[发明专利]利用剪切仪进行双轴加载的试验装置及其使用方法

说明书

本发明涉及一种利用剪切仪进行双轴加载的试验装置及其使用方法。其技术方案是：所述试验装置由加载系统和变形监测系统组成。加载系统由2个压杆外接头(1)、2个带球铰的压头(2)、基座(4)和上部压头(9)组成；变形监测系统由计算机(5)、应变仪(6)、10个笔式位移传感器(7)和2个传感器支架(8)组成。所述试验装置的使用方法是：安装加载系统；固定试件(11)；安装变形监测系统；加载及变形监测；试验数据获取和处理。本发明具有结构简单、成本较低、操作方便和能满足不同尺寸试件试验要求的特点，使用该装置能保证双轴试验数据的精确度。

技术领域

本发明属于双轴加载的试验装置技术领域。具体涉及一种利用剪切仪进行双轴加载的试验装置及其使用方法。

背景技术

岩石的单轴试验和三轴试验作为基础性试验手段，广泛应用于岩石力学特性研究领域。但在实际岩体工程中，巷道围岩、竖井井壁及硐室围岩等均处于双向应力状态，一般地，对此种受荷状态下的岩石仅进行单轴压缩或三轴压缩岩石力学试验，并不能准确的反映岩石在双向受荷状态下的力学特性，将获得的岩石力学参数应用于试验研究或工程设计存在一定的不合理性，需要对处于双向应力状态的岩石进行对应的双轴试验。目前岩石双轴试验及双轴设备的研究有。

王怀亮等(王怀亮，宋玉普.不同骨料级配混凝土的双轴压强度试验和破坏准则[J].水利学报,2008,39(12):1353-1359.)和陈仁进等(陈仁进，沈璐，宋玉普.大骨料混凝土动态双轴拉压强度试验研究[J].大连理工大学学报,2015,55(3):292-297.)分别介绍了在大型静、动态三轴试验系统上，较好的对混凝土试件在双向压载荷作用下的变形和强度特性，混凝土试件双轴动态受力状态的力学性能进行了试验研究。但由于通过将三轴试验机一个方向的侧压设为0MP开展岩石双轴试验的方法存在适宜性的质疑，同时由于真三轴设备价格昂贵，试验成本较高等问题，此方法并没有得到广泛推广。

吕培印等人(吕培印，宋玉普，李庆斌.定侧压混凝土双轴压疲劳性能研究[J].工程力学,2004,21(2):173-177.)介绍了清华大学水利水电工程系引进的INSTRON公司双轴液压伺服疲劳刚性试验机，该试验机可以实现各种应力比下的三向拉、三向压和三向拉压的静动态试验；张庆等人(张庆，侯爱军，贠小有，杨小林.岩石双轴压缩试验及装置研究进展[J].河南理工大学学报,2007,26(4):440-445.)介绍了河南理工大学和加拿大麦吉尔大学合作设计建造的大吨位等刚度双向试件固定与受荷系统，系统采用精密载荷传感器，可以实现应变、应力、位移的超高精度控制，水平轴的载荷量测由差压传感器获得，能对较大尺寸试件进行单、双轴压缩试验，两种试验机均可很好的满足试验需求，但由于两种试验机均成本较高，对设备操作有较高的要求。

“一种用于单轴材料试验机的双轴试验装置及试验方法”(CN201510932720.6)、“一种利用单轴试验机进行变比例双轴加载的强度试验卡具”(CN201610146635.1)和“用于材料双轴拉–压加载试验的装置及方法”(CN201710131470.5)三种专利技术，均是基于现有单轴试验机设计的，可用于十字型试样的双轴拉–压加载试验，解决了双轴强度试验专门设备匮乏、试验成本高的问题，但装置仅适用于十字型的金属材料试样的试验，不适用于岩土领域的圆柱体及方形试样进行试验，难以在岩土领域得到推广应用。

“一种用于岩石双轴试验的可调侧向压力加载装置及其试验方法”(CN201610146635.1)专利技术，该装置设有两个相同且相向的约束钢板作为加载板，通过手动压力泵对侧向加载箱加压，进而对加载板施加作用力，实现试件的侧向加载。此装置结构简单，成本较低，可配合单轴试验机进行试验，但通过手动压力泵控制试验力加载不能实现试件侧向应力值精确的动态调整，试验结果的可靠性存在问题。

发明内容

本发明旨在克服现有技术缺陷，目的是提供一种结构简单、成本较低、操作方便和能满足不同尺寸试件试验要求的利用剪切仪进行双轴加载的试验装置，使用该装置能保证双轴试验数据的精确度。