一種用于巖石節(jié)理剪切蠕變-沖擊試驗(yàn)的加載裝置
1.本發(fā)明屬于巖石剪切試驗(yàn)技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種用于巖石節(jié)理剪切蠕變-沖擊試驗(yàn)的加載裝置。
背景技術(shù)：
2.隨著經(jīng)濟(jì)與科技的高速發(fā)張，基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)正以前所未有的速度開展，隧道開挖必須考慮山體圍巖的蠕變效應(yīng)。爆破目前依然是主要開挖方式之一，其沖擊作用對巖體穩(wěn)定性的影響是開挖作業(yè)必須加以考慮的因素。自然界的巖石多含節(jié)理，深入研究含結(jié)構(gòu)面巖石的蠕變尤其是剪切蠕變和沖擊荷載下的特性，對于研究深部隧洞或地下工事的安全是非常重要的。
3.專利cn110687272a公布了一種基于地?zé)衢_采的巖石節(jié)理面剪切滲流試驗(yàn)裝置及試驗(yàn)方法，該裝置通過法向加載裝置對巖石試樣的頂面施加靜態(tài)或者動(dòng)態(tài)的法向力，以模擬地?zé)衢_采過程中斷層所承受的靜態(tài)或者動(dòng)態(tài)的法向力；通過剪切加載裝置在剪切方向?qū)ο录羟邢涫┘酉鄬ι霞羟邢溥\(yùn)動(dòng)或者運(yùn)動(dòng)趨勢的剪切力，以模擬地?zé)衢_采過程中斷層所承受的剪切力，剪切加載通過液壓組件提供施力，液壓組件組件在運(yùn)作過程中由于油泵的壓力驅(qū)動(dòng)，加載控制的荷載不穩(wěn)定，從而使加載過程中剪切力不穩(wěn)定，使實(shí)驗(yàn)的結(jié)果不精準(zhǔn)，同時(shí)液壓組件成本較高，操作繁瑣，降低了加載裝置的實(shí)際使用效果。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
4.本發(fā)明的目的在于現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點(diǎn)，設(shè)計(jì)提供一種用于巖石節(jié)理剪切蠕變-沖擊試驗(yàn)的加載裝置。
5.為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所述用于巖石節(jié)理剪切蠕變-沖擊試驗(yàn)的加載裝置包括齒輪固定板、承臺(tái)壓盤、伸縮桿、剪力加載桿和擺錘支撐架，齒輪固定板左側(cè)上端轉(zhuǎn)動(dòng)安裝有同軸可調(diào)倍率擴(kuò)力齒輪軸，同軸可調(diào)倍率擴(kuò)力齒輪軸最前側(cè)固定安裝有同軸可調(diào)倍率擴(kuò)力齒輪小徑輪，同軸可調(diào)倍率擴(kuò)力齒輪小徑輪后側(cè)固定安裝有同軸可調(diào)倍率擴(kuò)力齒輪中徑輪，同軸可調(diào)倍率擴(kuò)力齒輪中徑輪后側(cè)固定安裝有同軸可調(diào)倍率擴(kuò)力齒輪大徑輪，齒輪固定板右側(cè)上端開設(shè)有滑槽，滑槽內(nèi)部嵌裝有齒條收放輪，齒條收放輪側(cè)壁繞裝有齒條且齒條左端下側(cè)固定連接砝碼，齒輪固定板中心轉(zhuǎn)動(dòng)安裝有反轉(zhuǎn)齒輪軸，反轉(zhuǎn)齒輪軸側(cè)壁套裝有反轉(zhuǎn)齒輪，齒輪固定板右側(cè)下端轉(zhuǎn)動(dòng)安裝有同軸擴(kuò)力齒輪軸，同軸擴(kuò)力齒輪軸前側(cè)套裝有同軸擴(kuò)力齒輪小徑齒輪，同軸擴(kuò)力齒輪小徑齒輪后側(cè)固定安裝有同軸擴(kuò)力齒輪大徑齒輪，伸縮桿安裝在齒輪固定板前側(cè)，伸縮桿下端安裝可調(diào)節(jié)的伸縮限位卡，伸縮桿上端轉(zhuǎn)動(dòng)安裝有滾輪，剪力加載桿前后側(cè)開設(shè)有防脫落滾輪槽且滾輪滑嵌在防脫落滾輪槽內(nèi)，承臺(tái)壓盤固定安裝在伸縮桿右側(cè)地面，承臺(tái)壓盤上端插裝有下剪切盒，下剪切盒上端安裝有上剪切盒且前側(cè)安裝有應(yīng)變片，上剪切盒上側(cè)安裝有滾軸，承臺(tái)壓盤兩側(cè)地面固定安裝有豎向支柱，豎向支柱側(cè)壁嚙合套裝有限位螺母，限位螺母外壁套裝有壓板，壓板中心固定安裝有液壓軸力加載機(jī)，液壓軸力加載機(jī)下端固定連接有壓盤，下剪切盒右側(cè)外壁固定連接有
空心套管，空心套管左側(cè)壁固定安裝有半球凹面撞擊板，空心套管上側(cè)固定安裝有測速器，空心套管的右端固定安裝有限位剛體，限位剛體內(nèi)部設(shè)置有鋼球?qū)к墸撉驅(qū)к売叶丝诜胖糜袖撉颍撉驅(qū)к壓髠?cè)地面固定安裝有擺錘支撐架，擺錘支撐架前側(cè)通過擺線連接有撞錘。
6.優(yōu)選的：所述齒條的齒塊與同軸可調(diào)倍率擴(kuò)力齒輪中徑輪或者同軸可調(diào)倍率擴(kuò)力齒輪大徑輪的齒塊皆相互嚙合。
7.優(yōu)選的：所述剪力加載桿上側(cè)設(shè)有齒塊與同軸擴(kuò)力齒輪小徑齒輪側(cè)壁齒塊相互嚙合。
8.優(yōu)選的：所述空心套管的直徑尺寸與鋼球的直徑尺寸相互吻合。
9.優(yōu)選的：所述豎向支柱外壁設(shè)有與限位螺母內(nèi)壁螺紋相互嚙合的螺紋。
10.優(yōu)選的：所述滾輪的直徑尺寸與防脫落滾輪槽的直徑相互吻合。
11.與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：機(jī)械式的加載裝置造價(jià)低、操作簡單，并且這種方式能保證施加的剪切應(yīng)力始終恒定，彌補(bǔ)了油泵加載控制產(chǎn)生的荷載不穩(wěn)定的缺點(diǎn)，同時(shí)沖擊加載裝置可提供與剪力同向的沖擊荷載，其原理簡單，可量化度高，與動(dòng)力加載桿方式相比，受波在桿中傳播時(shí)的彌散效應(yīng)影響小，提高了精準(zhǔn)效果。
附圖說明
12.圖1為本發(fā)明的主體結(jié)構(gòu)正視剖面圖；
13.圖2為本發(fā)明所述剪力加載桿的局部結(jié)構(gòu)圖；
14.圖3為本發(fā)明同軸擴(kuò)力齒輪小徑齒輪和同軸擴(kuò)力齒輪大徑齒輪局部立體圖。
15.圖中：
16.1、同軸可調(diào)倍率擴(kuò)力齒輪軸；2、滑槽；3、齒條收放輪；4、齒條；5、砝碼；6、剪力加載桿；7、同軸可調(diào)倍率擴(kuò)力齒輪小徑輪；8、同軸可調(diào)倍率擴(kuò)力齒輪中徑輪；9、同軸可調(diào)倍率擴(kuò)力齒輪大徑輪；10、反轉(zhuǎn)齒輪；11、反轉(zhuǎn)齒輪軸；12、同軸擴(kuò)力齒輪軸；13、同軸擴(kuò)力齒輪小徑齒輪；14、同軸擴(kuò)力齒輪大徑齒輪；15、伸縮桿；16、液壓軸力加載機(jī)；17、限位螺母；18、壓板；19、豎向支柱；20、滾軸；21、壓盤；22、上剪切盒；23、下剪切盒；24、應(yīng)變片；25、測速器；26、承臺(tái)壓盤；27、半球凹面撞擊板；28、伸縮限位卡；29、空心套管；30、限位剛體；31、擺錘支撐架；32、鋼球；33、滾輪；34、防脫落滾輪槽；35、撞錘；36、齒輪固定板；37、鋼球?qū)к墶?br>具體實(shí)施方式
17.下面通過實(shí)施例并結(jié)合附圖對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述。
18.實(shí)施例：
19.本實(shí)施例所述用于巖石節(jié)理剪切蠕變-沖擊試驗(yàn)的加載裝置的結(jié)構(gòu)如圖1-3所示，包括齒輪固定板36、承臺(tái)壓盤26、伸縮桿15、剪力加載桿6和擺錘支撐架31，齒輪固定板36左側(cè)上端轉(zhuǎn)動(dòng)安裝有同軸可調(diào)倍率擴(kuò)力齒輪軸1，同軸可調(diào)倍率擴(kuò)力齒輪軸1最前側(cè)固定安裝有同軸可調(diào)倍率擴(kuò)力齒輪小徑輪7，同軸可調(diào)倍率擴(kuò)力齒輪小徑輪7后側(cè)固定安裝有同軸可調(diào)倍率擴(kuò)力齒輪中徑輪8，同軸可調(diào)倍率擴(kuò)力齒輪中徑輪8后側(cè)固定安裝有同軸可調(diào)倍率擴(kuò)力齒輪大徑輪9，齒輪固定板36右側(cè)上端開設(shè)有滑槽2，所述滑槽2內(nèi)部嵌裝有齒條收放輪3，述齒條收放輪3側(cè)壁繞裝有齒條4且齒條4左端下側(cè)固定連接砝碼5，齒輪固定板36中心轉(zhuǎn)動(dòng)
安裝有反轉(zhuǎn)齒輪軸11，反轉(zhuǎn)齒輪軸11側(cè)壁套裝有反轉(zhuǎn)齒輪10，齒輪固定板36右側(cè)下端轉(zhuǎn)動(dòng)安裝有同軸擴(kuò)力齒輪軸12，同軸擴(kuò)力齒輪軸12前側(cè)套裝有同軸擴(kuò)力齒輪小徑齒輪13，同軸擴(kuò)力齒輪小徑齒輪13后側(cè)固定安裝有同軸擴(kuò)力齒輪大徑齒輪14，伸縮桿15安裝在齒輪固定板36前側(cè)，伸縮桿15下端安裝可調(diào)節(jié)的伸縮限位卡28，伸縮桿15上端轉(zhuǎn)動(dòng)安裝有滾輪33，剪力加載桿6前后側(cè)開設(shè)有防脫落滾輪槽34且滾輪33滑嵌在防脫落滾輪槽34內(nèi)，承臺(tái)壓盤26固定安裝在伸縮桿15右側(cè)地面，承臺(tái)壓盤26上端插裝有下剪切盒23，下剪切盒23上端安裝有上剪切盒22且前側(cè)安裝有應(yīng)變片24，上剪切盒22上側(cè)安裝有滾軸20，承臺(tái)壓盤26兩側(cè)地面固定安裝有豎向支柱19，豎向支柱19側(cè)壁嚙合套裝有限位螺母17，限位螺母17外壁套裝有壓板18，壓板18中心固定安裝有液壓軸力加載機(jī)16，液壓軸力加載機(jī)16下端固定連接有壓盤21，下剪切盒23右側(cè)外壁固定連接有空心套管29，所述空心套管29左側(cè)壁固定安裝有半球凹面撞擊板27，空心套管29上側(cè)固定安裝有測速器25，空心套管29的右端固定安裝有限位剛體30，限位剛體30內(nèi)部設(shè)置有鋼球?qū)к?7，鋼球?qū)к?7右端口放置有鋼球32，鋼球?qū)к?7后側(cè)地面固定安裝有擺錘支撐架31，擺錘支撐架31前側(cè)通過擺線連接有撞錘35；齒條4的齒塊與同軸可調(diào)倍率擴(kuò)力齒輪中徑輪8或者同軸可調(diào)倍率擴(kuò)力齒輪大徑輪9的齒塊皆相互嚙合；便于高效的驅(qū)動(dòng)形成剪力；剪力加載桿6上側(cè)設(shè)有齒塊與同軸擴(kuò)力齒輪小徑齒輪13側(cè)壁齒塊相互嚙合；使剪力加載桿6高效的運(yùn)作使用；空心套管29的直徑尺寸與鋼球32的直徑尺寸相互吻合；便于鋼球32更加穩(wěn)定的移動(dòng)進(jìn)行；豎向支柱19外壁設(shè)有與限位螺母17內(nèi)壁螺紋相互嚙合的螺紋；便于根據(jù)需要調(diào)節(jié)下壓組件的高度；滾輪33的直徑尺寸與防脫落滾輪槽34的直徑相互吻合；使剪力加載桿6移動(dòng)更加穩(wěn)定。
20.本實(shí)施例的工作流程及原理：齒條4自齒條收放輪3放出，與同軸可調(diào)倍率擴(kuò)力齒輪大徑輪9的齒咬合，與齒條4連接的砝碼5的重力通過齒條4傳遞給同軸可調(diào)倍率擴(kuò)力齒輪大徑輪9，同軸可調(diào)倍率擴(kuò)力齒輪大徑輪9通過嚙合效果獲得切線方向的逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)力，帶動(dòng)同軸可調(diào)倍率擴(kuò)力齒輪小徑輪7轉(zhuǎn)動(dòng)，同軸可調(diào)倍率擴(kuò)力齒輪小徑輪7嚙合帶動(dòng)反轉(zhuǎn)齒輪10以反轉(zhuǎn)齒輪軸11為軸順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，反轉(zhuǎn)齒輪10帶動(dòng)同軸擴(kuò)力齒輪大徑齒輪14逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，于是逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)的同軸擴(kuò)力齒輪小徑齒輪13嚙合帶動(dòng)剪力加載桿6向試塊方向移動(dòng)，伸縮限位卡28調(diào)節(jié)伸縮桿15的伸長高度，使?jié)L輪33嵌于剪力加載桿6兩側(cè)的防脫落滾輪槽34內(nèi)，從而使同軸擴(kuò)力齒輪小徑齒輪13帶動(dòng)剪力加載桿6向右移動(dòng)進(jìn)入上剪切盒22內(nèi)的試塊更加穩(wěn)定的移動(dòng)，通過扭動(dòng)限位螺母17使其在豎向支柱19外部嚙合調(diào)節(jié)壓板18的高度位置從而調(diào)節(jié)液壓軸力加載機(jī)16的高度位置，液壓軸力加載機(jī)16向下對壓盤21下壓在上剪切盒22上側(cè)的滾軸20上側(cè)，從而將壓力傳遞給上剪切盒22，調(diào)整擺錘支撐架31高度，以使撞錘35可以水平角度擊中鋼球32，使得鋼球32沿鋼球?qū)к?7射入限位剛體30的預(yù)留孔洞，孔洞半徑略大于鋼球32半徑，孔洞另一側(cè)與空心套管29密接，空心套管29上方鉆孔裝設(shè)測速器25探頭，穿空心套筒29與限位剛體30預(yù)留孔采用另置薄壁小套筒，并且封以密合劑，鋼球32入射經(jīng)過測速器25時(shí)速度被測速器25捕捉并記錄，據(jù)此測算入射動(dòng)能，合理選擇半球凹面撞擊板27廣義波阻抗使之與鋼球32廣義波阻抗相等可使鋼球32沖擊動(dòng)能被完美傳遞給試塊，并且此時(shí)鋼球32不會(huì)回彈，也可測量鋼球32回彈速度，據(jù)此測算剩余動(dòng)能、入射動(dòng)能與剩余動(dòng)能之差，即為輸入沖擊動(dòng)能。
21.實(shí)施例2：
22.本實(shí)施例將將齒條收放輪3沿滑槽2調(diào)整位置至滑槽2底部，此時(shí)齒條4與同軸可調(diào)
倍率擴(kuò)力齒輪中徑輪8齒接，由此可降低擴(kuò)力倍數(shù)，其余與實(shí)施例1相同，通過同軸齒輪內(nèi)外徑的不同，小徑輪半徑為l1大徑輪半徑為l2利用杠桿原理解釋即為f1l1＝f2l2，由于l1《l2則大輪輸入力f2經(jīng)小輪輸出時(shí)變?yōu)閿U(kuò)大了倍，實(shí)施例1中大輪直徑為小輪8倍，經(jīng)兩級(jí)擴(kuò)力可擴(kuò)力約64倍，實(shí)施例2中中徑輪直徑為小輪4倍，經(jīng)兩級(jí)擴(kuò)力可擴(kuò)力約32倍。
23.以上內(nèi)容是結(jié)合具體實(shí)施方式對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明，不能認(rèn)定本發(fā)明具體實(shí)施只局限于這些說明，對于本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明的構(gòu)思的前提下，還可以作出若干簡單的推演或替換，都應(yīng)當(dāng)視為屬于本發(fā)明所提交的權(quán)利要求書確定的保護(hù)范圍。
