[发明专利]一种落锤冲击岩石剪切蠕变试验机及试验方法

权利要求书

1.一种落锤冲击岩石剪切蠕变试验机，其特征在于，包括蓄能器、加载系统和落锤冲击机构，所述蓄能器为所述加载系统提供稳定压力，所述加载系统使岩石试样处于剪切蠕变状态，所述落锤冲击机构通过所述加载系统对岩石试样进行法向的动态冲击；所述加载系统包括箱体、水压缸一、顶块、剪切盒、垂直定位螺栓、外侧垂直定位螺母、内侧垂直定位螺母、导轨、滑块、移动垫块、水压缸二、剪切垫块、水平定位螺栓、内侧水平定位螺母和外侧水平定位螺母，水压缸一设置在所述箱体的底面上，所述顶块安装在水压缸一的缸柱上，所述剪切盒包括上部和下部，所述剪切盒放置在所述顶块上，剪切盒上部与剪切盒下部之间用于放置岩石试样；垂直定位螺栓通过外侧垂直定位螺母及内侧垂直定位螺母安装在所述箱体的顶板上；所述箱体的相对的两个侧壁的内侧分别设有一对平行的竖向的T型槽，所述导轨的两端分别设有T型端头，一对所述导轨的T型端头分别安装在所述箱体的T型槽内；所述滑块与一对所述导轨滑动连接在一起，移动垫块与所述滑块连接在一起；水压缸二设置在所述箱体的侧壁上，水压缸二的缸柱用于顶在剪切盒上部的侧面；剪切垫块放置在所述顶块上，与剪切盒下部贴紧放置；所述箱体的侧壁设有两条平行的竖向的通槽，一对水平定位螺栓通过内侧水平定位螺母和外侧水平定位螺母安装在所述通槽中。

2.根据权利要求1所述的落锤冲击岩石剪切蠕变试验机，其特征在于，所述蓄能器设置在稳压箱内，所述蓄能器通过注水管一与水压缸一相连，注水管一上设有减压阀一；所述蓄能器通过注水管二与水压缸二相连，注水管二上设有减压阀二；所述蓄能器设有注水管三，注水管三上设有注水阀，水泵通过注水管三向所述蓄能器注水；减压阀一通过连接管一与背压阀一相连，背压阀一设有排水管一；减压阀二通过连接管二与背压阀二相连，背压阀二设有排水管二；所述稳压箱上设有水槽一，排水管一及排水管二的出口端设置在水槽一内。

3.根据权利要求2所述的落锤冲击岩石剪切蠕变试验机，其特征在于，所述箱体旁设有水槽二，水压缸一设有排水管三，水压缸二设有排水管四，排水管三及排水管四的出口端设置在水槽二内。

4.根据权利要求3所述的落锤冲击岩石剪切蠕变试验机，其特征在于，所述落锤冲击机构包括支架、摇轮、定滑轮、钢丝绳、电磁铁、电磁铁导板、落锤、落锤导板和冲击锤头，所述支架包括两根平行的导杆，所述导杆垂直设置在所述箱体的顶部，所述摇轮安装在所述箱体的侧壁上，所述定滑轮安装在所述支架的顶端；冲击锤头设置在垂直定位螺栓上端，落锤导板套装在两根所述导杆上，所述落锤安装在落锤导板上，所述落锤与冲击锤头位置对应；电磁铁导板套装在两根所述导杆上，所述电磁铁安装在电磁铁导板上；所述钢丝绳的一端与所述摇轮连接，所述钢丝绳的另一端与电磁铁导板连接在一起，所述钢丝绳绕过所述摇轮和所述定滑轮。

5.根据权利要求4所述的落锤冲击岩石剪切蠕变试验机，其特征在于，还包括信息采集控制系统，所述信息采集控制系统包括电脑、应变仪、压力传感器一、压力传感器二、导线和电磁铁开关，压力传感器一安装在水压缸一的缸柱上，压力传感器二安装在水压缸二的缸柱上，压力传感器一及压力传感器二通过所述导线与所述应变仪相连，所述应变仪和电磁铁开关通过所述导线与所述电脑相连；所述电磁铁开关通过所述导线与所述电磁铁相连。

6.一种落锤冲击岩石剪切蠕变试验方法，其特征在于，利用如权利要求5所述的落锤冲击岩石剪切蠕变试验机，包括如下步骤：

1）在减压阀一、减压阀二关闭的前提下，将水泵与注水管三连接，打开注水阀，高压水通过注水管三进入蓄能器，直到蓄能器上的压力表的示数达到15MPa，关闭注水阀，将水泵与注水管三断开连接，移除水泵，蓄能工作完成；

2）将岩石试样放入剪切盒中，将剪切盒放到顶块的中心位置；首先垂直方向上调整水压缸一的缸柱的高度，使水压缸二的缸柱中心与剪切盒上部在同一高度；随后水平方向上使滑块沿导轨移动，使移动垫块位于剪切盒中央上方；其后导轨的T型端头沿箱体的T型槽移动，使移动垫块与剪切盒上部贴合；之后通过调节外侧垂直定位螺母及内侧垂直定位螺母，使得垂直定位螺栓顶紧滑块，使移动垫块与剪切盒上部紧密接触；

3）将剪切垫块放置在顶块上，与剪切盒下部贴紧放置；松开内侧水平定位螺母和外侧水平定位螺母，使水平定位螺栓、内侧水平定位螺母和外侧水平定位螺母沿所述通槽移动，直至水平定位螺栓与剪切垫块在同一水平面上，使水平定位螺栓顶紧剪切垫块，直至剪切垫块与剪切盒下部紧密接触，随后拧紧内侧水平定位螺母和外侧水平定位螺母，试样放置完成；

4）开启减压阀一，蓄能器内的高压水通过注水管一进入到水压缸一内，水压缸一的缸柱上升，通过压力传感器一向岩石试样施加作用力，压力传感器一将信息传递给应变仪，应变仪的数据在电脑上实时显示，当显示压力小于目标压力时，开大减压阀一，直至到达目标压力；当显示压力大于目标压力时，开启与减压阀一连接的背压阀一，将减压阀一的高压水放出一部分，进而使水压缸一内的压力减小，观察显示压力，调整背压阀一，直至压力降到目标压力值；

5）开启减压阀二，蓄能器内的高压水通过注水管二进入到水压缸二内，水压缸二的缸柱上升，通过压力传感器二向岩石试样施加作用力，压力传感器二将信息传递给应变仪，应变仪的数据在电脑上实时显示，当显示压力小于目标压力时，开大减压阀二，直至到达目标压力；当显示压力大于目标压力时，开启与减压阀二连接的背压阀二，将减压阀二的高压水放出一部分，进而使水压缸二内的压力减小，观察显示压力，调整背压阀二，直至压力降到目标压力值；压力施加完成；

6）松开外侧垂直定位螺母；通过调节摇轮，控制钢丝绳，使电磁铁导板下降，使电磁铁与落锤接触；在信息采集控制系统内开启电磁铁开关，电磁铁将落锤吸起，转动摇轮，钢丝绳收缩，将电磁铁和落锤提升到一定高度，利用卷尺测试提升高度，之后在信息采集控制系统内关闭电磁铁开关，电磁铁失去磁性，落锤下落击打冲击锤头，进而作用于岩石试样施加载荷。