一种岩体结构面剪切蠕变仪的制作方法

本实用新型涉及岩石力学性质试验技术领域，具体涉及一种岩体结构面剪切蠕变仪。

背景技术：

结构面是岩体形成和地质作用的漫长历史过程中，在岩体内形成和不断发育地质界面，在连续介质力学理论中视为不连续面。结构面的分布规律、发育规模、物理力学性质等指标不仅与岩体强度、受力状态有关，而且与其形成的地质历史、环境等多种因素有关，所以其分布状态各种各样，物理、力学性质千变万化。

结构面(包括断层，破碎带，泥化夹层，节理和裂隙等)破坏了岩体的连续性和完整性，对硐室围岩、边坡、岩基的长期持续稳定性等构成潜在的威胁。在一些工程事故中发现，结构面的破坏不是短期突然的脆性破坏，而是在长期荷载作用下，经过几年甚至几十年的蠕变、应力松弛直到最后破坏。很多工程实践表明，自然岩体和工程岩体的失稳源于结构面。因此，结构面的几何特征和力学特征的研究是工程岩体稳定性评价和加固处理方案确定的基本前提。随着人们对结构面认识不断地深入，进而认为岩体中"渐进性破坏"的主要因素就是结构面的蠕变破坏，它有时起着控制作用。

研究岩体结构面的流变特性，一直是岩体力学研究的主要课题。由于结构面蠕变试验有一定的难度，使得对结构面蠕变特性的研究缺少系统化。因此，立足于结构面流变特性的基础研究，分析在长期荷载作用下，岩体结构面的蠕变变形特性、蠕变的本构关系以及蠕变破坏过程和机理等，为建立结构面流变特性的力学理论提供实验的证据具有重要的意义。

技术实现要素：

为解决上述问题，本实用新型提供了一种岩体结构面剪切蠕变仪，本实用新型是通过以下技术方案来实现的。

一种岩体结构面剪切蠕变仪，包括架体、剪切箱、竖直施力模块、水平施力模块和位移测量系统，所述架体包括蠕变实验台、支撑架一、支撑架二和固定台，所述剪切箱包括相互连通且可相对滑动的上箱体和下箱体，所述竖直施力模块包括千斤顶、压力传感器和压力显示单元，所述水平施力模块包括拉力传感器、拉力显示单元、施力传导杆、方向转换装置、弹簧和螺旋下移装置，所述位移测量系统包括微小位移测量计和信号转换输出装置。

进一步地，所述支撑架一和支撑架二对称焊接在蠕变实验台的上表面左右两侧，支撑架一的上部固接有第一位移传感器接口，支撑架二的上部固接有固定槽，所述固定台包括钢柱、反力座和滑动载物台，所述钢柱矩形布置在支撑架一和支撑架二之间的蠕变试验台上，钢柱的底部与蠕变试验台焊接为一体结构，所述反力座固接在钢柱的顶部，所述滑动载物台设有两个，各滑动载物台的四角处焊接有钢环，各钢环分别与一个钢柱滑动连接。

进一步地，所述上箱体的左侧焊接有第二位移传感器接口，上箱体的右侧焊接有第一拉力传感器接口，第一位移传感器接口、第二位移传感器接口、第一拉力传感器接口和固定槽的轴线共线，所述下箱体的左右两侧底部分别对称固接有固定钢片，固定钢片与上方所述滑动载物台的上表面通过螺钉固接。

进一步地，所述千斤顶的底座与蠕变实验台的上表面固接，所述压力传感器固接在下方所述滑动载物台的上表面，所述压力显示单元固接在反力座的上表面，压力传感器与压力显示单元通过信号线连接。

进一步地，所述方向转换装置包括定滑轮和钢绳，所述定滑轮通过固定支架转动连接在支撑架二的外壁，钢绳通过定滑轮导向，所述施力传导杆滑动连接在固定槽内，施力传导杆的右端与钢绳水平部的左端固接，所述拉力传感器的左端与第一拉力传感器接口连接，拉力传感器的右端连接有第二拉力传感器接口，所述拉力显示单元连接在第二拉力传感器接口和施力传导杆之间，拉力显示单元与拉力传感器之间通过信号线连接，所述螺旋下移装置包括固定部分和活动部分，所述固定部分固接在蠕变实验台上表面，固定部分的中心设有通孔，所述活动部分与固定部分套合并螺纹连接，活动部分的顶板下表面中心固接有电动螺旋轴，电动螺旋轴的底部伸出到蠕变实验台下表面之下并通过电机驱动，电动螺旋轴的驱动电机通过数据线与计算机连接，所述弹簧底部与活动部分的顶部通过挂钩连接，弹簧的顶部与钢绳的竖直部底部通过挂钩连接。

进一步地，所述微小位移测量计连接在第一位移传感器接口和第二位移传感器接口之间，信号输出转化装置一端与微小位移测量计连接，另一端与pc端连接测得蠕变位移-时间曲线。

本实用新型公开的一种岩体结构面剪切蠕变仪，具有以下优点：

1、本装置可以模拟岩体结构面在不同工况下的蠕变特性；

2、可制作不同厚度和物质成分的裂隙填充物，作为蠕变观测对象，并记录蠕变曲线，方便对蠕变模型的研究；

3、操作简单快捷，可多次重复使用，提高实验效率。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型的技术方案，下面将对具体实施方式描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1：本实用新型所述一种岩体结构面剪切蠕变仪的轴测图；

图2：本实用新型所述一种岩体结构面剪切蠕变仪的正视图；

图3：本实用新型所述剪切箱的结构示意图；

图4：本实用新型所述方向转换装置的结构示意图；

图5：本实用新型所述螺旋下移装置的结构示意图。

附图标记如下：

101、蠕变试验台，102、支撑架一，103、支撑架二，104、固定台，1041、钢柱，1042、反力座，1043、滑动载物台，201、上箱体，2011、第二位移传感器接口，，2012、第一拉力传感器接口，202、下箱体，2021、固定钢片，301、千斤顶，302、压力传感器，303、压力显示单元，401、拉力传感器，4011、第二拉力传感器接口，402、拉力显示单元，403、施力传导杆，404、方向转换装置，4041、定滑轮，4042、钢绳，4043、固定支架，405、弹簧，406、螺旋下移装置，4061、固定部分，4062、活动部分，4063、通孔，4064、电动螺旋轴，501、微小测量计，502、信号转换输出装置。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图1-5所示，本实用新型具有以下六个具体实施例。

实施例1

一种岩体结构面剪切蠕变仪，包括架体、剪切箱、竖直施力模块、水平施力模块和位移测量系统，架体包括蠕变实验台101、支撑架一102、支撑架二103和固定台104，剪切箱包括相互连通且可相对滑动的上箱体201和下箱体202，竖直施力模块包括千斤顶301、压力传感器302和压力显示单元303，水平施力模块包括拉力传感器401、拉力显示单元402、施力传导杆403、方向转换装置404、弹簧405和螺旋下移装置406，位移测量系统包括微小位移测量计501和信号转换输出装置502。

实施例2

与实施例1不同的地方在于，还包括以下内容：

支撑架一102和支撑架二103对称焊接在蠕变实验台101的上表面左右两侧，支撑架一102的上部固接有第一位移传感器接口(图中未标示)，支撑架二103的上部固接有固定槽(图中未标示)，固定台104包括钢柱1041、反力座1042和滑动载物台1043，钢柱1041矩形布置在支撑架一102和支撑架二103之间的蠕变试验台上，钢柱1041的底部与蠕变试验台焊接为一体结构，反力座1042固接在钢柱1041的顶部，滑动载物台1043设有两个，各滑动载物台1043的四角处焊接有钢环，各钢环分别与一个钢柱1041滑动连接。

实施例3

与实施例2不同的地方在于，还包括以下内容：

上箱体201的左侧焊接有第二位移传感器接口2011，上箱体201的右侧焊接有第一拉力传感器接口2012，第一位移传感器接口(图中未标示)、第二位移传感器接口2011、第一拉力传感器接口2012和固定槽(图中未标示)的轴线共线，下箱体202的左右两侧底部分别对称固接有固定钢片2021，固定钢片2021与上方滑动载物台1043的上表面通过螺钉固接。

实施例4

与实施例3不同的地方在于，还包括以下内容：

千斤顶301的底座与蠕变实验台101的上表面固接，压力传感器302固接在下方滑动载物台1043的上表面，压力显示单元303固接在反力座1042的上表面，压力传感器302与压力显示单元303通过信号线连接。

实施例5

与实施例4不同的地方在于，还包括以下内容：

方向转换装置404包括定滑轮4041和钢绳4042，定滑轮4041通过固定支架4043转动连接在支撑架二103的外壁，钢绳4042通过定滑轮4041导向，施力传导杆403滑动连接在固定槽(图中未标示)内，施力传导杆403的右端与钢绳4042水平部的左端固接，拉力传感器401的左端与第一拉力传感器接口2012连接，拉力传感器401的右端连接有第二拉力传感器接口4011，拉力显示单元402连接在第二拉力传感器接口4011和施力传导杆403之间，拉力显示单元402与拉力传感器401之间通过信号线连接，螺旋下移装置406包括固定部分4061和活动部分4062，固定部分4061固接在蠕变实验台101上表面，固定部分4061的中心设有通孔4063，活动部分4062与固定部分4061套合并螺纹连接，活动部分4062的顶板下表面中心固接有电动螺旋轴4064，电动螺旋轴4064的底部伸出到蠕变实验台101下表面之下并通过电机驱动，电动螺旋轴4064的驱动电机通过数据线与计算机连接，弹簧405底部与活动部分4062的顶部通过挂钩连接，弹簧405的顶部与钢绳4042的竖直部底部通过挂钩连接。

实施例6

与实施例5不同的地方在于，还包括以下内容：

微小位移测量计501连接在第一位移传感器接口(图中未标示)和第二位移传感器接口2011之间，信号输出转化装置一端与微小位移测量计501连接，另一端与pc端连接测得蠕变位移-时间曲线。

工作原理：

在进行蠕变实验时，被测量预制岩石放置在剪切箱内，通过水平施力模块施加拉力，由拉力显示单元402进行实时显示，慢慢调节到所需拉力值，该拉力作用在上箱体201上，当随着时间的进行，岩石剪切面会发生蠕变，引起上箱体201的移动，结合位移测量系统，在pc端生成位移随时间的曲线，可以对被测岩石剪切面的蠕变过程进行分析。

具体地，本实用新型中蠕变实验台101设置为矩形台板，长度2000mm，宽度500mm，厚度100mm，蠕变实验台101两端焊接有支撑架，支撑架材料为厚度为16mm厚钢板，为上顶200mm、下底400mm、高度800mm的梯形钢板，支撑前后跨度200mm，钢柱1041的直径为75mm，滑动载物台1043厚度为35mm，反力座1042厚度为100mm。

本实用新型中剪切箱的上箱体201和下箱体202之间的接触面为光滑平面，使测量更加准确。上箱体201内径为200mm×200mm，钢板厚度为3mm，高度为100mm；上箱体201的滑动面为加宽面，宽度为25mm、厚度20mm，下箱体202滑动面尺寸为宽度25mm、厚度20mm。本实用新型剪切箱有充足的体积，具体尺寸还可以根据不同剪切面形式进行调整，适应各种形式结构面的剪切蠕变实验。剪切箱采用一定厚度的钢板，能够允许各种岩石在该仪器上开展蠕变实验，而箱体不发生变形，不影响测量结果。

其中可根据实际情况选取不同k值的弹簧405以满足实验要求，螺旋下移装置406活动部分4062内腔设置电动旋转轴，可通过数据线与计算机连接，可根据拉力传感器401的实时反馈，旋转活动部分4062进行自动补压，保证水平拉力恒定。

本实用新型中，测力计包括拉力传感器401，以及与拉力传感器401相连的显示单元，拉力传感器401分别连接第二拉力传感器连接口和第一拉力传感器连接口，显示单元用于显示所述应力传感器测得的应力大小，实验配有不同量程的测力计，针对不同岩石不同结构面，采用不同的测力计，一方面减小了误差，另一方面也保护了仪器本身，避免在未知抗剪应力的情况下，由于量程不够而损伤仪器。测力计本身具有较高地传输速度，和准确地应力感应器，实时显示拉力的大小，减小误差。同时，测力计还配备有数据线，可直接与计算机相连接，进行进一步的计算。测力计配备有充电系统，可在野外操作，增加了仪器的适用性。

以上公开的本实用新型优选实施例只是用于帮助阐述本实用新型。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该实用新型仅为的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本实用新型的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本实用新型。本实用新型仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。