超大幅宽连续尺寸岩体结构面抗剪强度试验系统技术方案

一种超大幅宽连续尺寸岩体结构面抗剪强度试验系统，切向组合加载机构和试样复位装置位于框架的两侧，切向组合加载机构加载位置为靠近断裂面处的上部试样，任何一个不同幅宽的下部试样在测试前固定于运输小车的正上方且试样左侧统一位于靠近切向组合加载机构的设定位置，试样复位装置根据试样幅宽尺寸采用三种方式复位，法向组合加载机构安装在框架横梁上并在切向加载方向可设定法向加载位置，根据上部试样的荷载要求及幅宽自动选取相应数量的法向和切向作动器进行组合协同加载，提升机构安装在横梁上部且可沿着切向加载方向移动以实现薄型上部试样或辅助装置的提升及安装。本发明专利技术有效满足大范围载荷下同精度抗剪强度尺寸效应研究、可靠性良好。可靠性良好。可靠性良好。

【技术实现步骤摘要】
超大幅宽连续尺寸岩体结构面抗剪强度试验系统


[0001]本专利技术涉及一种超大幅宽连续尺寸岩体结构面抗剪强度试验系统。

技术介绍

[0002]在同等试验条件下，随着岩石试样尺寸的变化，抗剪强度等一些特性会产生变化，即尺寸效应现象是岩体力学中常见的一种特征。为研究一种幅宽连续可调岩体的结构面抗剪强度尺寸效应，需要用一个尺寸效应测试系统完成岩石从薄型试样到超长幅宽试样的直剪试验，它需要满足幅宽连续可调试样的安装、加载和复位等设备功能要求。
[0003]现有开发的岩石尺寸效应直剪试验设备中，杜时贵提出了一种针对不同结构面等比例放大的岩体结构面抗剪强度尺寸效应试验机(CN201410149668.2)和多尺度岩石直剪仪(CN201310273743.1)，这些设备结构满足小尺寸到大尺寸的连续尺寸正方体试样安装、运输和测试等要求。同时杜时贵也提出了锚固结构面抗剪强度尺寸效应试验系统(CN 201910675191.4)和多套机构组合式结构面抗剪强度尺寸效应试验机(CN 201610976607.2)。由于传感器存在荷载测试范围及精度的限制以及作动器和控制器存在加载载荷范围的限制，这些专利采用了多作动器进行加载的方式满足大型试样和等比例放大的岩体试样的直剪测试。但是现有设备及专利内容还无法解决大范围幅宽连续可调的上部试样在切向载荷作用下发生移动而导致法向载荷偏心的问题，特别是上部试样的移动距离过大而超出作动器加载板宽度的状况；无法解决在大范围荷载要求时相同宽度尺寸的试样切向加载位置始终处于试样的加载面内，特别是试样的宽度只允许一个作动器加载位置的状况；无法满足上部试样在切向力作用下行程过长时切向作动器活塞杆行程过长而导致的加载过程的震动和产品使用寿命问题；无法满足薄型试样的安装测试、安全保护及复位等问题。为此开发一种超大幅宽连续尺寸岩体结构面抗剪强度试验系统非常重要。

技术实现思路

[0004]为了克服已有技术的不足，本专利技术提供了一种超大幅宽连续尺寸岩体结构面抗剪强度试验系统，有效满足幅宽连续可调的等高度不同规格岩石结构面试样的安装和复位；有效满足大范围荷载下同精度的尺寸效应研究、可靠性良好；有效满足薄型试样到超长试样的加载测试要求，尤其解决了上部试样切向移动后的法向载荷偏心和加载不到位的问题，解决了切向加载位置不受试样宽度影响的问题。
[0005]本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：
[0006]一种超大幅宽连续尺寸岩体结构面抗剪强度试验系统，包括框架、切向组合加载机构、法向组合加载机构、提升机构、运输小车和试样复位装置，幅宽连续可调岩体结构面试样以断裂面为界限分为上部试样和下部试样，试样的幅宽指连续尺寸试样从薄型到超长型的长度变化，切向组合加载机构和试样复位装置位于框架的两侧，切向组合加载机构的加载位置为靠近断裂面处的上部试样左侧，任何一个不同幅宽的下部试样在测试前固定于运输小车的正上方且试样左侧统一位于靠近切向组合加载机构的设定位置，试样复位装置
根据试样的幅宽采用三种方式复位，法向组合加载机构安装在框架横梁上并在切向加载方向可设定法向加载位置，根据上部试样的荷载要求及幅宽自动选取相应数量的法向和切向作动器进行组合协同加载，提升机构安装在横梁上部且可沿着横梁左右移动以实现薄型上部试样或辅助装置的提升及安装；
[0007]所述的切向组合加载机构包括至少两个切向作动器组成的切向作动器群，所述法向组合加载机构包括至少两个法向作动器组成的法向作动器群。
[0008]进一步，所述的切向组合加载机构包括切向作动器群、安装架、切向测力传感器、二级传力架、滚珠衬套座，一级传力架、切向安装台、加载架和切向加载头，所述切向作动器群中各切向作动器活塞杆端部固定测力传感器，各切向作动器通过安装架固定在切向安装台的同一个水平面上且高度一致，各切向作动器的活塞杆移动方向都统一朝向切向加载方向；加载架左侧与切向作动器群中最右侧第一排并处于中间位置的测力传感器固定，加载架随着作动器活塞杆的伸出而水平限位移动，切向加载头固定在加载架右侧，切向加载头右侧安装滚轴，切向加载时滚轴与上部试样的左侧接触；所述的一级传力架由加载板和传力杆组成，一级传力架的加载板与右侧第二排中间处的测力传感器固定，一级传力架的传力杆穿过固定在切向安装台上的滚珠衬套座并在切向加载方向做直线移动，传力杆可支撑到加载架的左侧位置。二级传力架由加载板和传力杆组成，二级传力架的加载板与第三排处于中间位置的测力传感器固定，二级传力架的传力杆穿过固定在切向安装台上的滚珠衬套座，二级传力架的传力杆穿过固定在切向安装台上的滚珠衬套座并在切向加载方向做直线移动，二级传力架的传力杆可支撑到一级传力架的加载板左侧位置；依次类推，可以设置n
‑
1级传力架，分别与右侧第n排中间处的测力传感器固定，各级传力架可以根据荷载要求共同施加切向载荷到加载头上。
[0009]进一步，所述的切向作动器群，沿着切向加载方向并排n列切向作动器组，每列切向作动器组并排m个切向作动器；若m是奇数，则最中间的切向作动器所固定的测力传感器与对应传力架的加载板连接，若m为偶数，则最靠近中间处的两个对称切向作动器所固定的测力传感器与对应传力架的加载板连接。
[0010]进一步，所述的框架包括左侧立柱、横梁、横梁上部导轨块组、防翻转挡块、横梁下部导轨块组、小车推拉组件、底部平台导轨块、底部平台、支撑测力传感器和右侧立柱，所述的底部平台固定在地面，左侧立柱和右侧立柱位于底部平台和横梁的两侧，横梁位于底部平台的正上方，左侧立柱的下部穿过切向组合加载机构并与它的切向安装台固定，左侧立柱上部和右侧立柱上部的同一高度上安装试样复位装置，横梁的上下两面中间处贯穿并呈“回”字型，横梁的前后两面中间处贯穿并呈“回”字型，前后两面贯穿处的上表面和下表面分别安装横梁上部导轨块组和横梁下部导轨块组，横梁上部导轨块组和横梁下部导轨块组之间安装法向组合加载机构；底部平台的上方沿着切向加载方向安装底部平台导轨块，底部平台导轨块的上方可安放运输小车，底部平台中间处安装小车推拉组件，可将运输小车推进或推出框架；支撑测力传感器安装在右侧立柱的下部，它由一排支撑测力传感器组成，在试验时支撑测力传感器与运输小车的支撑架接触传力中可测切向载荷。
[0011]进一步，所述的提升机构包括电机、减速器、第一齿轮、第一轴、第一同步带传动装置、轴承座、第三轴、转轮、安装架、钢丝绳、导向装置、第二轴、第二齿轮、第二同步带传动装置和行车轮，所述的安装架底部安装行车轮，行车轮的车轮通过小电机的带动下可以在框
架横梁上方沿着既定方向移动，电机固定在安装架上，电机输出轴与减速器输入轴连接，第一轴的一端与减速器输出轴连接，第一轴的另一端安装第一同步带传动装置的同步带轮，第一轴中间处安装第一齿轮。安装架的前后两侧对称安装轴承座，两个第三轴的一端分别安装在轴承座上，第三轴中间处安装转轮，前侧的第三轴另一端安装第一同步带传动装置的同步带轮，第一轴和前侧第三轴上安装的同步带轮通过同步带实现带传动。第二轴一端安装在安装架上的轴承座上本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超大幅宽连续尺寸岩体结构面抗剪强度试验系统，其特征在于，所述系统包括框架、切向组合加载机构、法向组合加载机构、提升机构、运输小车和试样复位装置，幅宽连续可调岩体结构面试样以断裂面为界限分为上部试样和下部试样，试样的幅宽指连续尺寸试样从薄型到超长型的长度变化，切向组合加载机构和试样复位装置位于框架的两侧，切向组合加载机构的加载位置为靠近断裂面处的上部试样左侧，任何一个不同幅宽的下部试样在测试前固定于运输小车的正上方且试样左侧统一位于靠近切向组合加载机构的设定位置，试样复位装置根据试样的幅宽采用三种方式复位，法向组合加载机构安装在框架横梁上并在切向加载方向可设定法向加载位置，根据上部试样的荷载要求及幅宽自动选取相应数量的法向和切向作动器进行组合协同加载，提升机构安装在横梁上部且可沿着切向加载方向移动以实现薄型上部试样或辅助装置的提升及安装；所述的切向组合加载机构包括至少两个切向作动器组成的切向作动器群，所述法向组合加载机构包括至少两个法向作动器组成的法向作动器群。2.如权利要求1所述的一种超大幅宽连续尺寸岩体结构面抗剪强度试验系统，其特征在于，所述的切向组合加载机构包括切向作动器群、安装架、切向测力传感器、二级传力架、滚珠衬套座、一级传力架、切向安装台、加载架和切向加载头。所述的切向作动器群中各切向作动器活塞杆端部固定测力传感器，各切向作动器通过安装架固定在切向安装台的同一个水平面上且高度一致，各切向作动器的活塞杆移动方向都统一朝向切向加载方向；加载架左侧与切向作动器群中最右侧第一排并处于中间位置的测力传感器固定，加载架随着作动器活塞杆的伸出而水平限位移动，切向加载头固定在加载架右侧，切向加载头右侧安装滚轴，切向加载时滚轴与上部试样的左侧接触；所述的一级传力架由加载板和传力杆组成，一级传力架的加载板与右侧第二排中间处的测力传感器固定，一级传力架的传力杆穿过固定在切向安装台上的滚珠衬套座并在切向加载方向做直线移动，传力杆可支撑到加载架的左侧位置，二级传力架由加载板和传力杆组成，二级传力架的加载板与第三排处于中间位置的测力传感器固定，二级传力架的传力杆穿过固定在切向安装台上的滚珠衬套座，二级传力架的传力杆穿过固定在切向安装台上的滚珠衬套座并在切向加载方向做直线移动，二级传力架的传力杆可支撑到一级传力架的加载板左侧位置；依次类推，可以设置n
‑
1级传力架，分别与右侧第n排中间处的测力传感器固定，各级传力架可以根据荷载要求共同施加切向载荷到加载头上。3.如权利要求1或2所述的一种超大幅宽连续尺寸岩体结构面抗剪强度试验系统，其特征在于，所述的切向作动器群，沿着切向加载方向并排n列切向作动器组，每列切向作动器组并排m个切向作动器；若m是奇数，则最中间的切向作动器所固定的测力传感器与对应传力架的加载板连接，若m为偶数，则最靠近中间处的两个对称切向作动器所固定的测力传感器与对应传力架的加载板连接。4.如权利要求1或2所述的一种超大幅宽连续尺寸岩体结构面抗剪强度试验系统，其特征在于，所述的框架包括左侧立柱、横梁、横梁上部导轨块组、防翻转挡块、横梁下部导轨块组、小车推拉组件、底部平台导轨块、底部平台、支撑测力传感器和右侧立柱，所述的底部平台固定在地面，左侧立柱和右侧立柱位于底部平台和横梁的两侧，横梁位于底部平台的正上方，左侧立柱的下部穿过切向组合加载机构并与它的切向安装台固定，左侧立柱上部和右侧立柱上部的同一高度上安装试样复位装置，横梁的上下两面中间处贯穿并呈“回”字
型，横梁的前后两面中间处贯穿并呈“回”字型，前后两面贯穿处的上表面和下表面分别安装横梁上部导轨块组和横梁下部导轨块组，横梁上部导轨块组和横梁下部导轨块组之间安装法向组合加载机构；底部平台的上方沿着切向加载方向安装底部平台导轨块，底部平台导轨块的上方可安放运输小车，底部平台中间处安装小车推拉组件，可将运输小车推进或推出框架；支撑测力传感器安装在右侧立柱的下部，它由一排支撑测力传感器...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜时贵，吕原君，罗战友，黄曼，雍睿，王昌硕，章子华，宋佳敏，
申请(专利权)人：宁波大学，
类型：发明
国别省市：