專利名稱：攜帶式巖石力學(xué)多功能試驗(yàn)儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明與巖石力學(xué)測(cè)試裝置有關(guān)。
背景技術(shù)：
已有的巖石力學(xué)測(cè)試裝置如單軸巖石壓力機(jī)、巖石剪切儀、土剪切儀，巖石點(diǎn)荷載儀，攜帶式剪切儀等分別進(jìn)行以下試驗(yàn)項(xiàng)目1、巖石變形試驗(yàn)；2、巖石抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)；3、巖右抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)；4、巖石點(diǎn)荷載強(qiáng)度試驗(yàn)；5、完整巖石直剪試驗(yàn)(適于國(guó)內(nèi)鉆機(jī)的中～小直徑巖心和橫斷面50mm×50mm柱體)；6、巖石結(jié)構(gòu)面與不規(guī)則試樣直剪試驗(yàn)(攜剪試驗(yàn)法，適于不易加工成型的不規(guī)則樣)；7、土的直剪試驗(yàn)。
上述力學(xué)測(cè)試裝置大部分較重，體積也較大，大部分不便折卸搬運(yùn)，如要實(shí)現(xiàn)上述七種功能，所需全部設(shè)備投資較大，占地較多。
發(fā)明的內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(xué)多功能試驗(yàn)儀。
本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的本發(fā)明的攜帶式巖石力學(xué)多功能試驗(yàn)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(duì)，側(cè)面與水平千斤頂活塞端板29相對(duì)，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(nèi)腔構(gòu)成一個(gè)圓柱形或立方體形內(nèi)腔40，上、下剪切盒疊合面上有滑動(dòng)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(duì)兩側(cè)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(duì)，傳壓塊33與前面板17相對(duì)，剪切盒內(nèi)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(gòu)成，中板42有孔43，孔內(nèi)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(zhǎng)槽45配合。
剪切盒的內(nèi)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(nèi)腔配合，所說的滑動(dòng)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(duì)面上的凸條配合。
上、下剪切環(huán)為多對(duì)，其內(nèi)腔為配對(duì)的不同孔徑的圓孔或方孔，上剪切盒8的內(nèi)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(duì)的兩錐頭36。
剪切盒內(nèi)腔40內(nèi)有傳力鐵塊34，巖樣37位于內(nèi)腔40內(nèi)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(nèi)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(nèi)腔40與混凝土塊39配合，混凝土塊39內(nèi)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(shè)置傳力鐵塊34、滾珠軸承9。
立柱26和拉桿25的長(zhǎng)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(gè)不同類別試驗(yàn)儀方能完成的試驗(yàn)項(xiàng)目，達(dá)到一機(jī)多用的目的，而造價(jià)僅為這類試驗(yàn)儀總造價(jià)的1/2～1/3。
本發(fā)明設(shè)計(jì)合理，結(jié)構(gòu)緊湊，加工精細(xì)，可全部拆卸裝箱，相對(duì)而言其體積小，重量輕，重量出力比小。故便于搬運(yùn)，現(xiàn)場(chǎng)易于安裝和使用簡(jiǎn)便，試驗(yàn)快捷，維修方便。
本發(fā)明能測(cè)試所有巖石的大部分力學(xué)性指標(biāo)，可滿足一般工程地質(zhì)勘察與巖土工程的試驗(yàn)要求，故能廣泛適用于野外工程地質(zhì)勘察隊(duì)，測(cè)試隊(duì)和大專院校、科研單位的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)場(chǎng)所。


圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)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(yàn)結(jié)構(gòu)圖。
圖5為本發(fā)明的巖土抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)(劈裂法)結(jié)構(gòu)圖。
圖6為本發(fā)明的巖石點(diǎn)荷載強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)構(gòu)圖。
圖7為本發(fā)明的完整樣(巖石與土)直剪試驗(yàn)結(jié)構(gòu)圖。
圖8為本發(fā)明的巖石結(jié)構(gòu)面與不規(guī)則樣直剪試驗(yàn)結(jié)構(gòu)圖。
圖9為上、下剪切環(huán)結(jié)構(gòu)圖之一。
圖10為圖9的俯視圖。
圖11為上、下剪切環(huán)結(jié)構(gòu)圖之二。
圖12為圖11的俯視圖。
圖13為上、下剪切環(huán)結(jié)構(gòu)圖之三。
圖14為圖13的俯視圖。
圖15為滾珠軸承結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明由如下系統(tǒng)構(gòu)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(zhǎng)170mm，活塞行程60mm)及傳壓圓塊組成，總長(zhǎng)度620mm或640mm或680mm。
(三)剪切系統(tǒng)分別為以下兩套設(shè)備1、完整巖石與土剪切盒及各種尺寸剪切環(huán)，本套設(shè)備的特點(diǎn)是下剪切盒固定，上剪切盒產(chǎn)生錯(cuò)動(dòng)。
1)上剪切盒8、下剪切盒21各高89.5mm，盒內(nèi)孔直徑90mm，盒間有鑲嵌在盒兩側(cè)槽內(nèi)的圓柱形滾珠24各一排，滾珠既能保證上、下剪切盒錯(cuò)動(dòng)方向?yàn)榫€性，又能控制剪切縫19寬為1mm，而水平千斤頂中心著力點(diǎn)水平線設(shè)計(jì)與剪切縫19齊平。在底板上設(shè)計(jì)有“II”型定位件22，下剪切盒剛好固定于內(nèi)，這樣便可保證上剪切盒的錯(cuò)動(dòng)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(shè)計(jì)為下剪切環(huán)29、上剪切環(huán)31，置于剪切盒內(nèi)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(jìn)行剪切，剪切環(huán)尺寸依照國(guó)內(nèi)回旋鉆機(jī)的中～小巖心尺寸而設(shè)計(jì)，環(huán)內(nèi)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(shè)計(jì)有外圓(φ90mm)內(nèi)方(50mm×50mm)的剪切環(huán)，適于50mm×50mm方柱體試樣。
2、巖石結(jié)構(gòu)面與不規(guī)則試樣切盒及制樣模具，本套設(shè)備特點(diǎn)是下剪切盒固定，上剪切盒產(chǎn)生錯(cuò)動(dòng)。
1)，上剪切盒8高66mm，下剪切盒21高86mm，盒內(nèi)部尺寸為130mm×120mm，盒間有鑲嵌在盒兩側(cè)槽內(nèi)的滾珠24各一排，滾珠既能保證上、下盒錯(cuò)動(dòng)方向?yàn)榫€性，又控制剪切縫高度為8mm，而水平千斤頂中心著力點(diǎn)水平線設(shè)計(jì)與1/2剪切縫19高度齊平。在底板利用同一“∏”型定位件22，達(dá)到剪切方向一致性。剪切盒前后兩端設(shè)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(nèi)剪切。
(一)點(diǎn)荷載強(qiáng)度測(cè)試系統(tǒng)由兩個(gè)錐度為60°的錐頭36(錐頭點(diǎn)處鑲嵌φ10mm鋼珠)與下錐頭底座35組成。若做點(diǎn)荷載試驗(yàn)時(shí)，將下錐頭底座固定在下剪切盒上，再將兩個(gè)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(yàn)操作1、巖樣抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)(見圖4)在剪切盒孔內(nèi)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(zhuǎn)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(dòng)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(cè)試數(shù)據(jù)與有關(guān)公式便可獲得巖樣的抗壓強(qiáng)度。
2、巖樣變形試驗(yàn)(見圖4)操作同試驗(yàn)1。不同在于垂向荷載必須等量分級(jí)施加，同時(shí)通過應(yīng)變儀測(cè)取每級(jí)荷載作用下的應(yīng)變片讀數(shù)，通過測(cè)試數(shù)據(jù)與有關(guān)公式便可獲得巖樣的變形性指標(biāo)(彈模與泊松比)。
3、巖樣抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)(見圖5)采用劈裂試驗(yàn)法，故操作同試驗(yàn)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(cè)試數(shù)據(jù)與有關(guān)公式便可獲得巖樣的抗拉強(qiáng)度。
4、巖樣的點(diǎn)荷荷強(qiáng)度試驗(yàn)(見圖6)取掉上剪切盒，將點(diǎn)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(qiáng)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(cè)試數(shù)據(jù)與有關(guān)公式，計(jì)算出巖樣的點(diǎn)荷載強(qiáng)度，且進(jìn)一步換算出巖樣的抗壓強(qiáng)度與抗拉強(qiáng)度。
5、完整巖石直剪試驗(yàn)(見圖7)依據(jù)巖樣尺寸，先在剪切盒內(nèi)放置相應(yīng)尺寸的剪切環(huán)，再將巖樣放入剪切環(huán)中，通過調(diào)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(dòng)垂向荷載，(壓力表大小量程視試驗(yàn)要求切換)，施加預(yù)定正應(yīng)力。安裝磁性表架與水平位移百分表或位移計(jì)。等量分級(jí)施加水平荷載，直至巖樣破壞。依照測(cè)試數(shù)據(jù)與有關(guān)公式，便可獲得巖樣的抗剪指標(biāo)。
6、土的直剪試驗(yàn)(見圖7)操作同試驗(yàn)5。垂向荷載與水平荷載切換到小量程壓力表。
7、巖石結(jié)構(gòu)面與不規(guī)則試樣的抗剪試驗(yàn)(見圖8)
先將巖石結(jié)構(gòu)面與不規(guī)則試樣在制樣模具中澆鑄成規(guī)則試件(若結(jié)構(gòu)面巖樣澆鑄前還需在其外捆扎細(xì)鐵絲)。制樣過程中，試樣擬剪切面位置應(yīng)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(nèi)，在試件頂上依次放上傳力鐵塊34，滾珠軸承9(若結(jié)構(gòu)面巖樣此刻便需剪斷捆扎在其外的鐵絲)。啟動(dòng)垂向荷載，(壓力表大小量程視試驗(yàn)要求切換)，施加預(yù)定正應(yīng)力，安裝磁性表架與水平位移百分表或位移計(jì)。等量分級(jí)施加水平荷載，直至巖樣破壞。依照測(cè)試數(shù)據(jù)與有關(guān)公式，便可獲得試樣的抗剪指標(biāo)。
主要技術(shù)指標(biāo)1、外形尺寸高640mm(不足2市尺)，長(zhǎng)640mm，寬370mm；2、重量300Kg(包括兩個(gè)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(qiáng)度試驗(yàn)φ50～55mm，H100～110mm；2)巖石抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)φ50～55mm，H50～55mm；3)巖石點(diǎn)荷載強(qiáng)度試驗(yàn)L、W、H均40～60mm，六個(gè)端面盡量平行；4)完整巖石直剪試驗(yàn)φ50mm、56mm、70mm、86mm，H50～150mm；5)結(jié)構(gòu)面與不規(guī)則試樣直剪試驗(yàn)Lmax130mm，Wmax120mm；6)土直剪試驗(yàn)φ86mm，H50～150mm。
權(quán)利要求
1.攜帶式巖石力學(xué)多功能試驗(yàn)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(duì)，側(cè)面與水平千斤頂活塞端板(29)相對(duì)，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(nèi)腔構(gòu)成一個(gè)圓柱形或立方體形內(nèi)腔(40)，上、下剪切盒疊合面上有滑動(dòng)裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的試驗(yàn)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(duì)兩側(cè)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(duì)，傳壓塊(33)與前面板(17)相對(duì)，剪切盒內(nèi)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(gòu)成，中板(42)有孔(43)，孔內(nèi)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(zhǎng)槽(45)配合。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的試驗(yàn)儀，其特征在于剪切盒的內(nèi)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(nèi)腔配合，所說的滑動(dòng)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(duì)面上的凸條配合。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的試驗(yàn)儀，其特征在于上、下剪切環(huán)為多對(duì)，其內(nèi)腔為配對(duì)的不同孔徑的圓孔或方孔，上剪切盒(8)的內(nèi)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(quán)利要求1所述的試驗(yàn)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(duì)的兩錐頭(36)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的試驗(yàn)儀，其特征在于剪切盒內(nèi)腔(40)內(nèi)有傳力鐵塊(34)，巖樣(37)位于內(nèi)腔(40)內(nèi)的傳力鐵塊(34)與垂直千斤頂活塞端板(28)之間。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的試驗(yàn)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(quán)利要求3或4所述的試驗(yàn)儀，其特征在于上、下剪切環(huán)內(nèi)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(quán)利要求1所述的試驗(yàn)儀，其特征在于剪切盒的內(nèi)腔(40)與混凝土塊(39)配合，混凝土塊(39)內(nèi)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(shè)置傳力鐵塊(34)、滾珠軸承(9)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的試驗(yàn)儀，其特征在于立柱(26)和拉桿(25)的長(zhǎng)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(xué)多功能試驗(yàn)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(duì)，側(cè)面與水平千斤頂活塞端板(29)相對(duì)，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(nèi)腔構(gòu)成一個(gè)圓柱形或立方體形內(nèi)腔(40)，上、下剪切盒疊合面上有滑動(dòng)裝置。
文檔編號(hào)G01N3/08GK1619285SQ20041004093
公開日2005年5月25日 申請(qǐng)日期2004年10月29日 優(yōu)先權(quán)日2004年10月29日
發(fā)明者蘇道剛, 黃潤(rùn)秋, 許強(qiáng), 付小敏, 鄭海君 申請(qǐng)人:成都理工大學(xué)