專利名稱：一種低強(qiáng)度巖土材料單軸流變實(shí)驗(yàn)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種低強(qiáng)度巖土材料單軸流變實(shí)驗(yàn)裝置。
背景技術(shù)：
巖石的流變性是指巖石在外界荷載、溫度等條件下呈現(xiàn)出與時(shí)間有關(guān)的變形、流動(dòng)和破壞等性質(zhì)，主要表現(xiàn)在彈性后效、蠕變、松弛、應(yīng)變率效應(yīng)、時(shí)效強(qiáng)度和流變損傷斷裂等方面。流變持續(xù)時(shí)間可能長達(dá)十幾年，并且與工程建設(shè)密切相關(guān)。在隧道建設(shè)中圍巖的坍塌，隧道建成后隧道表面的開裂；基坑工程中的滑坡；建造建筑物時(shí)地基的沉降以及路基的變形沉降等都是巖土體的流變導(dǎo)致的，近些年在西南地區(qū)建設(shè)的水布埡水電站、錦屏一級二級水電站、二灘水電站、溪洛渡水電站等都存在明顯的流變現(xiàn)象。當(dāng)前我國正在進(jìn)行大規(guī)模的工程建設(shè)，例如高速鐵路的修建、超高層建筑的建設(shè)、儲(chǔ)油庫的建設(shè)等，這些工程都與巖土體的流變特性有重要的關(guān)系，充分認(rèn)識(shí)了解巖土體材料的流變特性是保證工程安全、工程質(zhì)量可靠的重要前提。因此對巖土材料的流變特性的研究具有重要的實(shí)踐意義。目前，國內(nèi)各大高校、研究所的流變儀均是較大噸位的巖石流變儀，試驗(yàn)對象均是強(qiáng)度較高的巖石材料。軟弱破碎的巖石同樣具有極強(qiáng)的流變特性，尤其在長大隧道的施工中，如果遇到軟弱破碎的圍巖，其流變特性對隧道施工的穩(wěn)定性具有重要的影響。對低強(qiáng)度的巖土材料，例如軟弱破碎的圍巖、模型試驗(yàn)中使用的相似材料的流變特性的研究成果相對較少，主要是試驗(yàn)條件的限制，沒有匹配的流變試驗(yàn)儀器來研究低強(qiáng)度的巖土材料的流變特性。
發(fā)明內(nèi)容針對上述現(xiàn)有技術(shù)，本實(shí)用新型提供了一種可精確調(diào)平的低強(qiáng)度巖土材料單軸流變實(shí)驗(yàn)裝置，并通過開口型箱式直線軸承可顯著減少支撐桿與加壓板間的摩擦阻力。本實(shí)用新型是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的—種低強(qiáng)度巖土材料單軸流變實(shí)驗(yàn)裝置，裝置呈三棱柱形，包括承壓板、加壓板、 可調(diào)緩沖保護(hù)裝置、支撐桿、開口型箱式直線減摩軸承、球面盤、反力加載水箱和千分表，其中，承壓板的三個(gè)端點(diǎn)處均豎直設(shè)有支撐桿，加壓板的三個(gè)端點(diǎn)與支撐桿的中部連接，可調(diào)緩沖保護(hù)裝置設(shè)在承壓板和加壓板之間的支撐桿上，起到試件破壞時(shí)保護(hù)千分表的作用； 承壓板下方設(shè)有調(diào)平螺栓，承壓板上設(shè)有水準(zhǔn)泡，調(diào)平螺栓起到固定承壓板和支撐桿、調(diào)平承壓板的作用，通過承壓板三邊上的水準(zhǔn)泡確定整個(gè)裝置是否水平；開口型箱式直線減摩軸承固定于加壓板的定位孔上，并穿過支撐桿，大幅度地減小了支撐桿與加壓板之間的摩擦，使荷載有效地傳遞到試件上；球面盤設(shè)在承壓板上，反力加載水箱設(shè)在加壓板11上；千分表放置在承壓板上方。本實(shí)用新型的低強(qiáng)度巖土材料單軸流變實(shí)驗(yàn)裝置可分為支撐系統(tǒng)、調(diào)平系統(tǒng)、加載系統(tǒng)和量測系統(tǒng)四部分，其中，承壓板、加壓板、可調(diào)緩沖保護(hù)裝置和支撐桿組成支撐系統(tǒng)；調(diào)平螺栓、水準(zhǔn)泡和球面盤組成調(diào)平系統(tǒng)；加壓板、開口型箱式直線減摩軸承和反力加
3載水箱組成加載系統(tǒng)；放置在承壓板上的千分表，在使用時(shí)，對稱布置于試件兩側(cè)，組成軸向位移量測系統(tǒng)，電阻應(yīng)變采集系統(tǒng)和軸向位移量測系統(tǒng)組成量測系統(tǒng)。所述承壓板為經(jīng)過精加工的高強(qiáng)度三角形板。所述加壓板為經(jīng)過精加工的高強(qiáng)度三角形板，且加壓板三個(gè)角部設(shè)有定位孔，通過強(qiáng)力膠連接有開口型箱式直線減摩軸承。所述承壓板的三條邊的中心位置分別用強(qiáng)力膠連接有水準(zhǔn)泡。所述反力加載水箱上安裝有帶刻度的連通水位計(jì)。所述可調(diào)緩沖保護(hù)裝置為韌性較強(qiáng)的橡膠圈，套接在加壓板和承壓板之間的支撐桿上。使用確定試件的抗壓強(qiáng)度，進(jìn)一步確定加載的級數(shù)和每一級的荷載；在試件中部黏貼電阻應(yīng)變花；將試件放置在球面盤的中心位置并將加壓板的三個(gè)直線減摩軸承套到支撐桿上，將加壓板放置在試件上；通過調(diào)平水準(zhǔn)泡和調(diào)平螺栓調(diào)節(jié)平衡；安裝千分表并調(diào)零；將電阻應(yīng)變花上的導(dǎo)線與應(yīng)變采集儀相連接；把反力加載箱放到加壓板上，根據(jù)計(jì)算好的每一級的荷載向反力加載箱中加水，記錄千分表的讀數(shù)，當(dāng)48小時(shí)內(nèi)，變形不大于 0. OOlmm時(shí)，可認(rèn)為蠕變進(jìn)入穩(wěn)定階段，可加下一級荷載。本實(shí)用新型研究了一種可精確調(diào)平的低強(qiáng)度巖土材料單軸流變實(shí)驗(yàn)裝置，使得對低強(qiáng)度巖土材料的流變特性的研究變的更加方便。本實(shí)用新型解決了對低強(qiáng)度巖土材料的流變特性的測試問題，具有以下優(yōu)點(diǎn)1、本裝置適用于強(qiáng)度非常低的軟弱巖土材料；2、本裝置可以精確調(diào)平；3、開口型箱式直線軸承使加壓板與支撐桿之間的摩擦大大減小，緩沖保護(hù)裝置安
全可靠；4、過上部重物的重量來施加軸向壓力，因此整個(gè)試驗(yàn)過程中軸向壓力均處于定值，即完全穩(wěn)壓狀態(tài)；5、裝置工作原理簡單、操作方便，測量方法多樣，測試結(jié)果可靠，通用性較強(qiáng)，造價(jià)低廉。與張強(qiáng)勇設(shè)計(jì)的“一種軟弱巖土材料的單軸壓縮蠕變實(shí)驗(yàn)裝置及實(shí)驗(yàn)方法”(公開號CN101832896A，
公開日期2010. 09. 15)相比，本實(shí)用新型的測量精度更高，數(shù)據(jù)更準(zhǔn)確。

圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為分級加載條件下的單軸蠕變曲線。其中，1、調(diào)平螺栓；2、承壓板；3、球面盤；4、可調(diào)緩沖保護(hù)裝置；5、千分表；6、相似材料試件；7、電阻應(yīng)變花；8、開口型箱式直線軸承；9、支撐桿；10、水準(zhǔn)泡；11、加壓板；12、 連通水位計(jì)；13、反力加載水箱，14、應(yīng)變采集儀。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對本實(shí)用新型作進(jìn)一步的說明。[0027]—種低強(qiáng)度巖土材料單軸流變實(shí)驗(yàn)裝置，裝置呈三棱柱形，包括承壓板2、加壓板 11、可調(diào)緩沖保護(hù)裝置4、支撐桿9、開口型箱式直線減摩軸承8、球面盤3、反力加載水箱13 和千分表5，如圖1所示，其中，承壓板2的三個(gè)端點(diǎn)處均豎直設(shè)有支撐桿9，加壓板11的三個(gè)端點(diǎn)與支撐桿9的中部連接，可調(diào)緩沖保護(hù)裝置4設(shè)在承壓板2和加壓板11之間的支撐桿9上，起到試件破壞時(shí)保護(hù)千分表5的作用；承壓板2下方設(shè)有調(diào)平螺栓1，承壓板2上設(shè)有水準(zhǔn)泡10，調(diào)平螺栓1起到固定承壓板2和支撐桿9、調(diào)平承壓板2的作用，通過承壓板2三邊上的水準(zhǔn)泡10確定整個(gè)裝置是否水平；開口型箱式直線減摩軸承8固定于加壓板 11的定位孔上，并穿過支撐桿9，大幅度地減小了支撐桿9與加壓板11之間的摩擦，使荷載有效地傳遞到相似材料試件6上；球面盤3設(shè)在承壓板2上，反力加載水箱13設(shè)在加壓板 11上；千分表5放置在承壓板2上方。本實(shí)用新型的低強(qiáng)度巖土材料單軸流變實(shí)驗(yàn)裝置可分為支撐系統(tǒng)、調(diào)平系統(tǒng)、加載系統(tǒng)和量測系統(tǒng)四部分，其中，承壓板2、加壓板11、可調(diào)緩沖保護(hù)裝置4和支撐桿9組成支撐系統(tǒng)；調(diào)平螺栓1、水準(zhǔn)泡10和球面盤3組成調(diào)平系統(tǒng)；加壓板11、開口型箱式直線減摩軸承8和反力加載水箱13組成加載系統(tǒng)；放置在承壓板2上的千分表5，在使用時(shí)，對稱布置于相似材料試件6兩側(cè)，組成軸向位移量測系統(tǒng)，應(yīng)變片7和與其相連的應(yīng)變采集儀14 組成電阻應(yīng)變采集系統(tǒng)，電阻應(yīng)變采集系統(tǒng)和軸向位移量測系統(tǒng)組成量測系統(tǒng)。所述承壓板2為經(jīng)過精加工的高強(qiáng)度三角形板。所述加壓板11為經(jīng)過精加工的高強(qiáng)度三角形板，且加壓板三個(gè)角部設(shè)有定位孔， 通過強(qiáng)力膠連接有開口型箱式直線減摩軸承8。所述承壓板2的三條邊的中心位置分別用強(qiáng)力膠連接有水準(zhǔn)泡10。所述反力加載水箱13上安裝有帶刻度的連通水位計(jì)12。所述可調(diào)緩沖保護(hù)裝置4為韌性較強(qiáng)的橡膠圈，套接在加壓板11和承壓板2之間的支撐桿上。使用確定相似材料試件6的抗壓強(qiáng)度，進(jìn)一步確定加載的級數(shù)和每一級的荷載； 在相似材料試件6中部黏貼電阻應(yīng)變花7，并連接應(yīng)變采集儀14 ；將相似材料試件6放置在球面盤3的中心位置并將加壓板11的三個(gè)直開口型箱式直線減摩軸承8套到支撐桿9上， 將加壓板11放置在相似材料試件6上；通過水準(zhǔn)泡10和調(diào)平螺栓1調(diào)節(jié)平衡；安裝千分表 5并調(diào)零；將電阻應(yīng)變花7上的導(dǎo)線與應(yīng)變采集儀14相連接；把反力加載水箱13放到加壓板11上，根據(jù)計(jì)算好的每一級的荷載向反力加載水箱13中加水，記錄千分表5的讀數(shù)，當(dāng) 48小時(shí)內(nèi)，變形不大于0. OOlmm時(shí)，可認(rèn)為蠕變進(jìn)入穩(wěn)定階段，可加下一級荷載。采用本實(shí)用新型的儀器對鐵晶砂膠結(jié)巖土相似材料進(jìn)行了長時(shí)間的分級加載蠕變試驗(yàn)，得到了分級加載條件下的單軸蠕變曲線(圖2)，由圖2可以看出荷載水平越低，試件穩(wěn)定的時(shí)間越短，隨著荷載等級的增加，試塊穩(wěn)定時(shí)間逐漸增加，主要是因?yàn)樵嚰目紫吨饾u被壓縮，試件變的越來越密實(shí)。在低應(yīng)力水平下，存在明顯的減速蠕變階段和穩(wěn)態(tài)蠕變階段，在高應(yīng)力水平下，存在明顯的減速蠕變階段，穩(wěn)態(tài)蠕變階段和加速蠕變階段。
權(quán)利要求1.一種低強(qiáng)度巖土材料單軸流變實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于裝置呈三棱柱形，包括承壓板、加壓板、可調(diào)緩沖保護(hù)裝置、支撐桿、開口型箱式直線減摩軸承、球面盤、反力加載水箱和千分表，其中，承壓板的三個(gè)端點(diǎn)處均豎直設(shè)有支撐桿，加壓板的三個(gè)端點(diǎn)與支撐桿的中部連接；承壓板下方設(shè)有調(diào)平螺栓，承壓板上設(shè)有水準(zhǔn)泡；開口型箱式直線減摩軸承固定于加壓板的定位孔上，并穿過支撐桿；球面盤設(shè)在承壓板上，反力加載水箱設(shè)在加壓板上； 千分表放置在承壓板上方。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低強(qiáng)度巖土材料單軸流變實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于所述可調(diào)緩沖保護(hù)裝置為具有韌性的橡膠圈。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低強(qiáng)度巖土材料單軸流變實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于所述反力加載水箱上安裝有帶刻度的連通水位計(jì)。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種低強(qiáng)度巖土材料單軸流變實(shí)驗(yàn)裝置，使得對低強(qiáng)度巖土材料的流變特性的研究變的更加方便，結(jié)構(gòu)為裝置呈三棱柱形，包括承壓板、加壓板、可調(diào)緩沖保護(hù)裝置、支撐桿、開口型箱式直線減摩軸承、球面盤、反力加載水箱和千分表，其中，承壓板的三個(gè)端點(diǎn)處均豎直設(shè)有支撐桿，加壓板的三個(gè)端點(diǎn)與支撐桿的中部連接；承壓板下方設(shè)有調(diào)平螺栓，承壓板上設(shè)有水準(zhǔn)泡；開口型箱式直線減摩軸承固定于加壓板的定位孔上，并穿過支撐桿；球面盤設(shè)在承壓板上，反力加載水箱設(shè)在加壓板上；千分表放置在承壓板上方，具有工作原理簡單、操作方便、測試結(jié)果可靠、通用性較強(qiáng)、造價(jià)低廉等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號G01N3/10GK202177550SQ20112023461
公開日2012年3月28日 申請日期2011年7月5日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月5日
發(fā)明者劉欽, 周毅, 宋曙光, 李利平, 李術(shù)才, 胡聰 申請人:山東大學(xué)