專利名稱：攜帶式巖石力學多功能試驗儀的制作方法
技術領域：
本發(fā)明與巖石力學測試裝置有關。
背景技術：
已有的巖石力學測試裝置如單軸巖石壓力機、巖石剪切儀、土剪切儀，巖石點荷載儀，攜帶式剪切儀等分別進行以下試驗項目1、巖石變形試驗；2、巖石抗壓強度試驗；3、巖右抗拉強度試驗；4、巖石點荷載強度試驗；5、完整巖石直剪試驗(適于國內鉆機的中～小直徑巖心和橫斷面50mm×50mm柱體)；6、巖石結構面與不規(guī)則試樣直剪試驗(攜剪試驗法，適于不易加工成型的不規(guī)則樣)；7、土的直剪試驗。
上述力學測試裝置大部分較重，體積也較大，大部分不便折卸搬運，如要實現(xiàn)上述七種功能，所需全部設備投資較大，占地較多。
發(fā)明的內容本發(fā)明的目的是提供一種結構簡單，成本低廉，便于攜帶、易拆卸與安裝、使用，功能多樣的攜帶式巖石力學多功能試驗儀。
本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的本發(fā)明的攜帶式巖石力學多功能試驗儀，其下面板1通過立柱26與上面板13連接，上面板13固連有垂直千斤頂11，前、后面板17、3與拉桿25連接，后面板或前面板上固連有水平千斤頂5，剪切盒的上面與垂直千斤頂活塞端板28相對，側面與水平千斤頂活塞端板29相對，其底面與底板或下面板連接，其特征在于剪切盒由上剪切盒8和下剪切盒21沿水平剪切縫19疊合組成，兩者的內腔構成一個圓柱形或立方體形內腔40，上、下剪切盒疊合面上有滑動裝置。
水平千斤頂活塞端板29水平中心線與剪切縫19平齊，底板或下面板上有定位件22與下剪切盒配合，上、下剪切盒相對兩側各有推板7，18，推板7，18分別與傳壓塊32，33連接，傳壓塊32與水平千斤頂活塞端面相對，傳壓塊33與前面板17相對，剪切盒內腔40底部有除渣板20，剪切盒頂與垂直千斤頂之間有滾珠軸承9，滾珠軸承9由上板46，下板47，中板42構成，中板42有孔43，孔內有滾珠44其頂端支承上板，下端支承于下板，下板有短凸條48與上板和中板上的長槽45配合。
剪切盒的內腔分別與上、下剪切環(huán)31、29配合，有傳力鐵塊34與上、下剪切環(huán)的內腔配合，所說的滑動裝置為上、下剪切盒疊合面上的凹槽41，凹槽41與滾珠24或相對面上的凸條配合。
上、下剪切環(huán)為多對，其內腔為配對的不同孔徑的圓孔或方孔，上剪切盒8的內腔下端有凸起體23與上剪環(huán)31外壁下端的凹槽33配合。
剪切盒的上端與底座35可拆卸連接，底座35和垂直千斤頂活塞端板28上分別可拆卸連接有相對的兩錐頭36。
剪切盒內腔40內有傳力鐵塊34，巖樣37位于內腔40內的傳力鐵塊34與垂直千斤頂活塞端板28之間。
巖樣37的上面與千斤頂活塞端板28之間和巖樣37與傳力鐵塊34之間有墊條38。
上、下剪切環(huán)內有硬土試塊或完整巖土試塊，試塊下部有傳力鐵塊34，試塊的中心剛好在剪切縫19的位置，試塊頂部與活塞端板28之間有傳力鐵塊34、滾珠軸承9。
剪切盒的內腔40與混凝土塊39配合，混凝土塊39內包含巖石不規(guī)則樣品，但樣品的擬剪切面周圍一圈外露并與剪切縫19平齊，混凝土塊39上依次設置傳力鐵塊34、滾珠軸承9。
立柱26和拉桿25的長度為620-680mm，面板和底板的寬度為350-390mm，立柱和拉桿與面板可拆卸連接，面板與底板，推板與傳壓塊可拆卸連接。
本發(fā)明不僅能解決5個不同類別試驗儀方能完成的試驗項目，達到一機多用的目的，而造價僅為這類試驗儀總造價的1/2～1/3。
本發(fā)明設計合理，結構緊湊，加工精細，可全部拆卸裝箱，相對而言其體積小，重量輕，重量出力比小。故便于搬運，現(xiàn)場易于安裝和使用簡便，試驗快捷，維修方便。
本發(fā)明能測試所有巖石的大部分力學性指標，可滿足一般工程地質勘察與巖土工程的試驗要求，故能廣泛適用于野外工程地質勘察隊，測試隊和大專院校、科研單位的現(xiàn)場試驗場所。


圖1為本發(fā)明的結構圖。
圖2為圖1的左視(半剖)圖。
圖3為圖1的俯視圖。
圖4為本發(fā)明的巖石變形和抗壓試驗結構圖。
圖5為本發(fā)明的巖土抗拉強度試驗(劈裂法)結構圖。
圖6為本發(fā)明的巖石點荷載強度試驗結構圖。
圖7為本發(fā)明的完整樣(巖石與土)直剪試驗結構圖。
圖8為本發(fā)明的巖石結構面與不規(guī)則樣直剪試驗結構圖。
圖9為上、下剪切環(huán)結構圖之一。
圖10為圖9的俯視圖。
圖11為上、下剪切環(huán)結構圖之二。
圖12為圖11的俯視圖。
圖13為上、下剪切環(huán)結構圖之三。
圖14為圖13的俯視圖。
圖15為滾珠軸承結構圖。
具體實施例方式本發(fā)明由如下系統(tǒng)構成(一)垂向加載系統(tǒng)由4根φ50mm立柱26，上面板13、下面板1(各厚40mm)，垂直千斤頂11，(50噸，高180mm，活塞行程60mm)及厚度不等的傳壓鐵塊34組成，總高度620mm或640mm或680mm。
(二)水平加載系統(tǒng)由兩根φ50mm拉桿25，前面板、后面板3(各厚37)，底板2，水平千斤頂5(30噸，長170mm，活塞行程60mm)及傳壓圓塊組成，總長度620mm或640mm或680mm。
(三)剪切系統(tǒng)分別為以下兩套設備1、完整巖石與土剪切盒及各種尺寸剪切環(huán)，本套設備的特點是下剪切盒固定，上剪切盒產(chǎn)生錯動。
1)上剪切盒8、下剪切盒21各高89.5mm，盒內孔直徑90mm，盒間有鑲嵌在盒兩側槽內的圓柱形滾珠24各一排，滾珠既能保證上、下剪切盒錯動方向為線性，又能控制剪切縫19寬為1mm，而水平千斤頂中心著力點水平線設計與剪切縫19齊平。在底板上設計有“II”型定位件22，下剪切盒剛好固定于內，這樣便可保證上剪切盒的錯動方向與儀器剪切方向一致。剪切盒兩端有推板7、18與盒體焊接或用螺釘連接，剪切最大位移20mm。剪切盒頂與垂直千斤頂之間配有滾珠軸承9(厚50mm)。
2)剪切環(huán)設計為下剪切環(huán)29、上剪切環(huán)31，置于剪切盒內孔中，其中上剪切環(huán)凹槽33與上剪切盒的凸起體23配合，可使上剪切環(huán)在剪切過程中不與下剪切環(huán)產(chǎn)生摩擦，僅試樣進行剪切，剪切環(huán)尺寸依照國內回旋鉆機的中～小巖心尺寸而設計，環(huán)內直徑分別為φ86mm，φ70mm，φ56mm，φ50mm，它們的環(huán)外直徑均90mm，為方便非巖心的塊石加工，又設計有外圓(φ90mm)內方(50mm×50mm)的剪切環(huán)，適于50mm×50mm方柱體試樣。
2、巖石結構面與不規(guī)則試樣切盒及制樣模具，本套設備特點是下剪切盒固定，上剪切盒產(chǎn)生錯動。
1)，上剪切盒8高66mm，下剪切盒21高86mm，盒內部尺寸為130mm×120mm，盒間有鑲嵌在盒兩側槽內的滾珠24各一排，滾珠既能保證上、下盒錯動方向為線性，又控制剪切縫高度為8mm，而水平千斤頂中心著力點水平線設計與1/2剪切縫19高度齊平。在底板利用同一“∏”型定位件22，達到剪切方向一致性。剪切盒前后兩端設有推板7、8，剪切最大位移20mm。剪切盒頂與垂直千斤頂之間配有滾珠軸承9。
2)制樣模具功能在于將不規(guī)則試樣用混凝土澆鑄成規(guī)則試件(130mm×120mm)，置于剪切盒內剪切。
(一)點荷載強度測試系統(tǒng)由兩個錐度為60°的錐頭36(錐頭點處鑲嵌φ10mm鋼珠)與下錐頭底座35組成。若做點荷載試驗時，將下錐頭底座固定在下剪切盒上，再將兩個錐頭分別旋入下錐頭底座和垂直千斤頂活塞端板中心螺紋孔中。
五、試驗操作1、巖樣抗壓強度試驗(見圖4)在剪切盒孔內疊置傳力鐵塊34，將巖樣37放于傳力鐵塊與垂直千斤頂活塞端板之間。操縱垂直千斤頂油泵換向輪，轉向加載端，在大小量程壓力表選擇切換操作中，切換到大量程壓力表，搖動油泵手柄，使垂直千斤頂活塞徐徐下降，接觸巖樣。再緩慢施加垂向荷載直至巖樣破壞。依據(jù)測試數(shù)據(jù)與有關公式便可獲得巖樣的抗壓強度。
2、巖樣變形試驗(見圖4)操作同試驗1。不同在于垂向荷載必須等量分級施加，同時通過應變儀測取每級荷載作用下的應變片讀數(shù)，通過測試數(shù)據(jù)與有關公式便可獲得巖樣的變形性指標(彈模與泊松比)。
3、巖樣抗拉強度試驗(見圖5)采用劈裂試驗法，故操作同試驗1。不同在于巖樣37上下各墊上一塊寬度為巖樣直徑1/10的墊條38。試樣破裂成兩半后，通過測試數(shù)據(jù)與有關公式便可獲得巖樣的抗拉強度。
4、巖樣的點荷荷強度試驗(見圖6)取掉上剪切盒，將點荷載上、下錐頭36安裝好，巖樣放于兩錐頭36之間，根據(jù)巖樣強度切換壓力表量程。緩慢施加垂向荷載，直至巖樣破裂成兩半，通過測試數(shù)據(jù)與有關公式，計算出巖樣的點荷載強度，且進一步換算出巖樣的抗壓強度與抗拉強度。
5、完整巖石直剪試驗(見圖7)依據(jù)巖樣尺寸，先在剪切盒內放置相應尺寸的剪切環(huán)，再將巖樣放入剪切環(huán)中，通過調整樣底的傳力鐵塊34高度，使巖樣中心剛好在剪切縫位置，依次在巖樣頂部放上傳力鐵塊34，滾珠軸承9。啟動垂向荷載，(壓力表大小量程視試驗要求切換)，施加預定正應力。安裝磁性表架與水平位移百分表或位移計。等量分級施加水平荷載，直至巖樣破壞。依照測試數(shù)據(jù)與有關公式，便可獲得巖樣的抗剪指標。
6、土的直剪試驗(見圖7)操作同試驗5。垂向荷載與水平荷載切換到小量程壓力表。
7、巖石結構面與不規(guī)則試樣的抗剪試驗(見圖8)
先將巖石結構面與不規(guī)則試樣在制樣模具中澆鑄成規(guī)則試件(若結構面巖樣澆鑄前還需在其外捆扎細鐵絲)。制樣過程中，試樣擬剪切面位置應控制在剪切縫位置，且擬剪切面周圍一圈保證無混凝土。試件制成后放入剪切盒內，在試件頂上依次放上傳力鐵塊34，滾珠軸承9(若結構面巖樣此刻便需剪斷捆扎在其外的鐵絲)。啟動垂向荷載，(壓力表大小量程視試驗要求切換)，施加預定正應力，安裝磁性表架與水平位移百分表或位移計。等量分級施加水平荷載，直至巖樣破壞。依照測試數(shù)據(jù)與有關公式，便可獲得試樣的抗剪指標。
主要技術指標1、外形尺寸高640mm(不足2市尺)，長640mm，寬370mm；2、重量300Kg(包括兩個油泵和各種配件)；3、垂直油缸最大出力490KN(50噸)，最大行程60mm；水平油缸最大出力294KN(30噸)，最大行程60mm；4、適合試樣尺寸1)巖石變形和抗壓強度試驗φ50～55mm，H100～110mm；2)巖石抗拉強度試驗φ50～55mm，H50～55mm；3)巖石點荷載強度試驗L、W、H均40～60mm，六個端面盡量平行；4)完整巖石直剪試驗φ50mm、56mm、70mm、86mm，H50～150mm；5)結構面與不規(guī)則試樣直剪試驗Lmax130mm，Wmax120mm；6)土直剪試驗φ86mm，H50～150mm。
權利要求
1.攜帶式巖石力學多功能試驗儀，其下面板(1)通過立柱(26)與上面板(13)連接，上面板(13)固連有垂直千斤頂(11)，前、后面板(17、3)與拉桿(25)連接，后面板或前面板上固連有水平千斤頂(5)，剪切盒的上面與垂直千斤頂活塞端板(28)相對，側面與水平千斤頂活塞端板(29)相對，其底面與底板或下面板連接，其特征在于剪切盒由上剪切盒(8)和下剪切盒(21)沿水平剪切縫(19)疊合組成，兩者的內腔構成一個圓柱形或立方體形內腔(40)，上、下剪切盒疊合面上有滑動裝置。
2.根據(jù)權利要求1所述的試驗儀，其特征在于水平千斤頂活塞端板(29)水平中心線與剪切縫(19)平齊，底板或下面板上有定位件(22)與下剪切盒配合，上、下剪切盒相對兩側各有推板(7，18)，推板(7，18)分別與傳壓塊(32，33)連接，傳壓塊(32)與水平千斤頂活塞端面相對，傳壓塊(33)與前面板(17)相對，剪切盒內腔(40)底部有除渣板(20)，剪切盒頂與垂直千斤頂之間有滾珠軸承(9)，滾珠軸承(9)由上板(46)，下板(47)，中板(42)構成，中板(42)有孔(43)，孔內有滾珠(44)其頂端支承上板，下端支承于下板，下板有短凸條(48)與上板和中板上的長槽(45)配合。
3.根據(jù)權利要求1所述的試驗儀，其特征在于剪切盒的內腔分別與上、下剪切環(huán)(31、29)配合，有傳力鐵塊(34)與上、下剪切環(huán)的內腔配合，所說的滑動裝置為上、下剪切盒疊合面上的凹槽(41)，凹槽(41)與滾珠(24)或相對面上的凸條配合。
4.根據(jù)權利要求3所述的試驗儀，其特征在于上、下剪切環(huán)為多對，其內腔為配對的不同孔徑的圓孔或方孔，上剪切盒(8)的內腔下端有凸起體(23)與上剪環(huán)(31)外壁下端的凹槽(33)配合。
5.根據(jù)權利要求1所述的試驗儀，其特征在于剪切盒的上端與底座(35)可拆卸連接，底座(35)和垂直千斤頂活塞端板(28)上分別可拆卸連接有相對的兩錐頭(36)。
6.根據(jù)權利要求1所述的試驗儀，其特征在于剪切盒內腔(40)內有傳力鐵塊(34)，巖樣(37)位于內腔(40)內的傳力鐵塊(34)與垂直千斤頂活塞端板(28)之間。
7.根據(jù)權利要求6所述的試驗儀，其特征在于巖樣(37)的上面與千斤頂活塞端板(28)之間和巖樣(37)與傳力鐵塊(34)之間有墊條(38)。
8.根據(jù)權利要求3或4所述的試驗儀，其特征在于上、下剪切環(huán)內有土試塊或完整巖土試塊，試塊下部有傳力鐵塊(34)，試塊的中心剛好在剪切縫(19)的位置，試塊頂部與活塞端板(28)之間有傳力鐵塊(34)、滾珠軸承(9)。
9.根據(jù)權利要求1所述的試驗儀，其特征在于剪切盒的內腔(40)與混凝土塊(39)配合，混凝土塊(39)內包含巖石不規(guī)則樣品，但樣品的擬剪切面周圍一圈外露并與剪切縫(19)平齊，混凝土塊(39)上依次設置傳力鐵塊(34)、滾珠軸承(9)。
10.根據(jù)權利要求1所述的試驗儀，其特征在于立柱(26)和拉桿(25)的長度為620-680mm，面板和底板的寬度為350-390mm，立柱和拉桿與面板可拆卸連接，面板與底板，推板與傳壓塊可拆卸連接。
全文摘要
本發(fā)明為攜帶式巖石力學多功能試驗儀，其下面板(1)通過立柱(26)與上面板(13)連接，上面板(13)固連有垂直千斤頂(11)，前、后面板(17、3)與拉桿(25)連接，后面板或前面板上固連有水平千斤頂(5)，剪切盒的上面與垂直千斤頂活塞端板(28)相對，側面與水平千斤頂活塞端板(29)相對，其底面與底板或下面板連接，有定位件(22)，其特征在于剪切盒由上剪切盒(8)和下剪切盒(21)沿水平剪切縫(19)疊合組成，兩者的內腔構成一個圓柱形或立方體形內腔(40)，上、下剪切盒疊合面上有滑動裝置。
文檔編號G01N3/08GK1619285SQ20041004093
公開日2005年5月25日 申請日期2004年10月29日 優(yōu)先權日2004年10月29日
發(fā)明者蘇道剛, 黃潤秋, 許強, 付小敏, 鄭海君 申請人:成都理工大學