[发明专利]一种压剪试验装置

说明书

技术领域

本发明涉及岩石力学试验技术领域，更具体涉及一种测定岩石抗剪断强度的室内压剪试 验装置，利用压力试验机施加垂直荷载，通过改变装置的剪切角度获得正方体岩块破坏时 的不同正应力及剪应力组合，从而绘制出强度包络线，获得相应的岩石强度参数。

背景技术

测定岩石抗剪断强度的室内试验常用的方法有：直剪试验、变角剪切试验以及三轴压缩 试验。变角剪切试验是一种压剪试验，它是其中最简单的一种方法，具有设备简单、操作 简便、费用低等优点。变角剪切试验利用压力试验机施加垂直荷载，通过特制的夹具使岩 块试样沿一个剪切面剪断，通过改变剪切面的倾斜角度可以获得一系列岩块剪切破坏时的 正应力和剪应力组合，绘制这两种应力之间的关系曲线(即强度包络线)，可以求得岩石的 内摩擦角和内聚力等力学参数。

《公路工程石料试验规程》(JTJ054-94)、沈明荣主编的《岩体力学》(同济大学出版社， 1999)以及吴德伦等主编的《岩石力学》(重庆大学出版社，2002)推荐了相类似的变角板 楔形剪切仪，此类剪切仪通过更换不同角度的垫板来调节角度，存在角度不能连续调节、 装置整体性差的缺点。蔡美峰主编的《岩石力学与工程》(科学出版社，2002)也给出了一 种角模压剪试验装置，这种装置角度的调节是通过更换不同角度的楔形板来实现的，也存 在不能连续调节角度、装置整体性差的缺点，同时会引起试样和夹具的中心随角度的改变 而改变，致使装置重心偏离中心线，容易造成装置倾倒。李智毅、杨裕云主编的《工程地 质学概论》(中国地质大学出版社，1994)给出了一种变角板夹具，初步解决了角度不能连 续调节和重心偏离的问题，但是存在如何使得变角板在实验过程中保持相应角度不变、增 加夹具稳定性的主要问题。朱定华等(实验室研究与探索，第20卷第1期，2001)研制了一 种通过改变半圆弧的不同组合来改变剪切角度的变角剪切仪，虽然经过验证取得了好的试 验效果，但是存在着仪器关键部位容易磨损的缺点，会导致装置使用寿命的缩短。

发明内容

为了克服目前变角剪切试验装置存在的主要不足，本发明的目的是在于提供了一种岩石 压剪试验装置，该装置不仅可以非常灵活地调节试样剪切面的角度，而且有良好的自稳能 力，整体性好，经久耐用。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

该压剪试验装置包括夹板、圆柱形垫块、变角板、直角垫板、滚轴、滚轴框、螺栓、螺 母，其特征在于：圆柱形垫块通过螺栓、螺母紧固变角板并固定在夹板上，在变角板的内 侧的直角垫板与岩石试样直接接触，在滚轴框上装有滚轴，变角板中间厚边缘薄，变角板 为圆弧形边缘，且其弧形边界的尺寸与夹板弧形边界的尺寸相匹配，变角板开有环形孔洞 的边缘部分塞入夹板的凹槽，在圆柱形垫块、螺栓以及螺母的辅助下夹紧变角板。本装置 采用了一种可以方便地更换的直角垫板与岩石试样直接接触。单个滚轴的形状是一个圆柱 形的杆，且中间部分的直径大于两端。滚轴框的前后两侧分别开有一排直径略大于滚轴两 端突出小圆柱直径的等间距的圆孔，且滚轴框底部的边缘高于滚轴的最低点。

为了使正方体岩石试样的剪切面可以变换到任意角度，并且变换角度之后重心不偏离整 个装置的中线，本发明中变角板的边缘、夹板中部的环状凹槽及其边缘的凹槽均采用了圆 弧形的设计，并且整个装置是关于岩石试样的中心所在的竖直面呈平面中心对称的，装置 中所有圆弧形边界的圆心都是岩石试样的中心。

为了保证试验加压过程中变角板不会发生转动，本发明采用了一种中间厚、边缘薄的变 角板，并在变角板的边缘部分开环形孔洞，在圆柱形垫块、螺栓及螺母的辅助下，将变角 板夹紧在开有凹槽的夹板上。

为了增大本发明的适用范围并且增加其使用寿命，本发明采用了一种直角垫板。这种直 角垫板的具体作用有两个：一是更换不同厚度的直角垫板可以适用于不同边长的正方体岩 石试样的试验，增加厚度可以做较小尺寸试样的试验，减小厚度可以做较大尺寸的试样的 试验；二是避免岩石试样与变角板的直接接触磨损，当直角垫板磨损严重之后只需更换相 应的垫块，有利于延长装置的使用寿命、降低成本，并且可以有效地提高试验精度。