一种模拟真实水下环境中的岩石剪切破坏试验设备制造技术

本实用新型专利技术公开了一种模拟真实水下环境中的岩石剪切破坏试验设备，包括反力框架、水平加载系统、试验台和剪切盒，试验台上设置水槽，剪切盒放置在水槽内；法向加载系统对剪切盒内的试样施加从上向下的法向压力，法向加载系统包括顶头朝下的法向千斤顶和连接在法向千斤顶的基座与反力框架之间的滚轴排，水平加载系统位于试验台的左右两侧并对剪切盒外壁施加剪切力，法向加载系统和水平加载系统均从水槽的外壁穿入水槽内，法向加载系统和水平加载系统均与水槽的外壁之间密封滑动连接。本实用新型专利技术能够在模拟岩石试样所处水下环境真实条件下进行剪切破坏试验，从而获得更真实的试验抗剪参数，对水利工程建设和规划工作的发展和技术革新具有深远意义。和技术革新具有深远意义。和技术革新具有深远意义。

【技术实现步骤摘要】
一种模拟真实水下环境中的岩石剪切破坏试验设备


[0001]本技术涉及岩土工程实验设备领域，尤其涉及一种模拟真实水下环境中的岩石剪切破坏试验设备。

技术介绍

[0002]我国水资源丰富，随着经济快速发展，城市化工业化进程在不断深入，我国的水利水电工程建设在不断加快，水利水电工程不仅是加快国民经济增长、改善民生的重要途径，也是我们人类不断改善生存环境、适应环境、利用自然环境的手段。
[0003]剪切破坏在水利工程和边坡工程中具有普遍性和高危害性，水利水电工程因处于水环境中，所以剪切破坏具有其特殊性。
[0004]抗剪强度参数的正确选取，与工程设计有重要的关系，抗剪强度参数，即粘聚力和内摩擦角是岩体工程设计所关注的最重要的工程性质参数，大量的工程实践证明岩体工程的破坏与水的关系密切，随着岩石含水率的增加，不同种类的岩石的抗剪强度参数均会有不同程度的降低，这是加快岩体工程破坏的直接原因之一，因此，研究岩石抗剪强度参数的选取及水岩作用机理对岩体工程的安全有重大意义。
[0005]目前，试验室抗剪强度试验主要是地质人员现场取样，试验室人员室内制样，将样品放入水中饱和，饱和完成后放入工作台进行抗剪强度试验，这种试验方法仅仅模拟了含水情况，与实际情况差异较大，无法反应真实的水下环境下的岩石抗剪强度参数。
[0006]因而，为了对现场剪切破坏的实际情况进行实验模拟，研究一种可岩石在水中剪切破坏的实验装置将具有十分重要的意义。

技术实现思路

[0007]本技术要解决的技术问题是提供一种模拟真实水下环境中的岩石剪切破坏试验设备，在模拟岩石试样所处水下环境真实条件下进行剪切破坏试验，从而获得更真实的试验抗剪参数，对水利工程建设和规划工作的发展和技术革新具有深远意义。
[0008]为了实现上述目的，本技术所采取的技术方案是：一种模拟真实水下环境中的岩石剪切破坏试验设备，包括反力框架，反力框架内安装有法向加载系统、水平加载系统、试验台和剪切盒，所述试验台上设置水槽，剪切盒放置在水槽内；所述法向加载系统位于试验台上方并对剪切盒内的试样施加从上向下的法向压力，法向加载系统包括顶头朝下的法向千斤顶和连接在法向千斤顶的基座与反力框架之间的滚轴排，所述水平加载系统位于试验台的左右两侧并对剪切盒外壁施加剪切力，所述法向加载系统和水平加载系统均从水槽的外壁穿入水槽内，法向加载系统和水平加载系统均与水槽的外壁之间密封滑动连接，水槽外壁为透明材质制成。
[0009]作为本技术的一种优选技术方案，对试样进行剪切破坏试验过程中，所述水槽全封闭且连接有增压系统。
[0010]作为本技术的一种优选技术方案，所述法向千斤顶的顶头安装有压盘，剪切
盒包括底槽和位于底槽上面的剪切槽，底槽和剪切槽均由侧壁围合而成且上下开口，底槽与剪切槽的侧壁上下对应，压盘与剪切槽内壁之间为间隙配合，压盘与剪切槽内壁的间隙小于等于1cm，法向千斤顶对剪切盒中试样施加的压力为：
[0011][0012]式中，F是法向千斤顶对剪切盒中试样施加的压力，C是工况系数，工况系数的值等于包含试样的建筑物水上高度与试样所在位置水下深度的比值，ρ1是试样密度，S是试样的垂直投影面积，P是水槽内的压强，通过增压系统读取数值，ρ2是水槽内水的密度，α是边坡角度，即建筑物外表面与水平面的夹角，取值范围为（0
°
，90
°
］。
[0013]作为本技术的一种优选技术方案，所述水平加载系统包括依次贯穿所述反力框架和水槽的侧壁并与所述底槽外壁相抵的传力装置和贯穿水槽的侧壁并与剪切槽外壁相抵的水平千斤顶，传力装置与反力框架螺纹连接，传力装置尾端设置转轮；传力装置与水平千斤顶的施力方向相反；所述法向千斤顶、传力装置和水平千斤顶与水槽的外壁之间均通过四氟密封圈进行密封。
[0014]作为本技术的一种优选技术方案，所述传力装置的顶头通过止推轴承安装有抵接板，抵接板与底槽的外壁轮廓相适配。
[0015]作为本技术的一种优选技术方案，所述水槽的顶板与水槽的侧壁通过搭扣和密封件扣合密封连接，所述水槽的顶板内开设夹层腔，夹层腔内设置平动板，夹层腔的内表面和/或平动板的外表面铺设四氟垫片，四氟垫片将夹层腔的内表面和平动板的外表面之间的间隙密封；平动板和水槽侧壁上均开设过孔，过孔内设置有套筒，所述四氟密封圈设置在套筒的内壁；顶板上在平动板的套筒两侧沿平行于水平加载的方向开设缺口。
[0016]作为本技术的一种优选技术方案，所述平动板与夹层腔之间通过所述四氟垫片达到过盈配合的状态。
[0017]作为本技术的一种优选技术方案，所述缺口在垂直于所述反力框架所在平面方向上的宽度大于等于所述套筒的外径并小于等于所述平动板的宽度，所述平动板始终保持全覆盖所述缺口的状态。
[0018]作为本技术的一种优选技术方案，所述水槽连通有注水管道和排水管道，注水管道和排水管道配设水阀。
[0019]通过本技术的试验设备进行剪切破坏试验的过程包括以下步骤：
[0020]1）获取试样工况参数：按照设计规划，获取试样拟建造建筑物的工况参数：包括建筑物水上高度、试样所在位置的水下深度、边坡角度、水流速度；
[0021]2）制样：将浇注成型的试样放入剪切盒；
[0022]3）调整试验设备：将填充试样的剪切盒放入试验台的水槽内并封闭水槽的顶板，法向加载系统、水平加载系统进入水槽，通过转轮调整传力装置的顶头抵接在剪切盒的底槽侧壁，然后水平千斤顶的顶头正对剪切槽的侧壁，最后法向千斤顶顶头上的压盘正对剪切槽的几何中心并向下压紧剪切盒中的试样；
[0023]4）注水：打开注水管道的水阀向水槽内注水直到水面淹没剪切盒为止，关闭注水管道的水阀；
[0024]5）加压：通过增压系统对水槽内加压；加压分为两种方式：第一种是直接使水槽内的水压达到试样拟施工水深位置的水压值；第二种是梯度加压试验；
[0025]6）剪切破坏并记录数据：根据公式（1）计算法向千斤顶的压力，保持法向千斤顶的压力，使水平千斤顶的压力值逐步增大，并记录试样剪切破坏时水平千斤顶的压力值；
[0026]7）泄压、排水并进行数据分析：关闭增压系统；打开排水管道的水阀将水槽内的水排出，退回法向加载系统和水平加载系统，清理剪切盒和水槽；通过数据分析，得出岩石试样的抗剪强度参数，即粘聚力和内摩擦角。
[0027]采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本技术能够在模拟岩石试样所处水下环境真实条件下进行剪切破坏试验，从而获得更真实的试验抗剪参数，避免了仅通过浸泡岩石与真实水环境的试验数据差异，对水利工程建设和规划工作的发展和技术革新具有深远意义。
[0028]具体来说，本技术的试验设备建立的水下环境，通过调节水压来模拟试样所处的水下深度，通过法向加载系统来模拟岩石试样在水下环境受到的建筑物自身重力和浮力产生的合力。充分考虑各方面水环境参数，提高了试验数据的真实性和可本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种模拟真实水下环境中的岩石剪切破坏试验设备，包括反力框架，反力框架内安装有法向加载系统、水平加载系统、试验台和剪切盒，其特征在于：所述试验台上设置水槽，剪切盒放置在水槽内；所述法向加载系统位于试验台上方并对剪切盒内的试样施加从上向下的法向压力，法向加载系统包括顶头朝下的法向千斤顶和连接在法向千斤顶的基座与反力框架之间的滚轴排，所述水平加载系统位于试验台的左右两侧并对剪切盒外壁施加剪切力，所述法向加载系统和水平加载系统均从水槽的外壁穿入水槽内，法向加载系统和水平加载系统均与水槽的外壁之间密封滑动连接。2.根据权利要求1所述的模拟真实水下环境中的岩石剪切破坏试验设备，其特征在于：对试样进行剪切破坏试验过程中，所述水槽全封闭且连接有增压系统。3.根据权利要求1或2所述的模拟真实水下环境中的岩石剪切破坏试验设备，其特征在于：所述法向千斤顶的顶头安装有压盘，剪切盒包括底槽和位于底槽上面的剪切槽，底槽和剪切槽均由侧壁围合而成且上下开口，底槽与剪切槽的侧壁上下对应，压盘与剪切槽内壁之间为间隙配合，压盘与剪切槽内壁的间隙小于等于1cm。4.根据权利要求3所述的模拟真实水下环境中的岩石剪切破坏试验设备，其特征在于：所述水平加载系统包括依次贯穿所述反力框架和水槽的侧壁并与所述底槽外壁相抵的传力装置和贯穿水槽的侧壁并与剪切槽外壁相抵的水平千斤顶，传力装置与反力框架螺纹连接，传力装置尾端设置转轮...

【专利技术属性】
技术研发人员：方旭东，邓伟杰，高慧民，杜卫长，于洋，万岳，张广禹，郭冲，朱永和，赵顺利，刘艳，李禄禄，王晓明，随裕华，徐春枝，李广伟，随颢天，
申请(专利权)人：江河工程检验检测有限公司，
类型：新型
国别省市：