[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

说明书

本发明提出了一种测试岩石自然断面摩擦系数装置及测试方法。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，摩擦滑动测量装置，包括：立梁，安装在摩擦滑动测量装置的底座上，通过螺栓与底座相连。在立梁中设置至少两个沟槽，能够使摩擦副在沟槽中往复运动。通过采用激光共聚焦扫描显微镜测试自然岩石试件的粗糙度，精确测定了岩石滑动过程中粗糙度变化对摩擦系数的影响，能够兼顾采用JRC‑JCS模型研究时存在的精确不足的问题及采用抛光面作为摩擦滑动面研究时的测定不够全面的问题，实现了测定岩石自然断面往复磨损过程中摩擦系数的变化过程。

技术领域

本发明涉及一种室内测试装置及测试方法应用于矿山开采领域，更具体而言，涉及一种测试岩石自然断面摩擦系数装置及测试方法。

背景技术

在矿山开采过程中会形成边坡，坡体中一般含有大量节理、断层等不连续的弱面，由于开采、掘进等因素的影响，打破了原来的平衡状态，坡体沿着节理、断层等弱面发生滑动，滑动面的粗糙度对坡体滑动稳定影响很大。摩擦系数是反应岩石滑动过程阻尼力综合特性的一个参数，受表面形貌、接触面积、正压力等因素的影响，而粗糙度是表征表面形貌的一个重要参数，研究岩石滑动过程中粗糙度变化对摩擦系数的影响，对边坡滑动机制的研究具有重要意义。目前关于通过测定岩石表面粗糙度变化来对摩擦系数影响的研究较少，以往对于岩石摩擦滑动过程的影响研究，通常采用两种方法，第一种方法，采用JRC-JCS模型研究节理粗糙度系数与结构面表面抗压强度的关系，其中JRC为结构面粗糙度系数(Joint Roughness Coefficient)，其值0～20；JCS为结构面表面抗压强度(JointCompression Strength)；但是JRC的取值受主观的影响，不够精确；第二种方法采用抛光面作为摩擦滑动面，但是剖光后岩石粗糙度与实际情况差别较大，且只测定了剖光面粗糙度对静摩擦系数的影响，不能反应坡体滑动全过程。如何精确测定自然断裂岩石粗糙度，以及如何测定摩擦系数的变化过程，是本发明的一个解决的问题。

因此，为解决如何精确测定自然断裂岩石粗糙度，以及如何测定摩擦系数的变化过程，本发明专利中提出了一种测试岩石自然断面摩擦系数装置及测试方法，能够兼顾上述两种方法中的测定精确不足及测定不够全面，精确真实的测试坡体滑动全过程，确保测量数据准确性和可靠性。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种测试岩石自然断面摩擦系数装置，通过采用激光共聚焦扫描显微镜测试自然岩石试件的粗糙度变化，精确测定了岩石滑动过程中粗糙度变化对摩擦系数的影响，为摩擦系数的研究提供可靠精确的数字依据，同时，通过在立梁中设置沟槽，能够使摩擦副在沟槽中往复运动，克服了以往摩擦副只能单向滑动，一旦在往复运动时便出现卡死停止工作的情况，实现了测定岩石自然断面往复磨损过程中摩擦系数的变化过程。

本发明要解决的另一个技术问题是提供一种采用上述测试装置进行测试的方法。

为此，本发明的一个目的在于，提供一种测试岩石自然断面摩擦系数装置，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，安装在所述摩擦滑动测量装置的底座上，通过螺栓与底座相连。沟槽，在所述立梁中设置至少两个沟槽，能够使摩擦副在沟槽中上下运动。

所述摩擦滑动测试装置还包括：导轨模组，安装在所述底座上，通过下端螺栓与底座相连。滑块，安装在所述导轨模组上，与导轨模组连接。托盘和试件卡具，安装在所述滑块上，通过螺栓与滑块连接。水平压力传感器，安装在所述试件卡具上。垂直压力传感器，安装在摩擦副卡具上。所述摩擦副卡具，通过侧支架与所述立梁连接。横梁通过螺栓与所述立梁连接。限位开关，安装固定在所述导轨模组上，控制器与所述限位开关连接。所述滑块在限位开关之间做往复运动。

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。