杆6的中轴线重合,标准岩样14的水平方向的中轴线位于上、下粘接盒12、13之间的剪切缝中心平面上。
[0051]为了能够完成试验测试,将水平千斤顶3、垂直千斤顶5和上、下粘接盒12、13连接伺服控制系统。所述的伺服控制系统的高精度剪切伺服控制器控制水平千斤顶3,高精度轴向伺服控制器控制垂直千斤顶5,两个LVDT位移传感器分别连接上、下粘接盒12、13。依此,分别控制水平、垂直千斤顶3、5的施力及加载速率,给标准岩样14上加载不同的法向拉/压力P和水平推力T。上、下粘接盒12、13分别连接LVDT位移传感器,分别测得标准岩样14剪切破坏试验的变形,即标准岩样14的水平位移量L7kt和垂直位移量Las。
[0052]如果仅仅直接将上、下粘接盒12、13放置在水平支撑滑座8和垂直连接件11之间,另外两侧分别由水平活塞杆4和垂直活塞杆6施力;在实验过程中,相应的在水平支撑滑座8和底座I之间以及垂直支撑滑座16和框架2之间相对产出滑动摩擦力。水平、垂直支撑滑座8、16底部的滑动摩擦力直接通过上、下粘接盒12、13作用在标准岩样14上,导致标准岩样14的真实受力和水平、垂直活塞杆4、6的施力不同。如果这两处的滑动摩擦力相对较大,导致最终检测结果不可信。
[0053]为了减少水平、垂直支撑滑座8、16底部的滑动摩擦力至可以忽略不计,分别在水平、垂直支撑滑座8、16底部设置相互配合的导向滑轨。
[0054]具体的,水平导向滑轨9的底部固定安装在底座I上。水平支撑滑座8配合安装在水平导向滑轨9上。水平支撑滑座8的上方通过螺栓安装水平滑座连接板10。水平滑座连接板10的顶部和下粘接盒13的底部相互固定。水平活塞杆4的顶端全部贴近下粘接盒13的侧面。
[0055]垂直导向滑轨17的底部固定安装在框架2侧壁上;垂直支撑滑座16配合安装在垂直导向滑轨17上。垂直滑座连接体15底端固定在连接垂直支撑滑座16顶部,垂直滑座连接体15的顶端固定在垂直连接件11的侧面;法兰盘7固定安装在垂直活塞杆6和垂直连接件11顶面之间,垂直连接件11连接垂直滑座连接体15。
[0056]铅垂方向上,水平活塞杆4的顶端位于下粘接盒13侧面底端以上、且位于上粘接盒12侧面的下方;下粘接盒13不接触垂直连接件11。
[0057]当标准岩样14安装在上、下粘接盒12、13之间时,标准岩样14的上、各1/2部分分别位于上粘接盒12和下粘接盒13内ο
[0058]试验前先将标准岩样14粘贴在上粘接盒12中,将标准岩样14底面的全部、侧面高度的1/2与上粘接盒12的底面和四个侧面粘接;再将标准岩样14的整个上面及侧面高度的1/2与下粘接盒13的底面和四个侧面粘接。然后将下粘接盒13置于水平连接板11上用螺丝固定。这种粘接方式既可避免只在标准岩样14上下两面粘贴容易从粘贴面处拉断这一现象,又可最大限度降低标准岩样14侧面与粘接盒粘贴对拉伸变形的限制作用。粘接完成后,将水平支撑滑座8、水平滑座连接板10、上、下粘接盒12、13及标准岩样14沿着水平导向滑轨9 一起推至垂直活塞杆6的正下方。同时调整垂直连接件11的位置,保证上粘接盒12能正好推入垂直连接件11的内部。此时,垂直活塞杆6、上粘接盒12、下粘接盒13、标准岩样14的形心在一条铅垂线上。
[0059]由于采用了以上技术方案,本发明可进行岩石试样在不同法向拉/压力作用下的剪切试验,上粘接盒12和下粘接盒13组装式的设计可以方便地对标准岩样14进行拆卸。水平支撑滑座8的底部设置有水平导向滑轨9,除了方便标准岩样14的装填和取出以外,还保证标准岩样14在水平推力下水平方向的自由变形,垂直活塞杆6端部设置的法兰盘7可以方便地紧密连接垂直连接件11,将作用力传递给上粘接盒12,保证垂直千斤顶5加载时的稳定性,上述设计可以保证标准岩样14在垂直方向的自由变形。
[0060]针对目前只能对岩石试样仅仅采用压剪的试验方式研究岩石的强度准则的现状,本发明提供岩石在不同法向拉/压力作用下的强度参数,测得岩石样品受到的加载力、加载时间和位移等各项参数,对改进和完善岩石在拉/压剪切力作用下的岩石本构关系和强度准则,具有重要的理论意义和实际意义
[0061]所述的岩石多功能剪切试验测试装置的试验方法,具体包括以下步骤:
[0062]步骤一:将标准岩样14粘在上粘接盒12中
[0063]将上粘接盒12的中空凹陷的内壁涂抹胶水,然后将标准岩样14放入上粘接盒12内,轻微调整标准岩样14位置,保证标准岩样14和上粘接盒12中轴线重合,同时保证标准岩样14各个侧面分别与上粘接盒12内壁间的缝隙充满胶水;完成后静置30分钟,等待胶水凝固。
[0064]步骤二:将标准岩样14粘在下粘接盒13中
[0065]将下粘接盒13的中空凹陷的内壁涂抹胶水,然后将已经粘有上粘接盒12的标准岩样14扣在下粘接盒13的中空凹陷处,调整标准岩样14位置,保证标准岩样14各个侧面分别与下粘接盒13内壁间的缝隙充满胶水,保证标准岩样14和上、下粘接盒12、13的中轴线在一条铅垂线上,保证标准岩样14的水平中轴线在上、下粘接盒12、13之间的剪切缝中心平面上;完成后静置24小时,等待胶水完全凝固。
[0066]步骤三:安装标准岩样14
[0067]将上、下粘接盒12、13连同标准岩样14 一起安装在水平滑座连接板10上;通过水平支撑滑座8在水平导向滑轨9上移动,调整上、下粘接盒12、13和水平滑座连接板10,保证垂直活塞杆6、上粘接盒12、标准岩样14、和下粘接盒13的中轴线在一条铅垂线上。
[0068]小幅调整垂直活塞杆6,保证上粘接盒12能正好推入垂直连接件11内部;具体的,垂直活塞杆6通过法兰盘7和垂直导向滑轨1
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