[发明专利]便携式岩体结构面直剪试验仪

摘要

一种便携式岩体结构面直剪试验仪，有效解决仪器笨重、试验耗时长，费用大、工期长、操作困难等不足，同时本发明采用杠杆原理避免了采用液压装置并且本发明的仪器主要试验对象为岩石。不但可以实现对岩体结构面直剪试验，且简单易行、操作方便、试验周期短、费用低。包括如下部分平台、加载速率保护装置、剪切速率加载、传感器固定架、法向位移传感器、线路、法向位移传感器线路、剪切应变传感器、荷载传感器线路、加压横梁、传力板、剪切盒、剪切盒上盘、剪切盒下盘、岩样、岩样上盘、岩样下盘、结构面、滚轮、荷载传感器、后顶头座、杠杆调动轴、平衡锤、杠杆部件、砝码、挂钩、支架、剪切位移传感器、传力架、采集系统、采集装置、插销孔。

主权项

一种便携式岩体结构面直剪试验仪，其特征在于，包括平台(1)、加载速率保护装置(2)、剪切速率加载(3)、传感器固定架(4)、法向位移传感器(5)、线路(6)、法向位移传感器线路(61)、剪切应变传感器(62)、荷载传感器线路(63)、加压横梁(7)、传力板(8)、剪切盒(9)、剪切盒上盘(91)、剪切盒下盘(92)、岩样(10)、岩样上盘(101)、岩样下盘(102)、结构面(11)、滚轮(12)、荷载传感器(13)、后顶头座(14)、杠杆调动轴(15)、平衡锤(16)、杠杆部件(17)、砝码(18)、挂钩(19)、支架(20)、剪切位移传感器(21)、传力架(22)、采集系统(23)、采集装置(24)、插销孔(25)；所述的平台(1)下部与支架(20)相连，直剪试验在平台(1)上进行；所述的加载速率保护装置(2)位于剪切速率加载装置(3)中，包括左加载速率保护装置(201)和右加载速率保护装置(202)；设置加载速率保护装置(2)，保证在剪切过程在一定的范围内，计算机软件设置快速退回和快速前进的功能，保证在试验时调整位置；右加载速率保护装置(202)位于剪切速率加载装置的右半部分，当剪切位移加载到极限位移的90％时，右加载速率保护装置(202)会与剪切速率加载装置(3)中的板接触，系统会自动发出报警；左加载速率保护装置(201)位于剪切速率加载装置(3)的左半部分，当做完剪切试验后，应把剪切速率加载装置(3)向后退，当左加载速率保护装置(201)与剪切速率加载装置(3)中的板接触时，系统会自动发出报警；所述的剪切速率加载装置(3)为剪切试验水平方向的速率加载，其值可通过计算机来设置；试验时，通过采集装置(24)将剪切速率加载装置(3)的前部与剪切盒(9)接触；所述的传感器固定架(4)形状为L形，下部与平台(1)连接，另一端通过螺栓与法向位移传感器(5)相连，传感器固定架(4)主要用来固定法向位移传感器(5)；所述的法向位移传感器(5)用来测量岩样法向应变的变化，主要通过传感器固定架(4)固定，其一端与法向位移传感器线路(61)连接，另一端与加压横梁(7)连接；所述的线路(6)包括法向位移传感器线路(61)、剪切应变传感器线路(62)和荷载传感器线路(63)；法向位移传感器线路(61)一端与法向位移传感器(5)连接，另一端与采集装置(24)连接；剪切应变传感器线路(62)一端与剪切应变传感器(21)连接，另一端与采集装置(24)连接；荷载传感器线路(63)一端与荷载传感器(13)连接，另一端与采集装置(24)连接；所述的加压横梁(7)两端与传力架(22)连接，其表面直接与传力板(8)接触，将力传递给传力板(8)，对岩样(10)进行法向应力加载；所述的传力板(8)上部与加压横梁(7)接触，接受加压横梁(7)传来的力，下部与岩样(10)接触，将力传递给岩样(10)；所述的剪切盒(9)分为剪切盒上盘(91)与剪切盒下盘(92)；剪切盒上盘(91)右侧与荷载传感器(13)连接，其位置受到约束保持不变；剪切盒下盘(92)左侧与剪切速率加载装置(3)连接，下部与滚轮(12)接触，在试验的过程中剪切盒下盘(92)在加载速率作用下移动；剪切试验开始前，剪切盒上盘(91)与剪切盒下盘(92)之间通过插销孔(25)中的插销连接；所述的岩样(10)包括岩样上盘(101)与岩样下盘(102)；岩样(10)上、下盘应与剪切盒上、下盘对应放置；所述的结构面(11)为岩样(10)上、下盘存在的软弱夹层；所述的滚轮(12)下部与平台(1)连接，上部与剪切盒(9)连接，剪切盒(9)可在滚轮(12)上自由滑动；所述的荷载传感器(13)左侧与剪切盒上盘(91)连接，用来监测试验时的剪应力，右侧与后顶头座(14)连接；所述的后顶头座(14)左侧与荷载传感器(13)连接，下部与平台(1)连接；所述的杠杆调动器(15)与杠杆部件(17)连接，用来调节杠杆，使杠杆保持在水平居中的位置；所述的平衡锤(16)位于杠杆部件(17)左侧，当杠杆部件(17)加砝码(18)时，平衡锤(16)有平衡的作用，防止杠杆部件(17)向一侧倾斜；所述的杠杆部件(17)位于杠杆调动轴下部，为了使法向压力有较大的调节范围，杠杆部件(17)采用的是杠杆原理，在杠杆部件(17)右侧加砝码(18)时，试验时的法向应力会随着杠杆比不同产生较大的变化；杠杆部件(17)左侧与平衡锤(16)连接，右侧与砝码(18)连接，前后两侧与传力架(22)连接；当加砝码(18)时，砝码(18)的力通过杠杆传递给传力架(22)，传力架(22)将力传递给加压横梁(7)，加压横梁(7)将力传递给传力板(8)，即试验时的法向应力；所述的砝码(18)挂在挂钩(19)上，通过挂钩(19)给岩样(10)施加法向应力；所述的挂钩(19)与杠杆部件(17)连接，其上放置一系列砝码(18)，通过砝码(18)的重量给岩样(10)施加法向应力；所述的支架(20)放置在地面上，上部托起平台(1)；所述的剪切应变传感器(21)左侧与剪切盒(9)接触，用来监测试验时的剪应变；右侧通过剪切应变传感器线路(62)与采集装置(24)连接；所述的传力架(22)下部两端与杠杆部件(17)连接，上部两端与加压横梁(7)连接，形成一个矩形的支架；所述的数据采集系统(23)包括法向位移传感器(5)、荷载传感器(13)、剪切应变传感器(21)、线路(6)、采集装置(24)以及检测计算机；数据采集系统具有可以根据剪切变形间隔或时间间隔采集试验数据、传感器标定功能、试验数据图表的实时显示、电机速率控制等功能，试验结束后可以将试验数据以Excel格式输出；所述的采集装置(24)可控制剪切速率加载装置(3)，而且可将传感器得出的数据转变为计算机可识别的数据，并将其输出；所述的插销孔(25)位于剪切盒上盘(91)与剪切盒下盘(92)的四周，在剪切试验开始前，可将插销孔(25)的内部插入插销来连接剪切盒上盘(91)和剪切下盘(92)，以便保持剪切盒上盘(91)与剪切盒下盘(92)在同一垂直面内，但在剪切试验开始时，必须将插销拔出。