[发明专利]环形剪切装置

说明书

 

一、     技术领域：

本发明涉及的是岩土工程领域中对岩土运动剪切强度进行测定的实验装置，具体涉及的是环形剪切装置。

二、背景技术：  

环形剪切装置是基础地质学室内实验装置，主要用于地下环境下泥岩涂抹形成过程的模拟与岩石力学参数的测定。环形剪切装置可以测定泥岩涂抹形成前后对应的岩石抗剪强度随位移增长的变化规律，同时能够满足对不同断距下泥岩涂抹的渗透率测量。

环剪实验是将岩石样品装入样品环中，通过上部加压板对试样施加垂直压力，在此基础上给土样施加一定的扭转剪力使其发生破坏的过程。双环式环形剪切装置设有上下分离的两个环形剪切盒，进行环剪实验时，对岩石样品沿上下环形盒接触的预设面进行剪切。

目前国际上研制的环形剪切装置主要针对岩土运动剪切强度参数的测定，无法满足地质过程模拟的施加压力与装置强度要求，同时无法测定剪切带渗透率，且价格昂贵，维护费用高。

三、发明内容：

本发明的一个目的是提供环形剪切装置，它用于模拟构造运动过程中断层形成过程，以及形成后期断层渗透性变化特征的问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：这种环形剪切装置包括基座、旋转台、旋转驱动机构、上部固定环、下部固定环、垂直加载机构、环状加载板、测力环、切向负载测力环，旋转台安装在基座上，旋转驱动机构连接旋转台，旋转台上面安装有环状底盘，有机玻璃水槽与环状底盘固定连接为一体，下部固定环设置在有机玻璃水槽底部，下部固定环底部有多孔陶瓷环；上部固定环通过垂直加载机构设置于下部固定环之上，上部固定环与下部固定环之间具有0.1mm缝隙，该缝隙由差动螺丝调节，岩土样品置于所述的多孔陶瓷环上，岩土样品上也放置多孔陶瓷环，岩土样品上面的多孔陶瓷环位于上部固定环中，环状加载板压在岩土样品上面的多孔陶瓷环上，环状加载板与垂直加载机构连接；垂直加载机构由载荷力臂、中心主轴、载荷支架、扭矩臂组成，中心主轴为垂向的，中心主轴的下端连接载荷力臂，中心主轴穿过扭矩臂，扭矩臂横置于载荷支架中，扭矩臂的两端安装有切向负载测力环，切向负载测力环附着于载荷支架上，中心主轴外侧设置有调节直线或旋转运动的球形套管，载荷支架上端安装上述差动螺丝；上部固定环中的多孔陶瓷环与岩土样品之间设置卡刀，下部固定环中的多孔陶瓷环与岩土样品之间也设置卡刀。

上述方案中旋转驱动机构由马达、变速箱、蜗轮依次连接构成，由蜗轮驱动旋转台旋转。

上述方案中基座为底部开放的箱体，基座的顶部有通孔，基座上表面带有垂向的圆筒，圆筒围绕在通孔周围；旋转台的中心有垂向的中心筒，中心筒插入到基座的圆筒中，主轴从中心筒及基座中心孔穿过，中心筒与主轴之间设置有调节直线或旋转运动的球形套管，基座的圆筒与旋转台之间有直线推进轴承。

上述方案中载荷力臂设置在基座内，中心主轴的下端连接负载固定装置，负载固定装置连接载荷力臂，载荷力臂的端部连接加吊钩，吊钩的下端安装加载盘，加载盘上放置加载重物。

上述方案中环状底盘上设置样品环，样品环与环状底盘连接为一体，样品环通过主轴与校正环连接，校正环可以记录样品与样品环之间的摩擦力。

上述方案中载荷支架上部安装有摩擦力测量仪表；基座上部的蜗轮外壳上安装有仪表架，样品重量表、上、下固定环缝隙测量表设置在仪表架上；扭矩臂与载荷支架连接处设置有剪切转矩测量表。

有益效果：

1.本发明测量岩土运动剪切强度参数准确，易于检测，可通过重物的正向负载实现最大剪切应力为40Mpa，价格低，维护费用低。

2. 本发明在整个实验过程中下部固定环相对于上部固定环发生环向剪切，保证了剪切面的面积始终不变。

3. 本发明各部件均采用机械连接，可以方便地进行零部件的更换，检查维护容易。

四、附图说明：

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明中心主轴、载荷支架、扭矩臂之间连接结构示意图；

图3是本发明中心主轴、固定环、旋转台、涡轮外壳连接结构示意图；

图4是本发明中上、下部固定环的连接结构示意图。