結(jié)構(gòu)面抗剪強度尺寸效應試驗的制造方法
【專利摘要】一種結(jié)構(gòu)面抗剪強度尺寸效應試驗機，包括垂直加載機構(gòu)、垂直移動機構(gòu)、上試樣水平支撐機構(gòu)、剪切加載機構(gòu)、下試樣移動機構(gòu)和框架；所述垂直加載機構(gòu)安裝在所述垂直移動機構(gòu)上，垂直移動機構(gòu)上下移動地安裝在框架上；用以安裝上部試樣的上剪切盒固定在垂直加載機構(gòu)下端，用以安裝下部試樣的下剪切盒固定在所述的下試樣移動機構(gòu)上，下試樣移動機構(gòu)安裝在框架的工作平臺上，所述上剪切盒兩端安裝在上試樣水平支撐機構(gòu)上，所述下剪切盒兩端安裝在剪切加載機構(gòu)上，所述上試樣水平支撐機構(gòu)、剪切加載機構(gòu)分別安裝在框架的兩側(cè)。本發(fā)明提供了一種有效滿足大跨度載荷和試樣尺寸的測試、可靠性良好的結(jié)構(gòu)面抗剪強度尺寸效應試驗機。
【專利說明】結(jié)構(gòu)面抗剪強度尺寸效應試驗機

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種結(jié)構(gòu)面抗剪強度尺寸效應試驗機。

【背景技術】
[0002] 目前國內(nèi)外巖體結(jié)構(gòu)面抗剪強度的確定方法主要有直剪試驗法、室內(nèi)模型試驗法 和經(jīng)驗估算方法等。通過直剪試驗，結(jié)合工程地質(zhì)勘測資料綜合求取結(jié)構(gòu)面抗剪強度的 方法為國內(nèi)巖體力學工作者所常用。從資料的檢索看，國內(nèi)外的直剪儀設備很多：如美國 Durham Geo公司生產(chǎn)的LG-140大型高性能接觸面直剪儀，英國ELE公司生產(chǎn)的大型直剪 儀，美國GCTS公司生產(chǎn)的伺服控制直剪測試系統(tǒng)，清華大學研制的TH-20t大型土與結(jié)構(gòu)接 觸面循環(huán)加載剪切儀，長江科學研究院土工研究所的室內(nèi)DHJ60型疊環(huán)式剪切試驗機，四 川大學水電學院研制的粗粒土直剪儀，南京土壤儀器有限公司的NHRI-4000型高性能大接 觸面直剪儀。這些直剪儀都沒考慮多尺度試樣問題，即無法滿足大跨度載荷和試樣尺寸的 測試。專利號為CN200910155107. 2的大型巖體結(jié)構(gòu)面直剪試驗儀的多尺度轉(zhuǎn)換系統(tǒng)無法 消除橫向載荷對法向液壓缸的影響，人為因素影響剪切摩擦力值較大，無法實現(xiàn)試樣定向 移動和往復剪切，整體設備操作自動化低等缺點。解決現(xiàn)有直剪試驗儀器只能測定單一試 樣的巖體結(jié)構(gòu)面抗剪強度的缺點，但是受到設備的制約，小型系列試樣在小型設備中進行 測試，中型系列試樣在中型設備中測試，大型系列試樣在大型設備中測試。導致的后果是各 設備的測試結(jié)果無法有效銜接。主要原因在于設備的制造精度不一，甚至加載方式不一，這 必然影響到結(jié)果的可靠性。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 為了克服已有直剪儀的無法滿足大跨度載荷和試樣尺寸的測試、可靠性較差的不 足，本發(fā)明提供了一種有效滿足大跨度載荷和試樣尺寸的測試、可靠性良好的結(jié)構(gòu)面抗剪 強度尺寸效應試驗機。
[0004] 本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案是：
[0005] -種結(jié)構(gòu)面抗剪強度尺寸效應試驗機，包括垂直加載機構(gòu)、垂直移動機構(gòu)、上試樣 水平支撐機構(gòu)、剪切加載機構(gòu)、下試樣移動機構(gòu)和框架；所述垂直加載機構(gòu)安裝在所述垂 直移動機構(gòu)上，垂直移動機構(gòu)上下移動地安裝在框架上；用以安裝上部試樣的上剪切盒固 定在垂直加載機構(gòu)下端，用以安裝下部試樣的下剪切盒固定在所述的下試樣移動機構(gòu)上， 下試樣移動機構(gòu)安裝在框架的工作平臺上，所述上剪切盒兩端安裝在上試樣水平支撐機構(gòu) 上，所述下剪切盒兩端安裝在剪切加載機構(gòu)上，所述上試樣水平支撐機構(gòu)、剪切加載機構(gòu)分 別安裝在框架的兩側(cè)。
[0006] 所述的垂直加載系統(tǒng)包括導向桿、導向軸承座、連接座、第一力傳感器、第一作動 器和承載板，所述第一作動器固定在垂直移動機構(gòu)的中間位置，第一作動器的活塞桿與第 一力傳感器通過連接座連接并且相互間在平面方向有較小的轉(zhuǎn)動自由度。第一力傳感器與 承載板固定，承載板兩端各安裝導向桿，導向桿可沿著固定在垂直移動機構(gòu)的導向軸承座 上下移動。
[0007] 所述的垂直移動機構(gòu)包括第一升降液壓缸、固定銷和移動架。第一升降液壓缸安 裝在框架上梁的兩端，移動架兩端的上部與第一升降液壓缸活塞桿固定。移動架兩端的側(cè) 邊設置導向槽并可沿著安裝在框架左立柱和框架右立柱的導軌上下移動。移動架兩端的側(cè) 邊設置銷孔，可與垂直方向的框架左立柱和框架右立柱的某個銷孔對中，并可安裝銷。
[0008] 所述的剪切加載機構(gòu)包括支撐塊、第二力傳感器、第一移動座、第二作動器、第二 升降液壓缸。支撐塊與第二力傳感器固定，第一移動座與第二作動器的缸體固定，第二升降 液壓缸與第一移動座固定并可帶動它上下移動，第一移動座兩側(cè)設置導向槽并與框架的右 立柱上導軌配合安裝并沿著它上下移動。第二力傳感器另一端與第二作動器的活塞桿固 定。
[0009] 所述的上試樣水平支撐機構(gòu)包括支撐缸、第二移動座、滾輪塊和第三升降液壓缸 組成，支撐缸的缸體與第二移動座固定，第三升降液壓缸的活塞桿與移動座固定。滾輪塊可 安裝滾柱或滾珠，它與支撐缸活塞桿固定。
[0010] 所述的下試樣移動機構(gòu)包括導軌、下試樣安裝臺和限位板組成。多根（2到10根） 導軌平行安裝在框架的工作臺上，下試樣安裝臺與導軌的移動塊連接并可使其沿著導軌移 動，安裝下試樣的下試樣剪切盒可通過下試樣安裝臺的刻線定位并用螺栓等形式固定。右 支撐板可與下試樣剪切盒右上端連接，剪切加載機構(gòu)的支撐塊通過右支撐板34將力傳遞 給下試樣剪切盒，不同尺寸的試樣可配置不同長度和寬度的下試樣剪切盒和右支撐板以減 少剪切加載機構(gòu)中作動器的行程。限位板固定在框架的工作臺上使得下試樣安裝臺的初始 位置位于垂向結(jié)構(gòu)的中心和方便復位后的定位。
[0011] 所述的下試樣安裝臺和承載板上設置了螺紋孔和刻線。根據(jù)尺度試樣的要求進行 刻線定位，并且每種試樣安放時設置了螺紋孔用于固定下試樣剪切盒或上試樣剪切盒。
[0012] 所述的剪切盒包括上試樣剪切盒、下試樣剪切盒、右支撐板和左支撐板。上試樣上 安放上試樣剪切盒，上試樣剪切盒左側(cè)安裝左支撐板，左支撐板與滾輪塊接觸并可相對滾 動運動。上試樣剪切盒可通過承載板的刻線定位并用螺栓等形式固定。
[0013] 所述的框架包括上梁、右立柱、左立柱和工作臺。左立柱、右立柱底部位于工作臺 的兩端，左立柱、右立柱頂部位于上梁的兩端。左立柱、右立柱在垂直方向設置導軌和一排 銷孔。右立柱、左立柱設置刻線，用于確定上試樣水平支撐機構(gòu)的支撐高度和剪切加載機構(gòu) 的剪切高度。
[0014] 本發(fā)明的技術構(gòu)思：常規(guī)的巖體結(jié)構(gòu)面直剪儀由于試驗的結(jié)構(gòu)面尺寸有限且無法 進行多尺度的結(jié)構(gòu)面直剪試驗，因此不能分析巖體結(jié)構(gòu)面抗剪強度尺寸效應的變化規(guī)律， 也就不能得到穩(wěn)定的抗剪強度力學參數(shù)，基于此提出了一種多尺度巖石直剪儀，它可測量 大范圍載荷和大范圍尺寸試樣。垂直加載機構(gòu)和剪切加載機構(gòu)滿足一定精度要求內(nèi)的載荷 加載，垂直加載機構(gòu)通過垂直移動機構(gòu)可上下垂直移動和自鎖減少作動器的工作行程，垂 直加載機構(gòu)中的導向桿可防止加載時上試樣在水平方向和垂直方向的轉(zhuǎn)動，抵消剪切力對 作動器壽命的影響。左支撐板和右支撐板的安裝可減少剪切加載機構(gòu)的作動器的工作行程 和加載頭的重量，從而提高其壽命和精度。水平支撐機構(gòu)和剪切加載機構(gòu)的高度可調(diào)，可使 得剪切力和支撐力在同一個高度上，從而防止剪切產(chǎn)生的彎矩對框架的影響，另外在下試 樣復位時剪切加載機構(gòu)可以作為支撐力抵住上試樣剪切盒，水平支撐機構(gòu)將下試樣剪切盒 返回到初始位置而實現(xiàn)在測試。下試樣移動機構(gòu)可實現(xiàn)下試樣的定向移動并且通過多根導 軌減少摩擦力。
[0015] 本發(fā)明具有的有益效果：1、有效滿足大跨度載荷和試樣尺寸的測試、可靠性良好； 2、本多尺度直剪儀的剪切機理更加符合試驗要求并在測試大小試樣時有效保護作動器和 傳感器的壽命和精度；3.本多尺度直剪儀具有適應性強，功能多樣、自動化程度高等特點， 適合試樣尺寸比較大的情況。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0016] 圖1為結(jié)構(gòu)面抗剪強度尺寸效應試驗機的主視圖。
[0017] 圖2為結(jié)構(gòu)面抗剪強度尺寸效應試驗機的左視圖。
[0018] 圖3為垂直加載機構(gòu)和垂直移動機構(gòu)主視圖。
[0019] 圖4為剪切加載機構(gòu)主視圖。
[0020] 圖5為上試樣水平支撐機構(gòu)主視圖。
[0021] 圖6為下試樣移動機構(gòu)俯視圖。
[0022] 圖7為下試樣安裝臺俯視圖和承載板的仰視圖。
[0023] 圖8為上試樣剪切盒仰視圖。
[0024] 圖9為框架主視圖。

【具體實施方式】
[0025] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步描述。
[0026] 參照圖1?圖9, 一種結(jié)構(gòu)面抗剪強度尺寸效應試驗機，包括垂直加載機構(gòu)1、垂直 移動機構(gòu)2、剪切盒3、上試樣水平支撐機構(gòu)5、剪切加載機構(gòu)6、下試樣移動機構(gòu)7和框架8 ; 所述垂直加載機構(gòu)1安裝在所述垂直移動機構(gòu)2上，垂直移動機構(gòu)2可以沿著框架8上下 移動并固定位置。上部試樣和下部試樣分別安裝在上剪切盒8和下剪切盒8中，上剪切盒 8可固定在垂直加載機構(gòu)1下端并使其位于居中位置。下剪切盒8可固定在所述的下試樣 移動機構(gòu)7上，并使得上下剪切盒中心線一致。下試樣移動機構(gòu)7安裝在框架8的工作平 臺上。上下剪切盒兩端分別安裝所述的剪切加載機構(gòu)6和上試樣水平支撐機構(gòu)5。剪切加 載機構(gòu)6和上試樣水平支撐機構(gòu)5根據(jù)試樣尺寸可以調(diào)節(jié)高度。本發(fā)明提供了一種有效滿 足大跨度載荷和試樣尺寸的測試、可靠性良好的多尺度巖石直剪儀。
[0027] 所述的垂直加載系統(tǒng)1包括導向桿13、導向軸承座14、連接座15、第一力傳感器 16、第一作動器17和承載板18,所述第一作動器17固定在垂直移動機構(gòu)2的中間位置，第 一作動器17的活塞桿與第一力傳感器16通過連接座15連接并且相互間在平面方向有較 小的轉(zhuǎn)動自由度。第一力傳感器16與承載板18固定，承載板18兩端各安裝導向桿13,導 向桿13可沿著固定在垂直移動機構(gòu)2的導向軸承座14上下移動。
[0028] 所述的垂直移動機構(gòu)2包括第一升降液壓缸10、固定銷11和移動架12。第一升 降液壓缸10安裝在框架上梁40的兩端，移動架12兩端的上部與第一升降液壓缸10活塞 桿固定。移動架12兩端的側(cè)邊設置導向槽并可沿著安裝在框架左立柱41和框架右立柱42 的導軌上下移動。移動架12兩端的側(cè)邊設置銷孔，可與垂直方向的框架左立柱41和框架 右立柱42的某個銷孔對中，并可安裝銷11。
[0029] 所述的剪切加載機構(gòu)6包括支撐塊20、第二力傳感器21、第一移動座22、第二作動 器23、第二升降液壓缸24。支撐塊20與第二力傳感器21固定，第一移動座22與第二作動 器23缸體固定，第二升降液壓缸24與第一移動座22固定并可帶動它上下移動，第一移動 座22兩側(cè)設置導向槽并與框架8的右立柱41上導軌配合安裝并沿著它上下移動。第二力 傳感器21另一端與第二作動器23的活塞桿固定。
[0030] 所述的上試樣水平支撐機構(gòu)5包括支撐缸25、第二移動座26、滾輪塊27和第三升 降液壓缸28組成，支撐缸25的缸體與第二移動座26固定，第三升降液壓缸28的活塞桿與 移動座26固定。滾輪塊27可安裝滾柱或滾珠，它與支撐缸25活塞桿固定。
[0031] 所述的下試樣移動機構(gòu)7包括導軌30、下試樣安裝臺31和限位板35組成。多根 (2到10根)導軌30平行安裝在框架8的工作臺43上，下試樣安裝臺31與導軌30的移動 塊連接并可使其沿著導軌移動，安裝下試樣33的下試樣剪切盒32可通過下試樣安裝臺31 的刻線定位并用螺栓等形式固定。右支撐板34可與下試樣剪切盒34右上端連接，剪切加 載機構(gòu)6的支撐塊20通過右支撐板34將力傳遞給下試樣剪切盒32,不同尺寸的試樣可配 置不同長度和寬度的下試樣剪切盒32和右支撐板34以減少剪切加載機構(gòu)6中作動器23 的行程。限位板35固定在框架8的工作臺43上使得下試樣安裝臺31的初始位置位于垂 向結(jié)構(gòu)的中心和方便復位后的定位。
[0032] 所述的下試樣安裝臺31和承載板18上設置了螺紋孔36和刻線37。根據(jù)尺度試 樣的要求進行刻線定位，并且每種試樣安放時設置了螺紋孔用于固定下試樣剪切盒32或 上試樣剪切盒51。
[0033] 所述的剪切盒3包括上試樣剪切盒51、下試樣剪切盒32、右支撐板34和左支撐板 50。上試樣52上安放上試樣剪切盒51，上試樣剪切盒51左側(cè)安裝左支撐板50,左支撐板 50與滾輪塊27接觸并可相對滾動運動。上試樣剪切盒51可通過承載板18的刻線定位并 用螺栓等形式固定。
[0034] 所述的框架8包括上梁40、右立柱41、左立柱42和工作臺43。左立柱41、右立柱 42底部位于工作臺43的兩端，左立柱41、右立柱42頂部位于上梁40的兩端。左立柱41、 右立柱42在垂直方向設置導軌和一排銷孔。右立柱41、左立柱42設置刻線38,用于確定 上試樣水平支撐機構(gòu)5的支撐高度和剪切加載機構(gòu)6的剪切高度。
[0035] 本實施例的工作過程如下：當下試樣33和上試樣52分別安放在下試樣剪切盒32 和上試樣剪切盒51里面并機理面重疊安裝后，由外界小車或其它動力裝置將它們輸送到 下試樣移動機構(gòu)7的下試樣安裝臺31上，根據(jù)試樣尺寸大小調(diào)整其位置后將下試樣剪切盒 32固定在下試樣安裝臺31上，下試樣安裝臺31緊靠在限位板35上以保證處于居中位置。 垂直加載系統(tǒng)1中的作動器17工作將承載板18預壓到上試樣剪切盒51上并將它固定在 承載板18上，在兩個剪切盒上分別安裝右支撐板34和左支撐板52。調(diào)整上試樣水平支撐 機構(gòu)5的支撐高度和剪切加載機構(gòu)6的剪切高度，使得水平支撐機構(gòu)5中支撐缸25的中心 線和作動器23的加載中心線高度一致，同時它們通過上下試樣之間機理面的平均高度面 上。垂直加載系統(tǒng)1施加載荷并保壓在某一設定值上，上試樣水平支撐機構(gòu)5的支撐缸25 支撐在左支撐板52上并通過電磁閥鎖住其水平位置，剪切加載機構(gòu)6根據(jù)一定方式加載， 最后使得下試樣剪切盒32和上試樣剪切盒51產(chǎn)生相對移動到一定距離，測試完畢。垂直 加載系統(tǒng)1卸載、上試樣水平支撐機構(gòu)5的支撐缸25和剪切加載機構(gòu)6的作動器23縮回。 右支撐板34安裝到下試樣剪切盒32的左邊，左支撐板50安裝到上試樣剪切盒51的右邊。 調(diào)整上試樣水平支撐機構(gòu)5的支撐缸25和剪切加載機構(gòu)6的作動器23的高度，使得剪切 加載機構(gòu)6的支撐塊20支撐左支撐板52,同時上試樣水平支撐機構(gòu)5的支撐缸25可推動 下試樣剪切盒32返回到限位板35，此時完成試樣的復位并可進行第二次測試。試樣測試完 畢后可將下試樣剪切盒32和上試樣剪切盒51解除固定，并有外力將其推出試驗機。
【權(quán)利要求】
1. 一種結(jié)構(gòu)面抗剪強度尺寸效應試驗機，其特征在于：包括垂直加載機構(gòu)、垂直移動 機構(gòu)、上試樣水平支撐機構(gòu)、剪切加載機構(gòu)、下試樣移動機構(gòu)和框架；所述垂直加載機構(gòu)安 裝在所述垂直移動機構(gòu)上，垂直移動機構(gòu)上下移動地安裝在框架上；用以安裝上部試樣的 上剪切盒固定在垂直加載機構(gòu)下端，用以安裝下部試樣的下剪切盒固定在所述的下試樣移 動機構(gòu)上，下試樣移動機構(gòu)安裝在框架的工作平臺上，所述上剪切盒兩端安裝在上試樣水 平支撐機構(gòu)上，所述下剪切盒兩端安裝在剪切加載機構(gòu)上，所述上試樣水平支撐機構(gòu)、剪切 加載機構(gòu)分別安裝在框架的兩側(cè)。
2. 如權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)面抗剪強度尺寸效應試驗機，其特征在于：所述的垂直加 載機構(gòu)包括導向桿、導向軸承座、連接座、第一力傳感器、第一作動器和承載板，所述作動器 固定在垂直移動機構(gòu)的中間位置，作動器的活塞桿與第一力傳感器通過連接座連接，第一 力傳感器與承載板固定，承載板兩端各安裝導向桿，導向桿可沿著固定在垂直移動機構(gòu)的 導向軸承座上下移動。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的結(jié)構(gòu)面抗剪強度尺寸效應試驗機，其特征在于：所述的垂 直移動機構(gòu)包括第一升降液壓缸、固定銷和移動架，第一升降液壓缸安裝在框架上梁的兩 端，移動架兩端的上部與第一升降液壓缸活塞桿固定，移動架兩端的側(cè)邊設置導向槽并可 沿著安裝在框架左立柱和框架右立柱的導軌上下移動。
4. 如權(quán)利要求1或2所述的結(jié)構(gòu)面抗剪強度尺寸效應試驗機，其特征在于：所述的剪 切加載機構(gòu)包括支撐塊、第二力傳感器、第一移動座、第二作動器、第二升降液壓缸，支撐 塊與第二力傳感器固定，第一移動座與第二作動器的缸體固定，第二升降液壓缸與移動座 固定，第一移動座兩側(cè)設置導向槽并與框架的右立柱上導軌配合安裝并沿著它上下移動， 第二力傳感器另一端與作動器的活塞桿固定。
5. 如權(quán)利要求1或2所述的結(jié)構(gòu)面抗剪強度尺寸效應試驗機，其特征在于：所述的上 試樣水平支撐機構(gòu)包括支撐缸、第二移動座、滾輪塊和第三升降液壓缸組成，支撐缸的缸體 與第二移動座固定，第三升降液壓缸的活塞桿與移動座固定，滾輪塊上安裝滾柱或滾珠，所 述滾輪塊與支撐缸活塞桿固定。
6. 如權(quán)利要求5所述的結(jié)構(gòu)面抗剪強度尺寸效應試驗機，其特征在于：所述的下試樣 移動機構(gòu)包括導軌、下試樣安裝臺和限位板，所述導軌平行安裝在框架的工作臺上，下試樣 安裝臺與導軌的移動塊滑動式連接，右支撐板與下試樣剪切盒右上端連接，剪切加載機構(gòu) 的支撐塊與右支撐板連接，限位板固定在框架的工作臺上。
7. 如權(quán)利要求6所述的結(jié)構(gòu)面抗剪強度尺寸效應試驗機，其特征在于：所述的下試樣 安裝臺和承載板上設置了螺紋孔和刻線。
8. 如權(quán)利要求1或2所述的結(jié)構(gòu)面抗剪強度尺寸效應試驗機，其特征在于：所述上試 樣剪切盒左側(cè)安裝左支撐板，左支撐板與滾輪塊接觸并可相對滾動運動，承載板設有刻線。
9. 如權(quán)利要求1或2所述的結(jié)構(gòu)面抗剪強度尺寸效應試驗機，其特征在于：所述的框 架包括上梁、右立柱、左立柱和工作臺。左立柱、右立柱底部位于工作臺的兩端，左立柱、右 立柱頂部位于上梁的兩端，左立柱、右立柱在垂直方向設置導軌和一排銷孔，右立柱、左立 柱設置用于確定上試樣水平支撐機構(gòu)的支撐高度和剪切加載機構(gòu)的剪切高度的刻線。
【文檔編號】G01N3/24GK104062189SQ201410149668
【公開日】2014年9月24日 申請日期:2014年4月14日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月14日
【發(fā)明者】杜時貴, 呂原君, 羅戰(zhàn)友, 黃曼, 張曉鶯 申請人:紹興文理學院