岩石多功能剪切试验测试装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型属于岩土工程技术中的岩土检测领域，涉及一种岩石多功能剪切试验测试装置。
【背景技术】
[0002]在压缩条件下岩石的剪切试验，是获得在不同法向压力下岩石的峰值抗剪强度和残余强度的基本方法，也是获取岩石的抗剪强度参数的一种重要手段。因此，在岩土工程中获得了广泛的应用，并开发了不同的压剪试验设备。常见的设备有应用于室内试验的大型直剪仪和应用于现场原位试验的小型便携式直剪仪。
[0003]而对于拉伸条件下的岩石的剪切试验，在国内外文献中均鲜有报道，也很少见到能进行岩石拉伸一一剪切试验的仪器设备。因为一方面，岩石的拉剪破坏没有引起人们的足够重视。另一方面是进行拉剪试验的设备较为复杂，其中包括岩石试件的粘接、法向拉力的加载方式、粘接可能对侧向变形的限制、偏心对岩石拉伸强度的影响等各种需要考虑的地方。与应用广泛的RMT单轴压缩实验、压剪实验和MTS常规三轴实验相比，岩石的拉伸一一剪切实验操作起来困难许多。
[0004]在深埋、高应力地下岩石工程中，隧洞边墙部位，由于开挖卸荷作用法向应力为0，切向应力集中达最大，部分围岩在竖直切应力作用下会产生法向的拉应力。当围岩底部有一定空间时，岩体会在竖向的切应力和法向的拉应力作用下发生拉剪破坏。
[0005]对于传统的莫尔库伦强度准则，为方便应用一般会简化为线性表达式，即岩石的抗剪强度是法向压应力的线性函数，而法向应力变为拉应力(即应力位于横轴的负半轴)时，通常做法是将正半轴上拟合的直线延伸交与负半轴，作为岩石在拉应力下的强度准则，而这一点是缺乏实验数据支撑的。并且，实验证明在不同的法向压力下，岩石的抗剪强度包络线并不完全是线性的，包络线上每个实验点对应的切线斜率逐渐减小，而对于负半轴上在不同拉应力作用下的强度包络线到底是怎样的也没有统一的说法，主要原因就是缺乏实验数据的支撑。
[0006]因此，急需开发一种能进行不同法向拉、压力作用下的岩石剪切试验装置，为完善岩石本构模型、建立相应强度准则提供试验数据。
【发明内容】
[0007]本实用新型的目的就是要提供一种岩石多功能剪切试验测试装置，利用该测试装置来检测岩石试件在垂直和水平方向上同时受力时的情况。
[0008]为实现上述目的，本实用新型所设计的岩石多功能剪切试验测试装置，由底部的底座、上部的框架构成，所述的框架的顶部安装有垂直千斤顶；框架一个侧壁上安装有水平千斤顶；框架的另一个侧边侧壁内部依次设置有垂直支撑滑座和垂直导向滑轨；水平千斤顶和垂直支撑滑座分别设置在框架的两个相对的侧壁上；
[0009]底座的内部中央依次设置有水平支撑滑座和水平导向滑轨；水平支撑滑座上方依次安装下粘接盒和上粘接盒；上、下粘接盒之间为标准岩样；
[0010]水平千斤顶的水平活塞杆水平设置和下粘接盒等高；垂直千斤顶的垂直活塞杆的底部固定在垂直连接件的顶面；
[0011]下粘接盒的上方和上粘接盒的下方均有中空凹陷；标准岩样安装在下粘接盒和上粘接盒之间的中空凹陷处时，标准岩样竖直方向的中轴线和垂直千斤顶的垂直活塞杆的中轴线重合，标准岩样的水平方向的中轴线位于上、下粘接盒之间的剪切缝中心平面上；
[0012]水平千斤顶、垂直千斤顶和上、下粘接盒均连接伺服控制系统。
[0013]上述技术方案中，水平导向滑轨的底部固定安装在底座上，水平支撑滑座安装在水平导向滑轨上；水平支撑滑座的上方固定有水平滑座连接板，水平滑座连接板的顶部和下粘接盒的底部相互固定。
[0014]上述技术方案中，垂直导向滑轨的底部固定安装在框架侧壁上；垂直支撑滑座配合安装在垂直导向滑轨上；垂直滑座连接体底端固定在连接垂直支撑滑座顶部，垂直滑座连接体的顶端固定在垂直连接件的侧面；法兰盘固定安装在垂直活塞杆和垂直连接件顶面之间，垂直连接件连接垂直滑座连接体。
[0015]上述技术方案中，铅垂方向上，水平活塞杆的顶端位于下粘接盒侧面底端以上、且位于上粘接盒侧面的下方；下粘接盒不接触垂直连接件。
[0016]上述技术方案中，当标准岩样安装在上、下粘接盒之间时，标准岩样的上、下各1/2部分分别位于上粘接盒和下粘接盒内。
[0017]上述技术方案中，伺服控制系统的高精度剪切伺服控制器控制水平千斤顶，高精度轴向伺服控制器控制垂直千斤顶，LVDT位移传感器分别连接上、下粘接盒。
[0018]本实用新型所设计的岩石多功能剪切试验测试装置具有以下优点:
[0019]1、通过两个上、下粘接盒镶嵌安装标准岩样14，保证施力传递给标准岩样14时能够达到预期效果。
[0020]2、水平千斤顶3配合水平支撑滑座8和水平导向滑轨9确保了对标准岩样14的水平定位。
[0021]3、垂直千斤顶5配合垂直支撑滑座16和垂直导向滑轨17确保了对标准岩样14的垂直定位。
[0022]4、具体的，水平支撑滑座8和垂直支撑滑座16采用了导向滑轨配合方式，有效的减少了试样中水平/垂直施力加载过程中产生的摩擦力，降低了对试验结果的误差影响。
[0023]5、本实验系统可以进行多种力学试验，包括拉伸剪切试验、压缩剪切试验、直接拉伸试验、直接剪切试验。
[0024]本实用新型设计的岩石多功能剪切试验测试装置及其测试方法能够更加快捷有效的获得更为精确、完善的岩石本构模型、建立相应的强度准则，具有重要意义。
【附图说明】
[0025]图1为本实用新型岩石多功能剪切试验测试装置的整体结构示意图。
[0026]图2为本实用新型岩石多功能剪切试验测试装置的俯视结构示意图。
[0027]图3为图2中A-A处的剖面结构示意图。
[0028]图中:底座1、框架2、水平千斤顶3、水平活塞杆4、垂直千斤顶5、垂直活塞杆6、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】
[0029]下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步的详细描述:
[0030]针对上述存在问题，本实用新型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。
[0031]为了实现上述目的，本实用新型是通过以下技术方案实现的:
[0032]如图1?3所示，该试验装置的外部由底部的底座1和上部的框架2构成。
[0033]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1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。
[0034]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。
[0035]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。
[0036]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。
[0037]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。
[0038]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。
[0039]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。
[0040]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1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。
[0041]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。
[0042]具体的，水平导向滑轨9的底部固定安装在底座1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