本發(fā)明涉及一種巖石試驗測試加載框架，具體涉及一種用于巖石測試的自平衡浮動式剪切加載裝置。

背景技術(shù)：

自然界中巖體由巖塊和節(jié)理(結(jié)構(gòu)面)組成，節(jié)理的存在對巖體性質(zhì)的影響是顯著的，節(jié)理的存在不僅削弱了巖體的強度，而且為水流提供了流動的通道，誘發(fā)各種災(zāi)害。單個節(jié)理作為巖體的結(jié)構(gòu)的基本組成部分，其工程力學(xué)參數(shù)是巖石力學(xué)界廣泛關(guān)注的而未得到很好解決的熱點和難點問題。

室內(nèi)直接剪切試驗(直剪試驗)是進行單個節(jié)理相關(guān)特性研究的主要手段，傳統(tǒng)直剪試驗機水平向加載油缸與法向加載油缸均固定在同一整體框架上，剪切盒結(jié)構(gòu)簡單，整體尺寸較小，重量較輕，試驗時直接在整體框架內(nèi)部安裝剪切盒和試樣。近期隨著試驗機技術(shù)的進步，節(jié)理的剪切-滲流耦合試驗機也開始出現(xiàn)。節(jié)理剪切-滲流耦合試驗機與普通直剪試驗機本質(zhì)上的區(qū)別在于剪切盒的不同。在節(jié)理剪切-滲流耦合試驗機中，節(jié)理剪切-滲流耦合試驗盒為了保證剪切過程中水流的密封，整個剪切盒結(jié)構(gòu)與密封系統(tǒng)均較復(fù)雜，重量相對較大，試驗機框架仍然采用與普通直剪試驗機類似的整體框架時，在試驗過程中需要在整體框架內(nèi)部安裝剪切盒和試樣，由于剪切盒重量較大，剪切盒難以準確就位，水平向與法向加載油缸與剪切盒難以對中，這便導(dǎo)致了在試驗過程中試樣會發(fā)生水平偏移和豎向翹曲，使得試驗結(jié)果產(chǎn)生一定的誤差。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的就是為了解決上述問題而提供一種用于巖石測試的自平衡浮動式剪切加載裝置。

本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)：

一種用于巖石測試的自平衡浮動式剪切加載裝置，包括水平加載框架、法向加載框架以及用于放置巖石樣品的剪切盒，所述的水平加載框架穿過法向加載框架呈十字交叉，所述的水平加載框架底部設(shè)有水平車輪，所述的水平車輪底部設(shè)有水平導(dǎo)軌，所述的水平加載框架沿水平導(dǎo)軌進行水平移動，所述的剪切盒安裝在水平加載框架內(nèi)，所述的水平加載框架的一端設(shè)有對剪切盒進行水平剪切的水平加載機構(gòu)，所述的法向加載框架上部設(shè)有對剪切盒進行法向加載的法向加載機構(gòu)，測試時，將水平加載框架從法向加載框架內(nèi)拉出，將巖石樣品放置在剪切盒內(nèi)，推至法向加載框架內(nèi)，調(diào)整到位后進行試驗測試。

進一步地，所述的剪切盒由上剪切盒和下剪切盒組成，所述的水平加載機構(gòu)的剪切力作用于下剪切盒上。

進一步地，所述的剪切盒下部設(shè)有水平墊板，所述的水平墊板下部設(shè)有減摩直線導(dǎo)軌，所述的減摩直線導(dǎo)軌固定于法向加載框架上，減摩直線導(dǎo)軌伸出法向加載框架的部分通過減摩直線導(dǎo)軌支座進行支撐。

進一步地，所述的水平墊板在水平剪切方向設(shè)有長槽，所述的剪切盒下部卡入該長槽內(nèi)。

進一步地，所述的剪切盒兩端分別通過剪切加載頭和銷釘與水平加載框架進行連接。

進一步地，所述的水平加載機構(gòu)和法向加載機構(gòu)均包括壓力傳感器和油缸。

進一步地，所述的法向加載機構(gòu)設(shè)有法向球形加載頭，所述的剪切盒上部設(shè)有與法向球形加載頭相配合的承接頭。

進一步地，所述的水平導(dǎo)軌為兩條平行的導(dǎo)軌，設(shè)置在水平導(dǎo)軌支座的上方，水平導(dǎo)軌上設(shè)有對水平加載框架進行定位的定位銷。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于：

1、本發(fā)明所提供的水平加載框架是自平衡浮動式剪切加載框架，與法向加載框架分離，自平衡浮動式水平剪切加載框架可在水平導(dǎo)軌上整體水平運動，在試驗前，將水平加載框架從法向加載框架內(nèi)部拉出，從而具有足夠的空間安裝試樣和剪切-滲流試驗盒，試樣和剪切-滲流試驗盒安裝完成后水平加載框架和剪切-滲流試驗盒便可共同推至法向加載框架內(nèi)部進行試驗，更加方便較大尺寸的試樣和剪切盒的安裝。

2、在水平墊板底部設(shè)置減摩直線導(dǎo)軌，減摩直線導(dǎo)軌固定于法向加載框架底座，減摩直線導(dǎo)軌不僅在最大程度上減小了剪切過程中剪切盒與外部結(jié)構(gòu)之間的摩擦力，而且保證剪切過程中剪切沿著既定方向進行而不會發(fā)生水平偏轉(zhuǎn)。

3、法向加載機構(gòu)設(shè)有法向球形加載頭，形心與剪切盒形心相重合，保證法向荷載均勻準確施加，不會出現(xiàn)偏壓的現(xiàn)象。

4、在水平剪切方向和法向方向存在定位、定向措施，保證剪切荷載和法向荷載在試驗過程中不會發(fā)生水平偏轉(zhuǎn)和法向偏壓，從而使試驗結(jié)果更準確、可靠。

本發(fā)明能適用于水利、交通、采礦、地質(zhì)、核廢料儲存、石油等相關(guān)工程中，進行節(jié)理剪切-滲流耦合試驗或進行尺寸較大的節(jié)理直剪試驗的剪切加載系統(tǒng)。

附圖說明

圖1為本發(fā)明剪切加載裝置的側(cè)視圖；

圖2為本發(fā)明剪切加載裝置的正視圖；

圖3為本發(fā)明剪切加載裝置的俯視圖；

圖中：1、水平加載框架；2、后剪切加載頭；3、后銷釘；4、上剪切盒；5、下剪切盒；6、前銷釘；7、前剪切加載頭；8、水平壓力傳感器；9、水平加載油缸；10、水平車輪；11、水平導(dǎo)軌；12、減摩直線導(dǎo)軌；13、水平導(dǎo)軌支座；14、減摩直線導(dǎo)軌支座；15、水平墊板；16、定位銷；17、法向加載框架；18、球形加載頭；19、法向壓力傳感器；20、法向加載油缸。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明進行詳細說明。

實施例1

一種用于巖石測試的自平衡浮動式剪切加載裝置，如圖1-3所示，包括水平加載框架1、后剪切加載頭2、后銷釘3、前銷釘6、前剪切加載頭7、水平壓力傳感器8、水平加載油缸9、水平車輪10、水平導(dǎo)軌11、減摩直線導(dǎo)軌12、水平導(dǎo)軌支座13、減摩直線導(dǎo)軌支座14、水平墊板15、定位銷16。水平導(dǎo)軌支座13上方為兩條互相平行的水平導(dǎo)軌11，水平加載框架1通過其底部的水平車輪10可以在水平導(dǎo)軌11上直線往復(fù)運動。后剪切加載頭2固定在水平加載框架1的一端，前剪切加載頭7通過水平壓力傳感器8與固定在水平加載框架1另一端的水平加載油缸9相連。剪切盒通過前銷釘6和后銷釘3分別與前剪切加載頭7和后剪切加載頭2相連，水平加載油缸9通過與其相連的水平壓力傳感器8利用前剪切加載頭7對下剪切盒5施加剪切力。水平加載框架1內(nèi)部存在一個水平墊板15，水平墊板15底部為固定在法向加載框架17底座的減摩直線導(dǎo)軌12，在減摩直線導(dǎo)軌12伸出法向加載框架17的部分利用減摩直線導(dǎo)軌支座14支承。

水平墊板15與水平加載框架1是分開的，二者不存在任何機械連接。在試驗前，將水平加載框架1和水平墊板15共同拉出離開法向加載框架17，此時法向加載框架17與水平加載框架1之間無干擾，可以輕松安裝試樣。把試樣裝入剪切盒內(nèi)，將剪切盒整體吊入水平加載框架1內(nèi)置于水平墊板15上，水平墊板15在剪切方向存在一通長槽，剪切盒可以剛好卡入槽內(nèi)。在水平墊板15底部固定于法向加載框架17底座的減摩直線導(dǎo)軌12主要是為了減小剪切過程中水平墊板15與外部結(jié)構(gòu)之間的摩擦力。減摩直線導(dǎo)軌12不僅在最大程度上減小了剪切過程中剪切盒與外部結(jié)構(gòu)之間的摩擦力，而且還保證了剪切過程中剪切沿著既定方向進行而不會發(fā)生水平偏轉(zhuǎn)。剪切盒吊裝完成后安裝后銷釘3，將剪切盒與水平加載框架1后端固定。將水平加載框架1整體推入法向加載框架17內(nèi)部，并安裝定位銷16，此時法向加載框架17的球形加載頭18形心與剪切盒形心相重合，保證法向荷載的均勻準確施加，不會出現(xiàn)法向偏壓的現(xiàn)象。在法向荷載施加至預(yù)定荷載后，拔除定位銷16，之后便可施加水平剪切荷載。在施加水平剪切荷載時，上剪切盒4通過后銷釘3與水平加載框架1的后端固定，固定于水平加載框架1前端的水平加載油缸9推動下剪切盒5，下剪切盒5連同水平墊板15在減摩直線導(dǎo)軌12上近乎無摩擦自由滑動，水平加載框架1為剪切荷載提供反力，且水平加載框架1在施加剪切荷載初期可以整體在水平導(dǎo)軌11上運動調(diào)整而對剪切荷載和法向荷載不產(chǎn)生任何影響。