[发明专利]用于快速测定结构面模型材料摩擦系数的试验装置及方法在审

专利信息
申请号: 201910819848.X 申请日: 2019-08-31
公开(公告)号: CN110470593A 公开(公告)日: 2019-11-19
发明(设计)人: 杨宝全;陈媛;董建华;陈建叶;张林;胡成秋;李朝国;罗敏;刘子安;张芮瑜 申请(专利权)人: 四川大学
主分类号: G01N19/02 分类号: G01N19/02
代理公司: 51250 成都时誉知识产权代理事务所(普通合伙) 代理人: 沈成金<国际申请>=<国际公布>=<进入
地址: 610000 四*** 国省代码: 四川;51
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摘要:
搜索关键词: 试块 试验 支撑板 材料摩擦系数 结构面模型 水平支撑板 角度传感器 监测系统 快速测定 试验装置 剪切 千分表 滑动 磁性表座 底座连接 动力系统 固定挡板 剪切滑移 接触设置 人为因素 活动铰 上端 上盘 抬升 底座 自动化 检测
【说明书】:

发明公开了用于快速测定结构面模型材料摩擦系数的试验装置及方法,装置包括底座、支撑板,支撑板通过活动铰与底座连接,支撑板一端上设有固定挡板;还包括角度传感器、试验试块剪切滑动监测系统以及动力系统,角度传感器固定在支撑板上,试验试块剪切滑动监测系统包括磁性表座、千分表,千分表与试验试块上盘接触设置。方法包括准备试验试块,将试验试块水平放在水平支撑板上;检测试验试块上端是否剪切滑移;测定水平支撑板旋转角度;控制水平支撑板匀速抬升;进行结构面模型材料摩擦系数测定。本发明所公开的测定结构面模型材料摩擦系数的试验装置具有自动化和快速测定的特点,解决现有技术中人为因素影响的问题,提高试验精度。

技术领域

本发明涉及结构面模型材料摩擦系数测定领域,更具体地说,涉及用于快速测定结构面模型材料摩擦系数的试验装置及方法。

背景技术

岩体中的软弱结构面是影响大坝、边坡、地下洞室等工程稳定的控制性因素,因此,在用地质力学模型试验方法研究上述工程的稳定性过程中,各类主要软弱结构面的抗剪断强度参数(包括摩擦系数f’和粘聚力c’)是模型模拟的重点。按照模型相似理论和相似关系,要求原、模型摩擦系数f’的比值Cf’和粘聚力的比值Cc’分别满足相似关系,一般要求Cf’=1,Cc’=Cσ=CE,即模型结构面的摩擦系数与原型相同,粘聚力c’的相似常数等于应力σ相似常数,也等于变形模量E的相似参数。但要同时满足上述要求是相当困难的,这是因为按照相似关系试验试块之间应具有极低的粘聚力,一般极难做到。因此,在地质力学模型试验中,往往通过概化,仅模拟软弱结构面的摩擦系数。因而测定软弱结构面模型材料摩擦系数的试验就显得极为重要。

目前,测定软弱结构面模型材料摩擦系数的试验方法一般采用“变角板剪切法”,变角板剪切法通过极限平衡分析法的原理,将试验试块(一般为4块小块体组合为20cm*20cm的方块)固定在夹板上,模拟结构面下盘岩体,根据试验需要在试验试块上敷设结构面软料或“变温相似材料”,然后再铺上所需测试的聚四氟乙烯、聚乙烯、蜡纸等各类薄膜材料,然后取相同的试验试块放置在薄膜材料上模拟结构面上盘岩体(上盘岩块不固定,可以自由滑动),此时,夹板水平夹角为0°。最后,通过人力逐步抬升夹板水平夹角,直至上下盘块体发生剪切滑动为止,测量此时的旋转角度从而获得f’值(即)。如果测得的f’值不满足相似要求,则需要重新铺设薄膜材料,重复上述试验过程,最终选定不同的结构面软料以及薄膜材料,来模拟各类软弱结构面。

现有方法的缺点是:(1)试验仪器简陋,精度较差;(2)夹板一般为木板,自身会产生一定的变形,影响试验结果;(3)夹板通过人力抬升,存在人为影响;(4)在测量抬升角度时,要求人力持住夹板不动,需要测试人员具有一定的经验;(5)通过肉眼观察来判断上下盘块体是否发生剪切滑动,人为影响较大。

发明内容

针对现有技术中存在的问题,本发明的目的在于提供用于快速测定结构面模型材料摩擦系数的试验装置及方法。实现自动化的、快速的测定结构面模型材料摩擦系数。

为解决上述问题,本发明采用如下的技术方案。

一种用于快速测定结构面模型材料摩擦系数的试验装置,包括底座以及用以放置试验试块的支撑板,所述支撑板通过活动铰与底座连接,支撑板一端上设有用以阻挡试验试块下盘移动的固定挡板;

还包括角度传感器、试验试块剪切滑动监测系统以及用以将支撑板匀速抬升的动力系统,所述角度传感器固定在支撑板上,所述试验试块剪切滑动监测系统包括磁性表座以及设置在所述磁性表座上的千分表,所述磁性表座安装在固定挡板上,所述千分表与试验试块上盘接触设置。

本发明采用的原理为刚体极限平衡法,与现有的“变角板剪切法”的试验原理一致,通过“变角板剪切法”试验测量软弱结构面的摩擦系数。

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