专利名称：裂隙岩体双轴压缩试验装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及岩体力学试验装置领域，具体涉及矩形岩体的双轴压缩试验，通过试验可得到岩体的力学参数，并可直接对岩体破坏和裂纹扩展进行观察。
背景技术：
试验是研究岩体破坏机理最好的方法之一，观察到的试验现象和得到的试验结果是研究岩体破坏机理的基础。传统压缩试验仪的缺陷主要表现在(I)传统的单轴压缩试验装置无法添加横向压力，三轴压缩试验仪则无法针对矩形岩体进行试验。(2)利用剪切盒做裂隙岩体的剪切破坏试验，不易观察到整个裂隙破坏贯通的演化过程，且这些试验重点反映剪切荷载的作用效应，对于裂纹长度、裂纹方向、排列方式，以及裂纹状态(闭合或张开)对压剪断裂及其裂纹尖端应力场的影响缺乏深入研究。(3)市场有特定的双轴压缩试验仪器，比如BLA双轴双向电液伺服多功能试验机、CSS-283混凝土双轴徐变试验机和WAW-C系列微机控制电液伺服万能试验机等仪器市场价格均需几十万元；造价高。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种新型的裂隙岩体双轴压缩试验装置，克服目前传统双轴压缩试验装置构造复杂、使用繁琐、成本高缺陷，并可直接对岩体破坏和裂纹扩展进行观察。本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是裂隙岩体双轴压缩试验装置，其特征在于主要包括剪应力反力架、垂直于剪应力反力架底板的正应力反力架、位于正应力反力架两侧的正应力加固架、垂直于剪应力反力架且可沿垂直方向移动的剪应力加压杆、垂直于正应力反力架且可沿水平方向移动的的正应力加压杆和万向压头；其中，正应力反力架和剪应力反力架之间为中空立方体空间；剪应力加压杆穿过剪应力反力架的上板后伸入空间内、并悬空设置向下万向压头，正应力加压杆穿过正应力反力架后伸入空间内、并悬空设置垂直朝向空间内侧的万向压头；万向压头上均设置定位装置；两万向压头之间为用于试样放置的开放式立方体空间。所述的剪应力反力架的上板和底板均为矩形，上板长度小于底板；两侧的正应力加固架分别置于上板和底部的同侧边缘之间，呈等腰梯形。万向压头为矩形块，矩形块上表面为中间呈球形凸起的斜面，底面为平面，其中一个侧面的定位点固定所述定位装置。所述该球形凸起与加压杆端部的圆槽配合接触并可在圆槽内转动调整万向压头朝向。所述定位装置为L型折板，L型折板的其中一片固定于万向压头的侧面，另一片的底面与万向压头的底面平齐。
剪应力加压杆的万向压头上设置两个轴向应变位移定位点，该两个点以加压杆的中心呈轴对称；正应力加压杆的万向压头上设置两个横向应变位移定位点，该两个点以加压杆的中心呈轴对称。装置横向由加压油缸提供动力经加压杆传递压力提供围压，轴向由压力机提供压力，结构简单，造价低。横向直接由正应力加压杆的外端头与加压油缸连接；轴向由压力机与剪应力加压杆对接。其中，正应力反力架与正应力加压杆协同作用，主要在对试样施加轴向剪应力时， 辅助压力机进行加载。剪应力反力架与剪应力加压杆协同作用，主要在对试样施加横向正应力时，辅助加压油缸进行加载。所述正应力反力架功能是在使用压力机施加轴向剪应力时为装置提供轴向反力， 所述剪应力反力架功能是在使用加压油缸施加横向正应力时为装置提供横向反力，所述正应力加固架对正应力反力架进行加固。所述正应力加压杆传递加压油缸提供的横向应力， 所述剪应力加压杆传递压力机提供的轴向应力，所述万向压头作用于试样上的加载面，所述横向(轴向)应变位移定位点用于确定试样加载时横向(轴向)的应变位移。该装置能实现横向和轴向加压，以达到双向受荷效果。将矩形体岩块试样放置于空间内，通过横向的加压油缸加压，将压力控制在某一预先设定的压力值水平；然后将轴向压头放置于岩样顶端，调整辅机装料系统，使得压头顶部的球形凸起恰好位于加压杆的圆槽中，给岩块试样以轴向压力，最终实现双向受压。本发明的有益效果在于(I)适用于矩形体的裂隙岩体试样加载试验。(2)不同于以往岩样全封闭式加载环境，便于通过高速摄像机观察裂隙岩体在加载过程中裂纹扩展及岩桥破坏特征。(3)试验装置作用过程中，有两个对立临空面，可以根据需要直接在岩石表面贴附应变片等监测手段，更利于分析岩石表明的应力应变规律。
图I为本发明一个实施例的试验装置结构示意图(透视图)图2为图I的主视图。图3为图I的局部剖视图(俯视图)。图中1-正应力反力架，2-剪应力反力架，3-剪应力加压杆，4-正应力加压杆，-正应力加固架，6-万向压头，7-轴向应变位移定位点，8-横向应变位移定位点。
具体实施例方式以下结合实施实例及附图对本发明作进一步说明，但不限定本发明。如图所示，根据本发明实施的裂隙岩体双轴压缩试验装置，其特征在于主要包括剪应力(轴向)反力架2、垂直于剪应力反力架2底板的正应力(横向)反力架I、位于正应力反力架I两侧的正应力加固架5、垂直于剪应力反力架2且可沿垂直方向移动的剪应力加压杆3、垂直于正应力反力架I且可沿水平方向移动的的正应力加压杆4和万向压头6 ；其中，正应力反力架I和剪应力反力架2之间为中空立方体空间；剪应力加压杆3穿过剪应力反力架2的上板后伸入空间内、并悬空设置向下万向压头6，正应力加压杆4穿过正应力反力架I后伸入空间内、并悬空设置垂直朝向空间内侧的万向压头6;万向压头6上均设置定位装置；两万向压头6之间为试样放置立方体空间。万向压头6为矩形块，矩形块上表面为中间凸起的斜面，底面为平面，其中一个侧面的定位点固定所述定位装置；所述定位装置为L型折板，L型折板的其中一片固定于万向压头6的侧面，另一片的底面与万向压头6的底面平齐。剪应力加压杆3的万向压头6上设置两个轴向应变位移定位点7，该两个点以加压杆3的中心呈轴对称；正应力加压杆4的万向压头6上设置两个横向应变位移定位点8，该两个点以加压杆4的中心呈轴对称。所述的剪应力反力架2的上板和底板均为矩形，上板长度小于底板；两侧的正应力加固架5分别置于上板和底部的同侧边缘之间，呈等腰梯形。压头6顶部为球形凸起，该球形凸起与加压杆端部的圆槽配合接触。其中，正应力反力架I与正应力加压杆4协同作用，主要在对试样施加轴向剪应力时，辅助压力机进行加载。剪应力反力架2与剪应力加压杆3协同作用，主要在对试样施加横向正应力时，辅助加压油缸进行加载。万向压头6可以在试样加载产生应变过程中随试样的变化而调整方向，以保证与试样接触面平行。作为一种辅机装料系统，装置本身没有动力系统，横向直接由正应力加压杆4的外端头与加压油缸连接，为试样提供横向正应力。加压油缸可施加压力值范围为6-7兆帕。 轴向由压力机通过剪应力加压杆3提供压力。本装置的操作方法及工作原理如下。使用方法a)将利用磨料水射流切割技术加工花岗岩制备的裂隙岩体试样(矩形岩体)放入装置中，试样加载面(顶面和一侧面)位于万向压头6之间，对向侧面贴近正应力反力架 1，试样底面位于剪应力反力架2底板上并保持水平状态；b)调节加压杆3、4和万向压头6,将试样固定；c)将装置放置在压力机的下部支撑端，水平放置，调整压力机上部加载端高度，使剪应力加压杆3衔接的万向压头6恰好接触试样为宜；d)根据需要，在试样表面贴附应变片等监测仪；e)在正应力加压杆4上外接加压油缸，调整加压油缸施加应力值到预定值；f)压力机工作，采用预定加压方式进行轴向加压，直至试样破坏；g)加压过程中使用高速摄像机对试验裂纹扩展和变形破坏过程进行观察和记
录。、借助该双轴压缩试验装置可以对矩形岩体进行双轴压缩试验，最大压力值为所采用的压力机(InstiOn-1346刚性伺服压力机)加载系统的最大压力。通过试验可以得到岩体单轴抗压强度、双轴抗压强度、应力应变曲线等。并且由于装置未封闭，可以通过高速摄像机观察岩体破坏过程。
以上所揭露的仅为本发明的较佳实施例而已，不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明申请专利范围所作的等效变化，仍属本发明的保护范围。
权利要求
1.裂隙岩体双轴压缩试验装置，其特征在于主要包括剪应力反力架、垂直于剪应力反力架底板的正应力反力架、位于正应力反力架两侧的正应力加固架、垂直于剪应力反力架且可沿垂直方向移动的剪应力加压杆、垂直于正应力反力架且可沿水平方向移动的的正应力加压杆和万向压头；其中，正应力反力架和剪应力反力架之间为中空立方体空间；剪应力加压杆穿过剪应力反力架的上板后伸入空间内、并悬空设置向下万向压头，正应力加压杆穿过正应力反力架后伸入空间内、并悬空设置垂直朝向空间内侧的万向压头；万向压头上均设置定位装置；两万向压头之间为用于试样放置的开放式立方体空间。
2.根据权利要求I所述的试验装置，其特征在于所述的剪应力反力架的上板和底板均为矩形，上板长度小于底板；两侧的正应力加固架分别置于上板和底部的同侧边缘之间， 呈等腰梯形。
3.根据权利要求I或2所述的试验装置，其特征在于万向压头为矩形块，矩形块上表面为中间呈球形凸起的斜面，底面为平面，其中一个侧面的定位点固定所述定位装置。
4.根据权利要求3所述的试验装置，其特征在于所述该球形凸起与加压杆端部的圆槽配合接触并可在圆槽内转动调整万向压头朝向。
5.根据权利要求I或2或4所述的试验装置，其特征在于所述定位装置为L型折板， L型折板的其中一片固定于万向压头的侧面，另一片的底面与万向压头的底面平齐。
6.根据权利要求I或2或4所述的试验装置，其特征在于剪应力加压杆的万向压头上设置两个轴向应变位移定位点，该两个点以加压杆的中心呈轴对称；正应力加压杆的万向压头上设置两个横向应变位移定位点，该两个点以加压杆的中心呈轴对称。
7.根据权利要求5所述的试验装置，其特征在于剪应力加压杆的万向压头上设置两个轴向应变位移定位点，该两个点以加压杆的中心呈轴对称；正应力加压杆的万向压头上设置两个横向应变位移定位点，该两个点以加压杆的中心呈轴对称。
8.根据权利要求I或2或4或7所述的试验装置，其特征在于装置横向直接由正应力加压杆的外端头与加压油缸连接；轴向由压力机与剪应力加压杆对接。
全文摘要
本发明涉及裂隙岩体双轴压缩试验装置，主要包括剪应力反力架、垂直于剪应力反力架底板的正应力反力架、位于正应力反力架两侧的正应力加固架、垂直于剪应力反力架且可沿垂直方向移动的剪应力加压杆、垂直于正应力反力架且可沿水平方向移动的的正应力加压杆和万向压头；其中，正应力反力架和剪应力反力架之间为中空立方体空间；剪应力加压杆穿过剪应力反力架的上板后伸入空间内、并悬空设置向下万向压头，正应力加压杆穿过正应力反力架后伸入空间内、并悬空设置垂直朝向空间内侧的万向压头；万向压头上均设置定位装置；两万向压头之间为用于试样放置的开放式立方体空间。适用矩形裂隙岩体，便于摄像机观察，可直接在岩表贴附应变片。
文档编号G01N3/12GK102607955SQ20121003690
公开日2012年7月25日 申请日期2012年2月17日 优先权日2012年2月17日
发明者侯赠, 朱志明, 梁烨, 程昊, 章广成, 胡学军, 黄亮 申请人:中国地质大学(武汉)
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