全方位结构面倾斜剪切测试仪的多角度转换系统

1.一种全方位结构面倾斜剪切测试仪的多角度转换系统，其特征在于：所述多角度转换系统包括试验台、拉伸控制系统、多方位倾斜垫板和多方位倾斜圆盘，所述拉伸控制系统位于所述试验台上，所述拉伸控制系统的动作端与所述多方位倾斜垫板的上端铰接，所述多方位倾斜垫板的下端可转动地安装在转轴上，所述转轴固定在所述试验台上；所述多方位倾斜板包括底垫板和个位数角度转换孔组，所述底垫板上以所述底垫板的中心为圆心等圆弧间隔地分布至少三套个位数角度转换孔组，每组个位数角度转换孔组为以所述底垫板的中心为圆心等间隔布置的下安装孔；所述多方位倾斜圆盘位于所述多方位倾斜垫板上，所述多方位倾斜圆盘包括圆形垫板和十位数角度转换孔，所述圆形垫板以所述底垫板的中心为圆心，所述圆形垫板的顶面为用以放置待测试岩体结构面试样的测试工位，所述十位数角度转换孔等圆弧间隔地设置在所述圆形垫板的外圈，所述个位数角度转换孔和十位数角度转换孔的大小相等且位于同一轨迹圆上，所述圆形垫板上开有用于供插入杆轴进行角度转换的圆盘旋转孔。
2.如权利要求1所述的全方位结构面倾斜剪切测试仪的多角度转换系统，其特征在于：
所述多方位倾斜板还包括弧形卡位板，所述底垫板上以所述底垫板的中心为圆心等圆弧间隔地分布至少三块弧形卡位板，所述弧形卡位板与所述个位数角度转换孔组交替分布。
3.如权利要求1或2所述的全方位结构面倾斜剪切测试仪的多角度转换系统，其特征在于：所述多方位倾斜圆盘还包括侧板，所述侧板安装在所述圆盘垫板的顶面，所述侧板之间形成为供所述待测试岩体结 构面试样放置的底座。
4.如权利要求3所述的全方位结构面倾斜剪切测试仪的多角度转换系统，其特征在于：
所述侧板上连接用以卡紧所述待测试岩体结构面试样的卡位销。
5.如权利要求1或2所述的全方位结构面倾斜剪切测试仪的多角度转换系统，其特征在于：所述转轴上安装用以测量所述多方位倾斜垫板的倾斜角度的量角器。
6.如权利要求1或2所述的全方位结构面倾斜剪切测试仪的多角度转换系统，其特征在于：所述试验台上安装钢垫板，所述钢垫板与连接杆一端连接，所述连接杆的另一端安装所述转轴。
7.如权利要求6所述的全方位结构面倾斜剪切测试仪的多角度转换系统，其特征在于：
所述钢垫板上安装缓冲垫。

全方位结构面倾斜剪切测试仪的多角度转换系统\n技术领域\n[0001] 本发明属于岩体结构倾斜剪切测试领域，尤其是一种结构面倾斜剪切测试仪的多角度转换系统。\n背景技术\n[0002] 倾斜剪切测试仪是获得岩体结构面力学参数的常用试验方法，通过倾斜剪切测试仪可直接测定岩体结构面的峰值摩擦角，该方法具有测试方便、费用低、周期短等优点。但结构面具有各向异性的力学性质，即沿不同的方向，结构面的力学性质差异较大，为了统计结构面的峰值摩擦角，就需对不同方向的岩体结构面试样进行倾斜剪切试验。根据《水电水利工程岩石试验规程》，结构面试样宜加工成方形，而目前国内针对方形结构面的倾斜剪切测试仪的测试角度单一，只能测定沿与方形的某条边方向或与该方向成90°的峰值摩擦角。\n因此采用现有的倾斜剪切测试仪不能统计各向异性结构面规律，也就不能解决岩体结构面的各向异性问题。\n发明内容\n[0003] 为了克服已有倾斜剪切测试仪不能统计各向异性结构面规律的不足，本发明提供了一种测试不同方位的峰值摩擦角、统计结构面各向异性的力学规律的全方位结构面倾斜剪切测试仪的多角度转换系统。\n[0004] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：\n[0005] 一种全方位结构面倾斜剪切测试仪的多角度转换系统，包括试验台、拉伸控制系统、多方位倾斜垫板和多方位倾斜圆盘，所述拉伸控制系统位于所述试验台上，所述拉伸控制系统的动作端与所述多方位 倾斜垫板的上端铰接，所述多方位倾斜垫板的下端可转动地安装在转轴上，所述转轴固定在所述试验台上；所述多方位倾斜板包括底垫板和个位数角度转换孔组，所述底垫板上以所述底垫板的中心为圆心等圆弧间隔地分布至少三套个位数角度转换孔组，每组个位数角度转换孔组为以所述底垫板的中心为圆心等间隔布置的下安装孔；所述多方位倾斜圆盘位于所述多方位倾斜垫板上，所述多方位倾斜圆盘包括圆形垫板和十位数角度转换孔，所述圆形垫板以所述底垫板的中心为圆心，所述圆形垫板的顶面为用以放置待测试岩体结构面试样的测试工位，所述十位数角度转换孔等圆弧间隔地设置在所述圆形垫板的外圈，所述个位数角度转换孔和十位数角度转换孔的大小相等且位于同一轨迹圆上，所述圆形垫板上开有用于供插入杆轴进行角度转换的圆盘旋转孔。\n[0006] 进一步，所述多方位倾斜板还包括弧形卡位板，所述底垫板上以所述底垫板的中心为圆心等圆弧间隔地分布至少三块弧形卡位板，所述弧形卡位板与所述个位数角度转换孔组交替分布。\n[0007] 再进一步，所述多方位倾斜圆盘还包括侧板，所述侧板安装在所述圆盘垫板的顶面，所述侧板之间形成为供所述待测试岩体结构面试样放置的底座。\n[0008] 更进一步，所述侧板上连接用以卡紧所述待测试岩体结构面试样的卡位销。\n[0009] 所述转轴上安装用以测量所述多方位倾斜垫板的倾斜角度的量角器。\n[0010] 所述试验台上安装钢垫板，所述钢垫板与连接杆一端连接，所述 连接杆的另一端安装所述转轴。\n[0011] 所述钢垫板上安装缓冲垫。\n[0012] 本发明的有益效果主要表现在：采用全方位结构面倾斜剪切测试仪的多角度转换系统，可测试不同方位的峰值摩擦角，从而可以统计结构面各向异性的力学规律。\n附图说明\n[0013] 图1是全方位结构面倾斜剪切测试仪的多角度转换系统的示意图。\n[0014] 图2是多方位倾斜垫板的示意图。\n[0015] 图3是多方位倾斜圆盘的示意图。\n[0016] 图4是个位数角度转换孔的示意图。\n具体实施方式\n[0017] 下面结合附图对本发明作进一步描述。\n[0018] 参照图1～图4，一种全方位结构面倾斜剪切测试仪的多角度转换系统，包括试验台1、拉伸控制系统、多方位倾斜垫板5和多方位倾斜圆盘6，所述拉伸控制系统位于所述试验台1上，所述拉伸控制系统的动作端与所述多方位倾斜垫板5的上端铰接，所述多方位倾斜垫板5的下端可转动地安装在转轴8上，所述转轴8固定在所述试验台1上；所述多方位倾斜板5包括底垫板和个位数角度转换孔组14，所述底垫板上以所述底垫板的中心为圆心等圆弧间隔地分布至少三套个位数角度转换孔组14，每组个位数角度转换孔组14为以所述底垫板的中心为圆心等间隔布置的下安装孔；所述多方位倾斜圆盘6位于所述多方位倾斜垫板5上，所述多方位倾斜圆盘6包括圆形垫板和十位 数角度转换孔16，所述圆形垫板以所述底垫板的中心为圆心，所述圆形垫板的顶面为用以放置待测试岩体结构面试样12的测试工位，所述十位数角度转换孔16等圆弧间隔地设置在所述圆形垫板的外圈，所述个位数角度转换孔14和十位数角度转换孔16的大小相等且位于同一轨迹圆上，所述圆形垫板上开有用于供插入杆轴进行角度转换的圆盘旋转孔15。\n[0019] 进一步，所述多方位倾斜板还包括弧形卡位板13，所述底垫板上以所述底垫板的中心为圆心等圆弧间隔地分布至少三块弧形卡位板13，所述弧形卡位板13与所述个位数角度转换孔组14交替分布。\n[0020] 再进一步，所述多方位倾斜圆盘还包括侧板7，所述侧板7安装在所述圆盘垫板的顶面，所述侧板之间形成为供所述待测试岩体结构面试样12放置的底座。\n[0021] 更进一步，所述侧板7上连接用以卡紧所述待测试岩体结构面试样的卡位销17。\n[0022] 所述转轴8上安装用以测量所述多方位倾斜垫板的倾斜角度的量角器11。\n[0023] 所述试验台1上安装钢垫板9，所述钢垫板9与连接杆一端连接，所述连接杆的另一端安装所述转轴8。\n[0024] 所述钢垫板9上安装缓冲垫10。\n[0025] 如图1所示，多角度转换系统除了包括试验台，拉伸控制系统(包括龙门架2、电葫芦3和钢丝拉索，电葫芦3由电葫芦控制按钮4控制，龙门架和电葫芦最大承重为3T，电葫芦拉伸速度的调节范围为V＝0.01～1mm/s。)，转轴，量角器(测角范围0°～90°)，缓冲垫等常规 部件之外，针对性地开发了能进行多角度倾斜剪切试验的转换系统，通过转换系统中多方位倾斜圆盘的旋转和对应角度转换孔的选择就可实现在同一倾斜剪切测试仪上进行不同角度的倾斜剪切试验，适用平面方位为0°～360°任意整数角的倾斜剪切试验。倾斜剪切试验仪中的常规设备及试验原理可参照相关规程、教材及著作\n[0026] 多方位倾斜垫板包括底垫板、个位数角度转换孔、弧形卡位板和转轴。如图2所示。\n[0027] ①底垫板为方形钢板，厚50mm，底垫板上的转轴通过连接杆件与钢板垫连接；\n[0028] ②弧形卡位板共有4组，以底垫板上半部分中心0点为圆心均匀布置，主要作用是对安置在底垫板上方的多方位倾斜圆盘进行卡位；\n[0029] ③个位数角度转换孔共有4组，以底垫板上半部分中心0点为圆心均匀布置。每组个位数角度转换孔由10个10mm螺栓孔组成，如图4所示，分别为+0孔，+2孔，+4孔，+6孔，+8孔，-3孔，-5孔，-7孔，-9孔和-11孔(在底垫板上仅对距离转轴最近的该组角度转换孔上所对应的孔号进行标注)，10个螺栓孔以+0孔居中，分布两侧，其中+2孔，+4孔，+6孔，+8孔，以0点为圆心，顺时针间隔2°布置；-3孔，-5孔，-7孔，-9孔和-11孔，以0点为圆心，逆时针间隔2°布置，其中-3孔与+0孔间隔3°布置。\n[0030] 每个孔多对应的刻度与其名称相对应，+0孔表示加上0°角度，+2孔表示加上2°角度，+4孔表示加上4°角度，+6孔表示加上6°角度，+8孔表示加上8°角度，-3孔表示减去3°角度，-5孔表示减去5°角度，-7孔表示减去7°角度，-9孔表示减去9°角度，-11孔表示减去11°角度。\n[0031] 多方位倾斜圆盘包括圆形底垫板、十位数角度转换孔、侧板、卡位梢和圆盘旋转孔，如图3所示。\n[0032] ①圆形底垫板，厚50mm，安置在多方位倾斜垫板的四组弧形卡位板内，通过十位数角度转换孔中的其中四个螺栓孔和多方位倾斜垫板上相对应的个位数角度转换孔，采用螺栓固定。\n[0033] ②侧板由四根角钢组成，分别为每两根角钢成90°焊接，组成L形状，两对角钢再通过螺栓孔与圆形底垫板固定，组成方形形状。在卡位梢设置处，每根角钢均切割开比卡位梢略宽的缺口，用于卡位梢与试样的直接连接，用于试样的固定。\n[0034] ③十位数角度转换孔由36个10mm孔组成，以圆形底垫板中心为圆心间隔10°均匀布置，并以10°的尺度逆时针标注刻度，以与方形侧板其中一条边的中垂线相交的转换孔为\n0°刻度，标注的刻度范围为0°～360°，角度刻度分别为0°，10°，20°，30°，40°，50°，60°，70°，\n80°，90°，100°，110°，120°，130°，140°，150°，160°，170°，180°，190°，200°，210°，220°，\n230°，240°，250°，260°，270°，280°，290°，300°，310°，320°，330°，340°，350°。\n[0035] ④卡位梢，共有4组8个，通过侧板上切割的缺口，直接与结构面试样接触，对结构面试样进行固定。\n[0036] ⑤圆盘旋转孔为圆形底垫板上开的20mm圆孔，共有两个，用于插上杆轴，进行多方位倾斜圆盘方位调整。\n[0037] 本实施例的工作过程如下：试验角度由多方位倾斜垫板的个位数角度转换孔上对应角度和多方位倾斜圆盘上的十位数角度转换孔对应角度两部分相加而成(其中两个角度均为距离转轴最近的该组角度转换孔上所对应的角度)。\n[0038] 0°倾斜角：将十位数角度转换孔0°孔旋转至与个位数角度转换孔+0孔对应，再通过螺栓将四组角度转换孔上的对应孔用螺栓连接。\n[0039] 1°倾斜角：将十位数角度转换孔10°孔旋转至与个位数角度转换孔-9孔对应，再通过螺栓将四组角度转换孔上的对应孔用螺栓连接。\n[0040] 2°倾斜角：将十位数角度转换孔0°孔旋转至与个位数角度转换孔+2孔对应，再通过螺栓将四组角度转换孔上的对应孔用螺栓连接。\n[0041] 3°倾斜角：将十位数角度转换孔10°孔旋转至与个位数角度转换孔-7孔对应，再通过螺栓将四组角度转换孔上的对应孔用螺栓连接。\n[0042] 4°倾斜角：将十位数角度转换孔0°孔旋转至与个位数角度转换孔+4孔对应，再通过螺栓将四组角度转换孔上的对应孔用螺栓连接。\n[0043] 5°倾斜角：将十位数角度转换孔10°孔旋转至与个位数角度转换孔-5孔对应，再通过螺栓将四组角度转换孔上的对应孔用螺栓连接。\n[0044] 6°倾斜角：将十位数角度转换孔0°孔旋转至与个位数角度转换孔+6孔对应，再通过螺栓将四组角度转换孔上的对应孔用螺栓连接。\n[0045] 7°倾斜角：将十位数角度转换孔10°孔旋转至与个位数角度转换孔-3孔对应，再通过螺栓将四组角度转换孔上的对应孔用螺栓连接。\n[0046] 8°倾斜角：将十位数角度转换孔0°孔旋转至与个位数角度转换孔+8孔对应，再通过螺栓将四组角度转换孔上的对应孔用螺栓连接。\n[0047] 9°倾斜角：将十位数角度转换孔20°孔旋转至与个位数角度转换孔-11孔对应，再通过螺栓将四组角度转换孔上的对应孔用螺栓连接。\n[0048] 10°倾斜角：将十位数角度转换孔10°孔旋转至与个位数角度转换孔+0孔对应，再通过螺栓将四组角度转换孔上的对应孔用螺栓连接。\n[0049] 同理，通过调整十位数角度转换孔的其他转换孔，并选择个位数角度转换孔的不同刻度孔，即可实现其他11°～360°的试验角度。\n[0050] 为了说明全方位结构面倾斜剪切测试仪的多角度转换系统的操作过程，本实例以测定角度为133°的结构面试样为例对多角度转换系统进行说明，操作步骤如下：\n[0051] (1)倾斜试验角度选择\n[0052] 由于倾斜试验所测定的角度方位为133°，因此将多方位倾斜圆盘的十位数角度转换孔140°孔旋转至与个位数角度转换孔-7孔对应，再通过螺栓将四组角度转换孔上的对应孔用螺栓连接固定。\n[0053] (2)结构面试样安装及固定\n[0054] 将选取的下盘结构面试样移到多方位倾斜圆盘的方形侧板内，利用卡位梢与试样紧贴，并用内螺角螺丝拧紧，使下盘结构面完全固定，最后安装上盘结构面试样，要求结构面试样的上下盘完全吻合。\n[0055] (3)倾斜试验\n[0056] 上下盘结构面试样固定后，进行倾斜试验，通过量角器读取上盘结构面下滑时对应的角度，即为133°方位结构面试样的峰值摩擦角。\n[0057] (4)其他角度倾斜试验\n[0058] 133°方位的倾斜试验完成后，将上盘结构面移下，放平多方位倾斜垫板，并松开四组十位数角度转换孔上的螺栓，在多方位倾斜圆盘的圆盘旋转孔上插上杆轴，根据测定角度调整多方位倾斜圆盘，开始下一个角度的倾斜试验。