[发明专利]一种岩土压剪流变试验机及试验方法

说明书

技术领域

本发明属于岩土试验设备技术领域，涉及一种岩土压剪流变试验机及试验方法。

背景技术

大型岩土压剪流变试验机是一种用于岩土工程领域的室内试验设备，其目的是通过室内试验研究岩石、岩体及土石混合体的抗压和抗剪强度性质，尤其是研究岩土体在长历时力作用下的压缩和剪切流变特性，从而获取工程岩土体的应力、应变随时间的发展变化规律，以及定量化岩土体的力学指标，为科研、生产提供基础资料。

目前国内许多科研单位面临第一批岩土试验设备的更新换代，试验设备逐渐从人工手动控制向计算机伺服控制的无人值守化过渡，而新设备的价格较高，尤其是高压大型设备，其价格动辄上百万，往往让许多科研和生产单位望而止步，而以往的老设备很多也并不是完全不能使用，所以造成岩土工程试验设备陈旧的现象随处可见。老设备往往靠人为控制和读数，不但浪费了人力物力，而且受实验人员的经验和操作熟练程度影响较大，试验精度大打折扣，尤其是在岩石力学试验中，老旧的试验方法还会对试验人员造成伤害。

常用的土体剪切试验机（如四联剪）是通过手动添加砝码，施加不同竖向荷载，通过齿轮箱简单控制剪切速率，人工记录变形数据，如需进行反复剪还需手动退回原位置，操作程序相当复杂，且极不人性化，其试验数据误差较大，一般都要后期经过人为修正才能获得较好的结果，人为主观性影响太大。另一方面，常用的岩土试验机所能试验的试样尺寸一般较小，最大不超过20cm。对于研究节理岩体或大颗粒土石混合体，这种小试样就缺乏代表性，试验得到的结果与真实情况相差甚远。

发明内容

本发明解决的问题在于提供一种岩土压剪流变试验机及试验方法，在原有老式岩块压力机的基础上进行改造，实现试验的自动化、可控化、精确化。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种岩土压剪流变试验机，包括主机架，主机架上设有垂向加载系统和水平向加载系统，由计算机控制的伺服油压系统向垂向加载系统和水平向加载系统提供油压；

所述的主机架包括相互垂直连接的螺纹导向杆和剪切装置支架，螺纹导向杆的底端与仪器基座相连接，仪器基座内设置有垂向油缸，垂向油缸通过升降囊与下承压板相连接；剪切装置支架上设有可水平移动的行车机构；

垂向加载系统设置在螺纹导向杆上，包括可沿螺纹导向杆上下运动的爬升装置，爬升装置通过球面接头、连接构件与压力钢桶相连接；压力钢桶内设有压力和变形传感器，通过与压力钢桶相连接的上承压板封闭在压力钢桶中；

水平向加载系统设置在行车机构上，包括与行车机构固定连接的水平油缸支架，水平油缸支架内设有水平油缸，水平油缸的推移轴通过球面接头与下剪切盒相连接，下剪切盒与行车机构通过滑轮机构或滑轨机构滑动连接，下剪切盒上设有上剪切盒，上剪切盒通过剪切盒支架与行车机构固定连接；下剪切盒上设有水平位移计，上剪切盒上设有垂向位移计；

伺服油压系统包括液压泵、伺服阀各两套，与电源箱、水冷散热器均固定在油箱上；液压泵通过箱内管路与水冷散热器的一端相连接，再由水冷散热器另一端通过管路连接伺服阀，伺服阀受计算机调节来控制油量和进油速率；两套液压装置通过加载油接口和卸载油接口分别与垂向加载系统和水平向加载系统的油缸相连接。

所述的爬升装置内嵌有球面接头凹端，球面接头凸端与球面接头凹端活动连接，压力钢桶通过第二连接构件和第一连接构件与球面接头凸端相连接，上承压板和第二连接构件均通过内丝与压力钢桶相连接。

所述的下剪切盒与上剪切盒对齐后构成剪切空间，剪切空间的两个受剪侧面设有高强度合金板，上下面分别设有上盖压板和下盖压板。

所述的上盖压板和下盖压板透水或不透水，根据需要来更换。

所述的加载油接口、卸载油接口与伺服阀组成两组加压系统，分别控制垂直向和水平向加载系统，垂直向组分别与垂直向加载系统的加载、卸载油接口相连接，水平向组分别与水平向加载系统加载、卸载油接口相连接。

所述在装样阶段时，在下剪切盒内放入下盖压板，将试样置于上剪切盒和下剪切盒组成的试样空间，盖上上盖压板，然后将行车机构推入试验位置，定位桩接入行车机构底部设置的定位孔，将垂向加载系统和水平向加载系统固定；

电动调整爬升装置位置，通过计算机控制伺服阀，限定液压泵的液压，其液压通过液压表读出；当油源进入垂向油缸，则整个试验装置被顶起，上部上盖压板与上承压板接触，并放置好水平位移计和垂向位移计。

所述在试验阶段时，垂向油缸继续向上推进，升降囊伸长，施加竖向荷载至预设荷载或位移达到预设位移时，完成竖向压缩试验；