[发明专利]一种测试岩石自然断面摩擦系数装置及测试方法

权利要求书

1.一种测试岩石自然断面摩擦系数的装置，其特征在于，包括：摩擦滑动测量装置，粗糙度测量系统及数据采集系统，其中，所述摩擦滑动测量装置，包括：

立梁(2)，安装在所述摩擦滑动测量装置的底座(1)上，通过螺栓与底座(1)相连；在所述立梁(2)中设置至少两个沟槽(3)，能够使摩擦副在沟槽(3)中上下运动；

所述摩擦滑动测量装置，还包括：

导轨模组(4)，安装在所述底座(1)上，通过下端螺栓与底座(1)相连；

滑块(5)，安装在所述导轨模组(4)上，与导轨模组(4)连接；

托盘(6)和试件卡具(7)，安装在所述滑块(5)上，通过螺栓与滑块(5)连接；

水平压力传感器(8)，安装在所述试件卡具(7)上，测试试件置于试件卡具(7)中；

垂直压力传感器(9)，安装在摩擦副卡具(10)上；

所述摩擦副卡具(10)，通过侧支架(11)与所述立梁(2)连接，侧支架(11)可在沟槽(3)内上下运动；

横梁(12)，通过螺栓与所述立梁(2)连接；

限位开关(15)，安装固定在所述导轨模组(4)上，控制器(16)与所述限位开关(15)连接；所述滑块(5)在限位开关(15)之间做往复运动；

所述测试岩石自然断面摩擦系数的装置的测试步骤包括：首先，滑块(5)带动托盘(6)和试件卡具(7)及测试试件在限位开关(15)之间做沿水平方向的往复运动；其次，水平方向往复运动过程中，当出现摩擦副卡具(10)与测试试件卡死的情况时，侧支架(11)带动摩擦副卡具(10)在沟槽(3) 内向上运动，克服摩擦副卡具(10)与测试试件卡死的现象；最后，克服了摩擦副卡具(10)与测试试件卡死的现象之后，侧支架(11)带动摩擦副卡具(10)在沟槽(3) 内向下运动，继续进行摩擦副卡具(10)与测试试件的摩擦。

2.根据权利要求1所述的一种测试岩石自然断面摩擦系数的装置，其特征在于，所述粗糙度测量系统，包括：

激光共聚焦扫描显微镜；

所述激光共聚焦扫描显微镜测量试件粗糙度，将测量数据传输到所述粗糙度测量系统中的计算机终端输出，且将同一粗糙度量级的试件分组并进行编号。

3.根据权利要求1所述的一种测试岩石自然断面摩擦系数的装置，其特征在于，所述数据采集系统，包括：

动态应变仪(13)和计算机(14)，能够对试件的任意变形进行动态应变测量，压力传感器采集的数据由数据线传输到动态应变仪(13)，最终在所述计算机(14)输出。

4.采用权利要求3所述的一种测试岩石自然断面摩擦系数的装置进行测试的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：将编号的试件置于所述试件卡具(7)中，然后将花岗岩摩擦副置于所述摩擦副卡具(10)中，用沉头螺栓将所述侧支架(11)固定在摩擦副卡具(10)上，通过螺栓将侧支架(11)与立梁(2)连接；

步骤二：打开电源，所述滑块(5)带动托盘(6)和试件卡具(7)及试件在限位开关(15)之间做往复运动，正压力F_N由摩擦副卡具(10)上部的垂直压力传感器(9)测定，摩擦力f由试件卡具(7)两端的水平压力传感器(8)测定，压力传感器采集的数据由数据线传输到所述动态应变仪(13)，最终在计算机(14)输出，摩擦系数μ由公式计算得式中：F_N—正压力，f—摩擦力，μ—摩擦系数；

步骤三：当达到实验测定时间时，关闭电源工作，将试件拆下，由所述粗糙度测量系统测定试件的粗糙度Ra_i，Ra_i表示该试件第i次测量的粗糙度值，然后将试件置于试件卡具内，重复打开电源以后步骤，直至达到实验所需时间，最终得到粗糙度Ra和摩擦系数μ的关系：μ＝F(Ra)。