专利名称：一种低强度岩土材料单轴流变实验装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种低强度岩土材料单轴流变实验装置。
背景技术：
岩石的流变性是指岩石在外界荷载、温度等条件下呈现出与时间有关的变形、流动和破坏等性质，主要表现在弹性后效、蠕变、松弛、应变率效应、时效强度和流变损伤断裂等方面。流变持续时间可能长达十几年，并且与工程建设密切相关。在隧道建设中围岩的坍塌，隧道建成后隧道表面的开裂；基坑工程中的滑坡；建造建筑物时地基的沉降以及路基的变形沉降等都是岩土体的流变导致的，近些年在西南地区建设的水布垭水电站、锦屏一级二级水电站、二滩水电站、溪洛渡水电站等都存在明显的流变现象。当前我国正在进行大规模的工程建设，例如高速铁路的修建、超高层建筑的建设、储油库的建设等，这些工程都与岩土体的流变特性有重要的关系，充分认识了解岩土体材料的流变特性是保证工程安全、工程质量可靠的重要前提。因此对岩土材料的流变特性的研究具有重要的实践意义。目前，国内各大高校、研究所的流变仪均是较大吨位的岩石流变仪，试验对象均是强度较高的岩石材料。软弱破碎的岩石同样具有极强的流变特性，尤其在长大隧道的施工中，如果遇到软弱破碎的围岩，其流变特性对隧道施工的稳定性具有重要的影响。对低强度的岩土材料，例如软弱破碎的围岩、模型试验中使用的相似材料的流变特性的研究成果相对较少，主要是试验条件的限制，没有匹配的流变试验仪器来研究低强度的岩土材料的流变特性。
发明内容针对上述现有技术，本实用新型提供了一种可精确调平的低强度岩土材料单轴流变实验装置，并通过开口型箱式直线轴承可显著减少支撑杆与加压板间的摩擦阻力。本实用新型是通过以下技术方案实现的—种低强度岩土材料单轴流变实验装置，装置呈三棱柱形，包括承压板、加压板、 可调缓冲保护装置、支撑杆、开口型箱式直线减摩轴承、球面盘、反力加载水箱和千分表，其中，承压板的三个端点处均竖直设有支撑杆，加压板的三个端点与支撑杆的中部连接，可调缓冲保护装置设在承压板和加压板之间的支撑杆上，起到试件破坏时保护千分表的作用； 承压板下方设有调平螺栓，承压板上设有水准泡，调平螺栓起到固定承压板和支撑杆、调平承压板的作用，通过承压板三边上的水准泡确定整个装置是否水平；开口型箱式直线减摩轴承固定于加压板的定位孔上，并穿过支撑杆，大幅度地减小了支撑杆与加压板之间的摩擦，使荷载有效地传递到试件上；球面盘设在承压板上，反力加载水箱设在加压板11上；千分表放置在承压板上方。本实用新型的低强度岩土材料单轴流变实验装置可分为支撑系统、调平系统、加载系统和量测系统四部分，其中，承压板、加压板、可调缓冲保护装置和支撑杆组成支撑系统；调平螺栓、水准泡和球面盘组成调平系统；加压板、开口型箱式直线减摩轴承和反力加
3载水箱组成加载系统；放置在承压板上的千分表，在使用时，对称布置于试件两侧，组成轴向位移量测系统，电阻应变采集系统和轴向位移量测系统组成量测系统。所述承压板为经过精加工的高强度三角形板。所述加压板为经过精加工的高强度三角形板，且加压板三个角部设有定位孔，通过强力胶连接有开口型箱式直线减摩轴承。所述承压板的三条边的中心位置分别用强力胶连接有水准泡。所述反力加载水箱上安装有带刻度的连通水位计。所述可调缓冲保护装置为韧性较强的橡胶圈，套接在加压板和承压板之间的支撑杆上。使用确定试件的抗压强度，进一步确定加载的级数和每一级的荷载；在试件中部黏贴电阻应变花；将试件放置在球面盘的中心位置并将加压板的三个直线减摩轴承套到支撑杆上，将加压板放置在试件上；通过调平水准泡和调平螺栓调节平衡；安装千分表并调零；将电阻应变花上的导线与应变采集仪相连接；把反力加载箱放到加压板上，根据计算好的每一级的荷载向反力加载箱中加水，记录千分表的读数，当48小时内，变形不大于 0. OOlmm时，可认为蠕变进入稳定阶段，可加下一级荷载。本实用新型研究了一种可精确调平的低强度岩土材料单轴流变实验装置，使得对低强度岩土材料的流变特性的研究变的更加方便。本实用新型解决了对低强度岩土材料的流变特性的测试问题，具有以下优点1、本装置适用于强度非常低的软弱岩土材料；2、本装置可以精确调平；3、开口型箱式直线轴承使加压板与支撑杆之间的摩擦大大减小，缓冲保护装置安
全可靠；4、过上部重物的重量来施加轴向压力，因此整个试验过程中轴向压力均处于定值，即完全稳压状态；5、装置工作原理简单、操作方便，测量方法多样，测试结果可靠，通用性较强，造价低廉。与张强勇设计的“一种软弱岩土材料的单轴压缩蠕变实验装置及实验方法”(公开号CN101832896A，
公开日期2010. 09. 15)相比，本实用新型的测量精度更高，数据更准确。

图1为本实用新型的结构示意图。图2为分级加载条件下的单轴蠕变曲线。其中，1、调平螺栓；2、承压板；3、球面盘；4、可调缓冲保护装置；5、千分表；6、相似材料试件；7、电阻应变花；8、开口型箱式直线轴承；9、支撑杆；10、水准泡；11、加压板；12、 连通水位计；13、反力加载水箱，14、应变采集仪。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型作进一步的说明。[0027]—种低强度岩土材料单轴流变实验装置，装置呈三棱柱形，包括承压板2、加压板 11、可调缓冲保护装置4、支撑杆9、开口型箱式直线减摩轴承8、球面盘3、反力加载水箱13 和千分表5，如图1所示，其中，承压板2的三个端点处均竖直设有支撑杆9，加压板11的三个端点与支撑杆9的中部连接，可调缓冲保护装置4设在承压板2和加压板11之间的支撑杆9上，起到试件破坏时保护千分表5的作用；承压板2下方设有调平螺栓1，承压板2上设有水准泡10，调平螺栓1起到固定承压板2和支撑杆9、调平承压板2的作用，通过承压板2三边上的水准泡10确定整个装置是否水平；开口型箱式直线减摩轴承8固定于加压板 11的定位孔上，并穿过支撑杆9，大幅度地减小了支撑杆9与加压板11之间的摩擦，使荷载有效地传递到相似材料试件6上；球面盘3设在承压板2上，反力加载水箱13设在加压板 11上；千分表5放置在承压板2上方。本实用新型的低强度岩土材料单轴流变实验装置可分为支撑系统、调平系统、加载系统和量测系统四部分，其中，承压板2、加压板11、可调缓冲保护装置4和支撑杆9组成支撑系统；调平螺栓1、水准泡10和球面盘3组成调平系统；加压板11、开口型箱式直线减摩轴承8和反力加载水箱13组成加载系统；放置在承压板2上的千分表5，在使用时，对称布置于相似材料试件6两侧，组成轴向位移量测系统，应变片7和与其相连的应变采集仪14 组成电阻应变采集系统，电阻应变采集系统和轴向位移量测系统组成量测系统。所述承压板2为经过精加工的高强度三角形板。所述加压板11为经过精加工的高强度三角形板，且加压板三个角部设有定位孔， 通过强力胶连接有开口型箱式直线减摩轴承8。所述承压板2的三条边的中心位置分别用强力胶连接有水准泡10。所述反力加载水箱13上安装有带刻度的连通水位计12。所述可调缓冲保护装置4为韧性较强的橡胶圈，套接在加压板11和承压板2之间的支撑杆上。使用确定相似材料试件6的抗压强度，进一步确定加载的级数和每一级的荷载； 在相似材料试件6中部黏贴电阻应变花7，并连接应变采集仪14 ；将相似材料试件6放置在球面盘3的中心位置并将加压板11的三个直开口型箱式直线减摩轴承8套到支撑杆9上， 将加压板11放置在相似材料试件6上；通过水准泡10和调平螺栓1调节平衡；安装千分表 5并调零；将电阻应变花7上的导线与应变采集仪14相连接；把反力加载水箱13放到加压板11上，根据计算好的每一级的荷载向反力加载水箱13中加水，记录千分表5的读数，当 48小时内，变形不大于0. OOlmm时，可认为蠕变进入稳定阶段，可加下一级荷载。采用本实用新型的仪器对铁晶砂胶结岩土相似材料进行了长时间的分级加载蠕变试验，得到了分级加载条件下的单轴蠕变曲线(图2)，由图2可以看出荷载水平越低，试件稳定的时间越短，随着荷载等级的增加，试块稳定时间逐渐增加，主要是因为试件的孔隙逐渐被压缩，试件变的越来越密实。在低应力水平下，存在明显的减速蠕变阶段和稳态蠕变阶段，在高应力水平下，存在明显的减速蠕变阶段，稳态蠕变阶段和加速蠕变阶段。
权利要求1.一种低强度岩土材料单轴流变实验装置，其特征在于装置呈三棱柱形，包括承压板、加压板、可调缓冲保护装置、支撑杆、开口型箱式直线减摩轴承、球面盘、反力加载水箱和千分表，其中，承压板的三个端点处均竖直设有支撑杆，加压板的三个端点与支撑杆的中部连接；承压板下方设有调平螺栓，承压板上设有水准泡；开口型箱式直线减摩轴承固定于加压板的定位孔上，并穿过支撑杆；球面盘设在承压板上，反力加载水箱设在加压板上； 千分表放置在承压板上方。
2.根据权利要求1所述的一种低强度岩土材料单轴流变实验装置，其特征在于所述可调缓冲保护装置为具有韧性的橡胶圈。
3.根据权利要求1所述的一种低强度岩土材料单轴流变实验装置，其特征在于所述反力加载水箱上安装有带刻度的连通水位计。
专利摘要本实用新型公开了一种低强度岩土材料单轴流变实验装置，使得对低强度岩土材料的流变特性的研究变的更加方便，结构为装置呈三棱柱形，包括承压板、加压板、可调缓冲保护装置、支撑杆、开口型箱式直线减摩轴承、球面盘、反力加载水箱和千分表，其中，承压板的三个端点处均竖直设有支撑杆，加压板的三个端点与支撑杆的中部连接；承压板下方设有调平螺栓，承压板上设有水准泡；开口型箱式直线减摩轴承固定于加压板的定位孔上，并穿过支撑杆；球面盘设在承压板上，反力加载水箱设在加压板上；千分表放置在承压板上方，具有工作原理简单、操作方便、测试结果可靠、通用性较强、造价低廉等优点。
文档编号G01N3/10GK202177550SQ20112023461
公开日2012年3月28日 申请日期2011年7月5日 优先权日2011年7月5日
发明者刘钦, 周毅, 宋曙光, 李利平, 李术才, 胡聪 申请人:山东大学