多方向岩石往复剪切-温度耦合及声学测试系统技术方案

本发明专利技术公开了一种多方向岩石往复剪切

【技术实现步骤摘要】
多方向岩石往复剪切-温度耦合及声学测试系统


[0001]本专利技术涉及岩石剪切、声发射、超声波、温度等多场耦合试验测试
，更具体地说它是一种多方向岩石往复剪切-温度耦合及声学测试系统。

技术介绍

[0002]随着我国深部岩体工程越来越多，面临的工程地质问题越来越复杂，包括活动断层、高地应力、高地温等难题。岩体开挖造成岩体应力重分布，伴随岩体的变形破坏，其力学特性也发生变化，对工程安全影响最大的是剪切破坏，因此，研究岩体剪切破坏的力学性质和变形特征是岩石力学的关键科学问题。
[0003]现有的剪切设备主要可实现单轴压缩剪切、单轴拉伸剪切、往复循环剪切、扭转剪切、三轴压缩剪切、变角剪切等试验，但是在实际工程中，岩体会受到温度、高应力及不同方向的扰动应力等因素的影响，使得岩石剪切破坏的力学特性和变形特征更为复杂。现有设备无法实现多方向剪切及同时进行温度、声发射、超声波试验。实际的工程岩体，会受到不同方向的剪切应力，同时岩体开挖造成围岩应力重分布，改变岩体的受力状态，包括应力大小和方向，现有设备无法实现同时改变应力大小和方向的试验；深部岩体工程还受到温度的影响，高温条件下岩体结构面的力学特性会受到显著改变，超声波和声发射测试可以很好的获得岩体损伤及破裂过程中的内部裂纹扩展信息，因此，开展结合超声波和声发射测试的多方向剪切、温度设备的研制至关重要。
[0004]因此，现亟需开发一种结合超声波和声发射测试的多方向剪切、温度的岩体剪切设备。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是为了提供一种多方向岩石往复剪切-温度耦合及声学测试系统，利用内框架剪切测试系统，可实现一维方向剪切和循环往复剪切，同时进行声发射、超声波和温度测试，完善了设备的功能性，真实模拟不同应力路径下不同方向剪切试验以及深部岩体工程开挖过程中考虑温度的剪切试验，同时结合超声波和声发射测试，使得试验功能更广和试验效率更高，试验结果的可靠性显著提高。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术的技术方案为：一种多方向岩石往复剪切-温度耦合及声学测试系统，其特征在于：包括外反力框架、内反力框架和反力框架底座；所述外反力框架固定在反力框架底座上；所述内反力框架与反力框架底座活动连接、且与所述外反力框架相配合；有剪切盒设置在所述内反力框架内部；
[0007]多场耦合试验系统还包括超声波测试系统、声发射测试系统、温度测试系统；所述超声波测试系统、声发射测试系统、温度测试系统均安装在剪切盒上。
[0008]在上述技术方案中，所述外反力框架为一端开口的方体结构，所述外反力框架上设有x方向通孔；
[0009]所述内反力框架为方体结构，所述内反力框架上设有y方向通孔；
[0010]所述反力框架底座为凹形结构；
[0011]所述外反力框架开口向下固定在所述反力框架底座上方、且与所述反力框架底座两侧固定连接；
[0012]所述内反力框架通过x方向滑轨与所述反力框架底座上端面滑动连接；所述内反力框架通过x方向通孔滑入所述外反力框架、且与所述外反力框架相配合；
[0013]有第一应力加载系统、第一应力测量系统和第一位移测量系统布置于所述内反力框架内部；有剪切盒设置在所述内反力框架内部；
[0014]有第二应力加载系统、第二应力测量系统和第二位移测量系统布置于所述外反力框架内部。
[0015]在上述技术方案中，所述第一应力加载系统包括垂直加载缸、x方向左上加载缸、x方向左下加载缸、x方向右上加载缸和x方向左下加载缸；
[0016]所述第一应力测量系统包括垂直加载力传感器、x方向左上力传感器、x方向左下力传感器、x方向右上力传感器和x方向左下力传感器；
[0017]所述第一位移测量系统包括垂直向位移传感器、x方向左侧位移传感器、x方向左侧位移传感器支杆、x方向右侧位移传感器和x方向右侧位移传感器支杆；
[0018]x方向左侧位移传感器通过x方向左侧位移传感器支杆安装在所述下剪切盒的左侧；
[0019]x方向右侧位移传感器通过x方向右侧位移传感器支杆安装在所述下剪切盒的右侧。
[0020]在上述技术方案中，所述剪切盒包括上剪切盒和下剪切盒；所述下剪切盒位于x方向滑动辊组上；
[0021]有下剪切盒外卡槽设置于所述下剪切盒上；所述下剪切盒通过下剪切盒外卡槽和y方向滑动辊组与y方向滑块支座连接；y方向滑块支座固定在所述内反力框架内侧底部。
[0022]在上述技术方案中，x方向右侧位移传感器支杆、x方向左侧位移传感器、x方向右侧位移传感器支杆和x方向右侧位移传感器分别布置在所述下剪切盒的两侧；
[0023]x方向左下力传感器、x方向左下加载缸、x方向右下力传感器和x方向右下加载缸分别布置在所述下剪切盒的两侧、且位于x方向左侧位移传感器和x方向右侧位移传感器上方；
[0024]x方向左上力传感器、x方向左上加载缸、x方向右上加载缸和x方向右上力传感器分别布置在上剪切盒的两侧；
[0025]垂直向承压板、垂直加载力传感器和垂直加载油缸自下而上依次布置在所述上剪切盒上方；所述垂直加载油缸固定在所述内反力框架顶部；
[0026]垂直向位移传感器安装在垂直向承压板上；
[0027]x方向左上加载缸和x方向左下加载缸均垂直固定于所述内反力框架左侧面；
[0028]x方向右下加载缸和x方向右上加载缸均垂直固定于所述内反力框架右侧面。
[0029]在上述技术方案中，有四个可移动滑轮设置在所述内反力框架底部；所述可移动滑轮与x方向滑轨滑动连接。
[0030]在上述技术方案中，第二应力加载系统包括y方向右下加载缸、y方向右上加载缸、y方向左下加载油缸、y方向左上加载油缸；
[0031]第二应力测量系统包括y方向右下力传感器、y方向右上力传感器、y方向左下力传感器、y方向左上力传感器；
[0032]第二位移测量系统包括y方向右下位移传感器和y方向左下位移传感器；
[0033]当内反力框架滑入所述外反力框架固定后，y方向左下力传感器、y方向左下加载油缸、y方向右下加载缸、y方向右下力传感器分别布置在所述下剪切盒的两侧；
[0034]y方向右下位移传感器和y方向左下位移传感器分别布置在所述下剪切盒的两侧、且位于y方向左下加载油缸和y方向右下加载缸下方；
[0035]y方向右下位移传感器垂直固定于所述外反力框架的右侧面；
[0036]y方向左下位移传感器垂直固定于所述外反力框架的左侧面；
[0037]y方向左上力传感器、y方向左上加载油缸、y方向右上加载缸和y方向右上力传感器分别布置在所述上剪切盒的两侧；
[0038]y方向左下加载油缸和y方向左上加载油缸均垂直固定于所述外反力框架左侧面；
[0039]y方向右下加载缸和y方向右上加载缸均垂直固定于所述外反力框架右侧面。
[0040]在上述技术方案中，所述超声波测试系统包括声波探头位置孔、声波探头固定弹簧、声波本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多方向岩石往复剪切-温度耦合及声学测试系统，其特征在于：包括外反力框架(1)、内反力框架(2)和反力框架底座(3)；所述外反力框架(1)固定在反力框架底座(3)上；所述内反力框架(2)与反力框架底座(3)活动连接、且与所述外反力框架(1)相配合；有剪切盒(77)设置在所述内反力框架(2)内部；多场耦合试验系统还包括超声波测试系统(81)、声发射测试系统(82)、温度测试系统(83)；所述超声波测试系统(81)、声发射测试系统(82)、温度测试系统(83)均安装在剪切盒(77)上。2.根据权利要求1所述的多方向岩石往复剪切-温度耦合及声学测试系统，其特征在于：所述外反力框架(1)为一端开口的方体结构，所述外反力框架(1)上设有x方向通孔(78)；所述内反力框架(2)为方体结构，所述内反力框架(2)上设有y方向通孔(79)；所述反力框架底座(3)为凹形结构；所述外反力框架(1)开口向下固定在所述反力框架底座(3)上方、且与所述反力框架底座(3)两侧固定连接；所述内反力框架(2)通过x方向滑轨(80)与所述反力框架底座(3)上端面滑动连接；所述内反力框架(2)通过x方向通孔(78)滑入所述外反力框架(1)、且与所述外反力框架(1)相配合。3.根据权利要求2所述的多方向岩石往复剪切-温度耦合及声学测试系统，其特征在于：有第一应力加载系统(71)、第一应力测量系统(72)和第一位移测量系统(73)布置于所述内反力框架(2)内部；有剪切盒(77)设置在所述内反力框架(2)内部；有第二应力加载系统(74)、第二应力测量系统(75)和第二位移测量系统(76)布置于所述外反力框架(1)内部。4.根据权利要求3所述的多方向岩石往复剪切-温度耦合及声学测试系统，其特征在于：所述第一应力加载系统(71)包括垂直加载缸(25)、x方向左上加载缸(21)、x方向左下加载缸(19)、x方向右上加载缸(9)和x方向左下加载缸(6)；所述第一应力测量系统(72)包括垂直加载力传感器(24)、x方向左上力传感器(20)、x方向左下力传感器(17)、x方向右上力传感器(10)和x方向左下力传感器(8)；所述第一位移测量系统(73)包括垂直向位移传感器(12)、x方向左侧位移传感器(18)、x方向左侧位移传感器支杆(16)、x方向右侧位移传感器(7)和x方向右侧位移传感器支杆(4)；x方向左侧位移传感器(18)通过x方向左侧位移传感器支杆(16)安装在所述下剪切盒(37)的左侧；x方向右侧位移传感器(7)通过x方向右侧位移传感器支杆(4)安装在所述下剪切盒(37)的右侧。5.根据权利要求4所述的多方向岩石往复剪切-温度耦合及声学测试系统，其特征在于：所述剪切盒(77)包括上剪切盒(22)和下剪切盒(37)；所述下剪切盒(37)位于x方向滑动辊组(15)上；
有下剪切盒外卡槽(38)设置于所述下剪切盒(37)上；所述下剪切盒(37)通过下剪切盒外卡槽(38)和y方向滑动辊组(14)与y方向滑块支座(5)连接；y方向滑块支座(5)固定在所述内反力框架(2)内侧底部。6.根据权利要求5所述的多方向岩石往复剪切-温度耦合及声学测试系统，其特征在于：x方向右侧位移传感器支杆(16)、x方向左侧位移传感器(18)、x方向右侧位移传感器支杆(4)和x方向右侧位移传感器(7)分别布置在所述下剪切盒(37)的两侧；x方向左下力传感器(17)、x方向左下加载缸(19)、x方向右下力传感器(8)和x方向右下加载缸(6)分别布置在所述下剪切盒(37)的两侧、且位于x方向左侧位移传感器(18)和x方向右侧位移传感器(7)上方；x方向左上力传感器(20)、x方向左上加载缸(21)、x方向右上加载缸(9)和x方向右上力传感器(10)分别布置在上剪切盒(22)的两侧；...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡明明，周辉，胡大伟，张传庆，卢景景，高阳，徐福通，涂洪亮，
申请(专利权)人：中国科学院武汉岩土力学研究所，
类型：发明
国别省市：