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专利号: 2019113754940
申请人: 中国矿业大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 测量;测试
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种智能化岩体蠕变剪切试验机,其特征在于,包括机体框架装置、剪切装置与动力系统、制热-冷冻系统和数据智能采集分析系统;

机体框架装置包括机体底座(5)、机体承台(6)、立柱(7)和横板(8),立柱(7)底端与机体底座(5)固定连接,立柱(7)顶端通过横板销钉(9)与横板(8)连接,位于立柱(7)的中部位置设有机体承台(6);

剪切装置与动力系统包括剪切盒、试样顶盖(13)、压力传感器(15)、位移传感器(16)、剪切油缸(17)、垂压油缸(18)、剪切油缸伺服电动机(19)、剪切油缸液压泵(20)、垂压油缸伺服电动机(21)、垂压油缸液压泵(22)、液压油箱(24)、压力继电器(25)、伺服电动机组调节器(26)、标准砝码(28)、定滑轮(29)和剪切牵引绳(30);

剪切盒包括上剪切盒(10)和下剪切盒(11),下剪切盒(11)为底端封闭顶端开放的双层壁结构,下剪切盒(11)底端放置在机体承台(6)上,上剪切盒(10)的上下两端均为开放结构,上剪切盒(10)底端与下剪切盒(11)的内层壁通过螺钉连接,上剪切盒(10)和下剪切盒(11)围成的剪切空间中设有试样顶盖(13),机体承台(6)上设有定滑轮(29),剪切牵引绳(30)一端与上剪切盒(10)的一侧外壁连接,另一侧绕过定滑轮(29)后悬挂有标准砝码(28),与设置定滑轮(29)相反一侧的机体承台(6)上设有传感器支架(2),传感器支架(2)上设有压力传感器(15)和位移传感器(16),上剪切盒(10)的另一侧外壁与压力传感器(15)和位移传感器(16)连接;

与设置定滑轮(29)同侧方向设置剪切油缸(17),剪切油缸(17)底座与立柱(7)连接,剪切油缸(17)活塞杆与下剪切盒(11)的外层壁外侧连接,垂压油缸(18)的底座与横板(8)连接,垂压油缸(18)的活塞杆底端设有垂压加载轴(23),垂压加载轴(23)的轴线与试样顶盖(13)的中线重合;

剪切油缸液压泵(20)、垂压油缸液压泵(22)分别通过剪切油缸伺服电动机(19)、垂压油缸伺服电动机(21)与伺服电动机组调节器(26)电连接,剪切油缸(17)通过液压油管(27)经剪切油缸液压泵(20)与液压油箱(24)连通,垂压油缸(18)通过液压油管(27)经垂压油缸液压泵(22)与液压油箱(24)连通;

制热-冷冻系统包括剪切环境试验箱(31)、加湿器(33)和制热-冷冻器(35),剪切环境试验箱(31)设置在机体承台(6)上,罩在剪切盒的外部,剪切环境试验箱(31)顶部开设一个供垂压加载轴(23)穿过的孔,剪切环境试验箱(31)一侧面开设两个孔,分别供剪切油缸(17)和剪切牵引绳(30)穿过,剪切环境试验箱(31)另一侧面开设一个供压力传感器(15)和位移传感器(16)穿过的孔;加湿器(33)和制热-冷冻器(35)位于剪切环境试验箱(31)外部,加湿器(33)通过加湿管(32)与剪切环境试验箱(31)内部连通,剪切环境试验箱(31)侧壁的内部设有制热-冷冻管路(36),制热-冷冻管路(36)两端均与制热-冷冻器(35)连通;

数据智能采集分析系统包括终端采集处理器(4)和数据传输导线(37),压力传感器(15)、位移传感器(16)和伺服电动机组调节器(26)分别通过数据传输导线(37)与终端采集处理器(4)电连接。

2.根据权利要求1所述的一种智能化岩体蠕变剪切试验机,其特征在于:所述的制热-冷冻管路(36)呈螺旋盘绕式设置在剪切环境试验箱(31)侧壁的内部。

3.根据权利要求1所述的一种智能化岩体蠕变剪切试验机,其特征在于:所述的位于剪切环境试验箱(31)内部的加湿管(32)的端部设有加湿头(34)。

4.根据权利要求1所述的一种智能化岩体蠕变剪切试验机,其特征在于:所述的垂压加载轴(23)底端为内嵌式滚珠结构。

5.一种如权利要求1-4所述的一种智能化岩体蠕变剪切试验机的剪切试验方法,其特征在于:在剪切盒中放置试样(12),试样顶盖(13)放置在试样(12)顶面,垂压加载轴(23)底端抵住试样顶盖(13),对试样顶盖(13)垂直施压;

标准砝码(28)通过剪切牵引绳(30)、定滑轮(29)牵引上剪切盒(10)向标准砝码(28)一侧运动,下剪切盒(11)与标准砝码(28)同侧的受力点与剪切油缸(17)的活塞杆刚性接触保持不动,上剪切盒(10)与下剪切盒(11)的相对移动向标准砝码(28)一侧剪切试样(12),上剪切盒(10)的位移被位移传感器(16)实时传递至终端采集处理器(4);标准砝码(28)利用其重量提供恒定剪切力f,该试验测定在恒定剪切力f作用下试样(12)的变形量、变形速度和加速度数据;垂压油缸(18)对同一组的多个试样(12)分别施加不同的法向荷载σ,每个试样(12)的剪切试验得到的变形量、变形速度和加速度数据,由终端采集处理器(4)收集分析,确定试样(12)的剪切蠕变破坏规律;

剪切油缸(17)的活塞杆伸长推动下剪切盒(11)运动,上剪切盒(10)与压力传感装置(15)接触的一侧受到压力传感装置(15)阻挡与下剪切盒(11)产生相对运动,下剪切盒(11)向压力传感装置(15)一侧方向剪切试样(12);剪切油缸(17)伸出的恒定剪切速度v保持不变,压力传感装置(15)测定试样(12)的抗剪强度,并传递至终端采集处理器(4),该试验测定在恒定剪切速度v条件下试样(12)的位移变形量、抗剪强度τ的变化规律;垂压油缸(18)对同一组的多个试样(12)分别施加不同的法向荷载σ,每个试样(12)的剪切试验得到的位移变形量、抗剪强度τ,由终端采集处理器(4)收集分析,确定试样(12)的剪切蠕变破坏规律。

6.根据权利要求5所述的一种智能化岩体蠕变剪切试验机的剪切试验方法,其特征在于:在进行所述恒定剪切力f或恒定剪切速度v剪切试验时,加湿器(33)向剪切环境试验箱(31)内加入湿气,测定试样(12)在不同湿度条件下的抗剪强度参数。

7.根据权利要求5所述的一种智能化岩体蠕变剪切试验机的剪切试验方法,其特征在于:在进行所述恒定剪切力f或恒定剪切速度v剪切试验时,制热-冷冻器(35)将冷气供入剪切环境试验箱(31)对试样(12)进行温度维持,防止试样(12)融化,以测定冻结状态下试样(12)的抗剪强度参数。

8.根据权利要求5所述的一种智能化岩体蠕变剪切试验机的剪切试验方法,其特征在于:在进行所述恒定剪切力f或恒定剪切速度v剪切试验时,制热-冷冻器(35)将热气供入剪切环境试验箱(31)对试样(12)进行加速融化,以测定冻结的试样(12)在融化环境中的抗剪强度参数。

9.根据权利要求5所述的一种智能化岩体蠕变剪切试验机的剪切试验方法,其特征在于:在进行所述恒定剪切力f或恒定剪切速度v剪切试验时,制热-冷冻器(35)将冷气和热气依次交替传输到剪切环境试验箱(31)对试样(12)进行冻-融循环,以测定试样(12)在不同冻融循环次数n条件下的抗剪强度参数及变化规律。