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申请/专利权人：中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司

摘要：本发明公开的是岩石力学与工程领域的一种便携式岩体直接剪切测试装置及其剪切测试方法，包括可拆卸连接的液压系统、加压系统和数据采集终端，所述加压系统包括相对设置的上剪切盒和下剪切盒，所述上剪切盒的顶部设有竖直液压缸，竖直液压缸的推杆上设有拉绳与下剪切盒相连；所述上剪切盒和下剪切盒相对的两侧分别设有上水平液压缸和下水平液压缸，所述上水平液压缸和下水平液压缸的推杆上分别设有拉绳与下剪切盒和上剪切盒相连。本发明的有益效果是：方便携带，可在现场直接获取岩体进行剪切测试，减少了运输成本，此外，加压系统设计巧妙，结构简单，能适用于绝大部分规则或不规则的材料，具有应用范围广、控制系统完善、试验成果可靠等优点。

主权项：1.便携式岩体直接剪切测试装置，包括可拆卸连接的液压系统、加压系统和数据采集终端6，其特征是：所述加压系统包括相对设置的上剪切盒1和下剪切盒2，所述上剪切盒1的顶部设有竖直液压缸3，竖直液压缸3的推杆上设有拉绳31与下剪切盒2相连；所述上剪切盒1和下剪切盒2相对的两侧分别设有上水平液压缸4和下水平液压缸5，所述上水平液压缸4和下水平液压缸5的推杆上分别设有拉绳41，51与下剪切盒2和上剪切盒1相连；所述液压系统为竖直液压缸3、上水平液压缸4和下水平液压缸5提供液压动力，所述液压系统包括液压油箱7、液压脚踏器71，72和油管73，所述液压油箱7通过油管73经过液压脚踏器71，72后与竖直液压缸3、上水平液压缸4和下水平液压缸5相连；所述液压脚踏器包括两个，其中一个液压脚踏器71为竖直液压缸3供油，另一个液压脚踏器72同时为上水平液压缸4和下水平液压缸5供油；所述液压油箱7的回液端设有截止阀74，所述液压脚踏器71，72的进油端和出油端均设有单向阀75，出油端还设有压力表76，所述压力表76通过数据传输线61与数据采集终端6相连；所述数据采集终端6记录竖直液压缸3、上水平液压缸4和下水平液压缸5的加压数据，并进行分析计算；所述上水平液压缸4、下水平液压缸5和拉绳41，51的固定点均设置在所在剪切盒的开口边缘，所述竖直液压缸3、上水平液压缸4和下水平液压缸5的推杆端部均设有支挡板32，42，52，所述拉绳31，41，51中部夸过支挡板32，42，52端部的弧形凹槽后两端与剪切盒连接。

全文数据：便携式岩体直接剪切测试装置技术领域[0001]本发明涉及岩石力学与工程领域，尤其涉及一种便携式岩体直接剪切测试装置及其剪切测试方法。背景技术[0002]目前，针对岩石体的抗剪强度力学参数大部分是通过室内三轴压缩间接或直接剪切试验获取，如MTS刚性伺服试验机、真三轴压缩试验机及直接剪切仪如CN1632510A等，尽管其控制系统完善、试验成果可靠，但需要运输大量的岩样到室内，耗费大量的人力、物力及财力资源，而且对试件也需要加工成标准尺寸，不利于现场勘验。在水电水利等工程领域，现场直接剪切试验也在应用，其主要通过将拟试验的原位加工成所需断面，在原位施加荷载，从而获取抗剪强度。该方法的缺点是对场地空间、现场试验部位加工等要求较高，而且耗费巨大。再者，对断层泥、断裂破碎带及结构面等难以加工成标准尺寸的岩体，现有试验设备难以直接测得其抗剪强度。发明内容[0003]为克服现有直接剪切仪在实际应用中存在的上述不足，本发明所要解决的技术问题是:提供一种适用于现场快速获取岩石抗剪强度的便携式岩体直接剪切测试装置及其剪切测试方法。[0004]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：[0005]便携式岩体直接剪切测试装置，包括可拆卸连接的液压系统、加压系统和数据采集终端，所述加压系统包括相对设置的上剪切盒和下剪切盒，所述上剪切盒的顶部设有竖直液压缸，竖直液压缸的推杆上设有拉绳与下剪切盒相连；[0006]所述上剪切盒和下剪切盒相对的两侧分别设有上水平液压缸和下水平液压缸，所述上水平液压缸和下水平液压缸的推杆上分别设有拉绳与下剪切盒和上剪切盒相连；[0007]所述液压系统为竖直液压缸、上水平液压缸和下水平液压缸提供液压动力；[0008]所述数据采集终端记录竖直液压缸、上水平液压缸和下水平液压缸的加压数据，并进行分析计算。[0009]进一步的是，所述上水平液压缸、下水平液压缸和拉绳的固定点均设置在所在剪切盒的开口边缘。[0010]进一步的是，所述竖直液压缸、上水平液压缸和下水平液压缸的推杆端部均设有支挡板，所述拉绳中部夸过支挡板端部的弧形凹槽后两端与剪切盒连接。[0011]进一步的是，所述支挡板的宽度与绕过其两侧的拉绳的两个固定点的距离相同。[0012]进一步的是，所述液压系统包括液压油箱、液压脚踏器和油管，所述液压油箱通过油管经过液压脚踏器后与竖直液压缸、上水平液压缸和下水平液压缸相连，所述液压脚踏器包括两个，一个为竖直液压缸供油，另一个同时为上水平液压缸和下水平液压缸供油，所述液压油箱的回液端设有截止阀，所述液压脚踏器的进油端和出油端均设有单向阀，出油端还设有压力表，所述压力表通过数据传输线与数据采集终端相连。[0013]采用该便携式岩体直接剪切测试装置进行剪切测试的方法，包括以下步骤：[0014]a、将拆分后运至现场的液压系统、加压系统和数据采集终端进行连接，并对设备进行校验调零；[0015]b、将需要测试的岩石试件加工成标准尺寸后放置于上剪切盒和下剪切盒内；[0016]c、首先通过液压脚踏器对竖直液压缸施加压力，使上下剪切盒压紧试件并保持恒定，然后通过液压脚踏器同时对上水平液压缸和下水平液压缸施加压力，使上剪切盒与下剪切盒在水平方向上错动，直至岩石试件被压坏，此过程利用数据采集终端记录的数据，来获取岩体破坏时的轴向及水平向压力；[0017]d、按步骤c的方式进行4〜6组测试，对水平向压力进行拟合即可获取岩体的抗剪强度；[0018]e、完成测试后，拆解液压系统、加压系统和数据采集终端进行存放或携带至下处试验场地。[0019]进一步的是，对于难以加工成型的断层泥、断裂破碎带等岩体试件，首先将刷过脱离剂的下剪切盒放入素混凝土，然后将不规则的岩体试件放置在下剪切盒内，去处多余的混凝土保持其与下剪切盒表面齐平;待下剪切盒内的混凝土达到初凝强度后，在上剪切盒内刷过脱离剂后放置素混凝土，将下剪切盒露出的岩体试件放入上剪切盒，并去处多余的混泥土保持其与上剪切盒表面齐平，达到初凝后，取出混凝土和岩体的混合试件备用。[0020]本发明的有益效果是:通过设置可拆解的液压系统、加压系统和数据采集终端，方便携带，可在现场直接获取岩体进行剪切测试，减少了搬运岩样所需的人力物力和运输成本，此外，加压系统设计巧妙，结构简单，能适用于绝大部分规则或不规则的材料，具有应用范围广、控制系统完善、试验成果可靠等优点。附图说明[0021]图1是本发明结构示意图。[0022]图2是本发明加压系统结构俯视图。[0023]图3是本发明加压系统结构侧视图。[0024]图4是剪切试件的制作示意图。[0025]图中标f为，1-上剪切盒，2-下剪切盒，3-竖直液压缸，4-上水平液压缸，5-下水平液压缸，6-数据采集终端，7-液压油箱，8-岩体试件，9-素混凝土，31-拉绳，32-支挡板，41-拉绳，42-支挡板，51-拉绳，52-支挡板，61-数据线，71-液压脚踏器，72-液压脚踏器，73-油管，74-截止阀，75-单向阀，76-压力表。具体实施方式[0026]下面结合附图对本发明进一步说明。[0027]如图I图2、图3所示，本发明的便携式岩体直接剪切测试装置，包括可拆卸连接的液压系统、加压系统和数据采集终端6,所述加压系统包括相对设置的上剪切盒〖和下剪切盒2,所述上剪切盒1的顶部设有竖直液压缸3,竖直液压缸3的推杆上设有拉绳31与下剪切盒2相连；[0028]所述上剪切盒1和下剪切盒2相对的两侧分别设有上水平液压缸4和下水平液压缸5,所述上水平液压缸4和下水平液压缸5的推杆上分别设有拉绳41，42与下剪切盒1和上剪切盒2相连；[0029]所述液压系统为竖直液压缸3、上水平液压缸4和下水平液压缸5提供液压动力；[0030]所述数据采集终端6记录竖直液压缸3、上水平液压缸4和下水平液压缸5的加压数据，并进行分析计算。[0031]其中，上剪切盒1与下剪切盒2用于放置岩体试件8,竖直液压缸3通过伸出推杆来拉紧上下剪切盒，而上水平液压缸4和下水平液压缸5的推杆在伸出的过程中，能够使得上剪切盒1与下剪切盒2在水平方向上朝相反方向移动，从而对盒内的岩体试件8施加直接剪切力，直到试件被破坏，即可得到该试件的抗剪切强度。传统的剪切测试装置，一般都为固定的框架结构，且放置在室内，不能拆分和转移，并且结构较为复杂，需要额外的支架或支撑结构。而本装置可分解成多个部分，方便携带，能直接带至现场进行测试，且结构简单，灵活可靠，几乎适用于任何岩体材料的剪切测试。[0032]由于上剪切盒1和下剪切盒2没有其它固定装置，而上水平液压缸4和下水平液压缸5在施加作用力时力矩不平衡，将导致上下剪切盒发生旋转，为了降低力矩影响，将所述上水平液压缸4、下水平液压缸5和拉绳41，51的固定点均设置在所在剪切盒的开口边缘，同时，该方式还可减少两个水平液压缸在竖直方向上的分力，使作用力集中在水平方向上。[0033]所述拉绳31，41，51可通过直接固定的方式连在推杆与剪切盒之间，为了便于拆卸和使受力平衡，在所述竖直液压缸3、上水平液压缸4和下水平液压缸5的推杆端部均设有支挡板32，42，52，所述拉绳31，41，51中部夸过支挡板32，42，52端部的弧形凹槽后两端与剪切盒连接。该结构可在拆卸时使推杆轻松脱离拉绳，而加压时支挡板可分散受力，对推杆和拉绳起到一定保护作用。[0034]进一步的，所述支挡板32,42,52的宽度与绕过其两侧的拉绳31，41，51的两个固定点的距尚相同。如图2所不，最好将拉绳31，41，51的固定点设置在剪切盒的前后面上，支挡板32，42，52的宽度也就为剪切盒的宽度，这样设置可避免拉绳与剪切盒发生接触挤压，同时减少拉绳作用力的分力损耗。[0035]为了达到便携的目的，所述液压系统包括可拆卸连接的液压油箱7、液压脚踏器71，72和油管73，所述液压油箱7通过油管73经过液压脚踏器n，72后与竖直液压缸3、上水平液压缸4和下水平液压缸5相连，所述液压脚踏器包括两个，其中一个液压脚踏器71为竖直液压缸3供油，另一个液压脚踏器72同时为上水平液压缸4和下水平液压缸5供油，具体连接关系如图1所示。所述液压油箱7的回液端设有截止阀74,所述液压脚踏器71，72的进油端和出油端均设有单向阀75，出油端还设有压力表76，所述压力表76通过数据传输线61与数据采集终端6相连。液压脚踏器71，72用于将液压油箱7中的液压油送入各液压缸中，两个单向阀75可使液压油只能从液压油箱7到液压脚踏器71，72,不能反向流动。而截至阀74在加压时处于关闭状态，测试完成后再打开使液压缸中的液压油回流。压力表76能直接反应各液压缸推杆对拉绳的推拉，因此记录压力表数字并对其进行必要处理，即可得到准确的剪切力。[0036]利用该装置进行剪切测试的方法，包括以下步骤：[0037]a、将拆分后运至现场的液压系统、加压系统和数据采集终端6进行连接，并对设备进行校验调零；[0038]b、将需要测试的岩石试件S加工成标准尺寸后放置于上剪切盒1和下剪切盒2内；[0039]c、首先通过液压脚踏器71对竖直液压缸3施加压力，使上下剪切盒压紧试件并保持恒定，然后通过液压脚踏器72同时对上水平液压缸4和下水平液压缸5施加压力，使上剪切盒1与下剪切盒2在水平方向上错动，直至岩石试件8被压坏，此过程利用数据采集终端6记录的数据，来获取岩体破坏时的轴向及水平向压力；[0040]d、按步骤c的方式进行4〜6组测试，对水平向压力进行拟合即可获取岩体的抗剪强度；[0041]e、完成测试后，拆解液压系统、加压系统和数据采集终端进行存放或携带至下处试验场地。[0042]对于一些难以加工成型的断层泥、断裂破碎带等岩体试件8,可按照图4所示的方式制作混合试件，具体操作为:首先在刷过脱离剂的下剪切盒2放入素混凝土9,然后将不规则的岩体试件8放置在下剪切盒2内，去处多余的混凝土保持其与下剪切盒2表面齐平;待下剪切盒2内的混凝土达到初凝强度后，在上剪切盒1内刷过脱离剂后放置素混凝土9,将下剪切2盒露出的岩体试件8放入上剪切盒1，并去处多余的混泥土保持其与上剪切盒1表面齐平，达到初凝后，取出混凝土和岩体的混合试件备用。[0043]本发明通过设置可拆解的液压系统、加压系统和数据采集终端，方便携带，可在现场直接获取岩体进行剪切测试，减少了搬运岩样所需的人力物力和运输成本，此外，加压系统设计巧妙，结构简单，能适用于绝大部分规则或不规则的材料，具有应用范围广、控制系统完善、试验成果可靠等优点，具有很好的实用性和应用前景。

权利要求：1.便携式岩体直接剪切测试装置，包括可拆卸连接的液压系统、加压系统和数据采集终端6，其特征是：所述加压系统包括相对设置的上剪切盒（1和下剪切盒2，所述上剪切盒（D的顶部设有竖直液压缸3，竖直液压缸3的推杆上设有拉绳31与下剪切盒2相连；所述上剪切盒（1和下剪切盒2相对的两侧分别设有上水平液压缸4和下水平液压缸5，所述上水平液压缸4和下水平液压缸⑸的推杆上分别设有拉绳41，51与下剪切盒⑵和上剪切盒⑴相连；所述液压系统为竖直液压缸3、上水平液压缸和下水平液压缸5提供液压动力；所述数据采集终端6记录竖直液压缸3、上水平液压缸4和下水平液压缸⑸的加压数据，并进行分析计算。2.如权利要求1所述的便携式岩体直接剪切测试装置，其特征是：所述上水平液压缸4、下水平液压缸5和拉绳41，51的固定点均设置在所在剪切盒的开口边缘。3.如权利要求1所述的便携式岩体直接剪切测试装置，其特征是:所述竖直液压缸3、上水平液压缸⑷和下水平液压缸⑸的推杆端部均设有支挡板32,42,52，所述拉绳31，41，51中部夸过支挡板32,42,52端部的弧形凹槽后两端与剪切盒连接。4.如权利要求3所述的便携式岩体直接剪切测试装置，其特征是:所述支挡板32，42，52的宽度与绕过其两侧的拉绳31，41，51的两个固定点的距离相同。5.如权利要求1〜4任意一项权利要求所述的便携式岩体直接剪切测试装置，其特征是:所述液压系统包括液压油箱7、液压脚踏器71，72和油管73，所述液压油箱7通过油管（73经过液压脚踏器71，72后与竖直液压缸3、上水平液压缸4和下水平液压缸⑸相连;所述液压脚踏器包括两个，其中一个液压脚踏器71为竖直液压缸⑶供油，另一个液压脚踏器72同时为上水平液压缸4和下水平液压缸5供油；所述液压油箱7的回液端设有截止阀74，所述液压脚踏器71，72的进油端和出油端均设有单向阀75，出油端还设有压力表C76，所述压力表76通过数据传输线61与数据采集终端6相连。6.采用如权利要求5所述便携式岩体直接剪切测试装置进行剪切测试的方法，其特征是，包括以下步骤：a、将拆分后运至现场的液压系统、加压系统和数据采集终端6进行连接，并对设备进行校验调零；b、将需要测试的岩石试件（S加工成标准尺寸后放置于上剪切盒（1和下剪切盒（2内；c、首先通过液压脚踏器H对竖直液压缸3施加压力，使上下剪切盒压紧岩石试件⑻并保持恒定，然后通过另一个液压脚踏器72同时对上水平液压缸4和下水平液压缸⑸施加压力，使上剪切盒1与下剪切盒2在水平方向上错动，直至岩石试件8被压坏，此过程利用数据采集终端6记录的数据，来获取岩体破坏时的轴向及水平向压力；d、按步骤c的方式进行4〜6组测试，对水平向压力进行拟合即可获取岩体的抗剪强度；e、芫成测试后，拆解液压系统、加压系统和数据采集终端6进行存放或携带至下处试验场地。7.如权利要求6所述剪切测试方法，其特征是:对于难以加工成型的断层泥、断裂破碎带等岩体试件，首先将刷过脱离剂的下剪切盒2放入素混凝土9，然后将不规则的岩体fW取直另力皿、内，去处多余的混凝土保持其与下剪切盒⑵表面齐平;待下剪刀盒⑵内的混凝土达到初凝强度后，在上剪切盒⑴内刷过脱离剂后放置素混凝土⑼，将下剪切盒⑵露出的岩体试件放入上剪切盒1，并去处多余的混泥土保持其与上剪切盒⑴表面齐平，达到初凝后，取出混凝土和岩体的混合试件备用。

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