一种针对岩石含冰裂隙的冻胀测试剪切强度的试验装置

技术领域

本发明涉及岩石试验装置技术领域，具体为一种针对岩石含冰裂隙的冻胀测试剪切强度的试验装置。

背景技术

在矿山建设及矿产资源开采的过程中，西部高寒地区矿山边坡裂隙岩体由于环境的特殊性，长期面临着复杂的冻融灾害问题。裂隙岩体是一类复杂的岩体，内部一般都由岩石颗粒、胶结材料、微裂纹等组合而成，内部裂纹、节理缺陷直接影响岩体稳定性。

在长期的冻融作用下，裂隙岩体中裂隙水不断发生水冰相变，由水冻结成冰时发生9％的体积膨胀产生的冻胀力持续驱动裂隙扩展或者产生新生裂纹。

固体材料内部水不断发生相变和位移，在冰的冻胀力作用下使岩体裂纹尖端产生巨大的力而扩展损伤，反复冻结融化从而产生宏观裂纹。在冻胀破坏作用下，裂隙的演化对寒区工程的稳定性、安全性造成严重的威胁。

当岩石缝隙中的水结冰后，裂纹扩大，岩体整体受剪切强度出现变化。因此需要相关装置进行检测。若不定期检测冻胀后岩石的受剪切强度，在矿山开采过程中，开采施工导致岩石受力崩裂，容易发生矿山裂隙岩体滑坡，进而引发安全事故。

发明内容

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种针对岩石含冰裂隙的冻胀测试剪切强度的试验装置，解决了上述背景技术中高寒地区矿山岩石缝隙中存在水，水结冰冻胀导致裂纹扩大，容易发生安全事故的问题。

(二)技术方案

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种针对岩石含冰裂隙的冻胀测试剪切强度的试验装置，包括底板，所述底板上方设有顶圈，所述底板与顶圈之间连接有多个连接板，相邻连接板之间设有支架，支架与连接板之间连接有钢化玻璃，顶圈顶部螺纹连接有顶盖，通过底板、顶圈、连接板、支架、钢化玻璃和顶盖组成测验仓。

所述测验仓内设有多个电推杆，多个电推杆绕轴线等角度固定在底板内壁底部，所述电推杆两两为一组，所述电推杆倾斜向上，所述电推杆上端与岩石块底部接触，顶盖底部设有圆柱，圆柱抵住岩石块顶部，所述测验仓一侧固定安装有单片机，单片机用于控制各个电子零件工作。

优选的，所述连接板开设有竖直向下的直槽，直槽内壁顶部固定安装有大弹簧，电推杆活动端套有固定片，每组固定片之间捆绑有细绳，所述底板外侧枢接有牵引辊，细绳连接有钢丝，钢丝穿过底板绕过牵引辊与大弹簧下端连接，所述连接板沿直槽长度方向开设有刻度线。

优选的，所述电推杆活动端连接有抵触杆，抵触杆内部中空，抵触杆内壁底部固定安装有导片一，导片一一侧固定安装有小弹簧，小弹簧远离导片一一端固定安装有导片二，抵触杆内设有按压杆，按压杆下端与导片二接触，导片二上端延伸至抵触杆外。

优选的，所述测验仓外设有水箱，水箱内滑动配合有活塞杆，活塞杆上端延伸至水箱外，水箱内设有水管，水管上端穿过活塞杆延伸至水箱外，所述水管上端穿过顶盖与圆柱连通。

优选的，所述圆柱顶部开设有进水口，进水口与水管连通，圆柱四周绕轴线等角度开设有出水口，进水口与出水口相通，所述圆柱外表面开设有螺纹槽，螺纹槽位于出水口下方，所述圆柱底部设有圆盘，圆盘四周设有橡胶棒，圆盘开设有多个漏孔。

优选的，所述底板底部固定安装有管道，底板底部中央向下凹陷。

优选的，所述顶圈一侧固定安装有冷气管，冷气管用于将冷气导入测验仓内。

优选的，所述抵触杆上端固定安装有橡胶环。

(三)有益效果

本发明提供了一种针对岩石含冰裂隙的冻胀测试剪切强度的试验装置。具备以下有益效果：

1、该针对岩石含冰裂隙的冻胀测试剪切强度的试验装置，通过单片机控制一组或多组电推杆伸长，对岩石块进行挤压，由于岩石块的受力点不同，故受到的剪切力也不相同，可对岩石块不同方向承受剪切力强度的测试。通过水箱、圆柱配合，将水缓慢淋在表面，便于水快速渗透至岩石中，在将冷气导入测验仓，从而实现冻胀效果。再借助毛细现象，使得水能够更好的渗透至岩石裂纹、缝隙中，避免岩石裂纹、缝隙内存在气泡而影响冻胀效果。

附图说明

图1为本发明结构立体图；

图2为本发明结构剖图；

图3为本发明图1中A处结构放大图；

图4为本发明圆柱结构示意图；

图5为本发明抵触杆结构剖视图；

图6为本发明底板结构剖视图；

图7为本发明水箱结构剖视图。

图中：1底板、2顶圈、3连接板、4支架、41直槽、5钢化玻璃、6单片机、7顶盖、8圆柱、81进水口、82出水口、83螺纹槽、84圆盘、841漏孔、85橡胶棒、9电推杆、10固定片、101细绳、11钢丝、12大弹簧、13冷气管、14抵触杆、141橡胶环、15导片一、16小弹簧、17导片二、18按压杆、19管道、20牵引辊、21水箱、22水管、23活塞杆。

具体实施方式

本发明实施例提供一种针对岩石含冰裂隙的冻胀测试剪切强度的试验装置，如图1-7所示，包括底板1，底板1上方设有顶圈2，底板1与顶圈2之间焊接有多个连接板3。相邻连接板3之间设有支架4，支板4下端与底板1焊接，支板4上端与顶圈2焊接。支架4与连接板3之间固定安装有钢化玻璃5，顶圈2顶部螺纹连接有顶盖7，通过底板1、顶圈2、连接板3、支架4、钢化玻璃5和顶盖7组成测验仓。

测验仓内固定安装有多个电推杆9，多个电推杆9绕轴线等角度固定安装在底板1内壁底部，电推杆9两两为一组，电推杆9倾斜向上。电推杆9上端与岩石块底部接触，顶盖7底部焊接有圆柱8，圆柱8下端抵住岩石块顶部，测验仓一侧固定安装有单片机6，单片机6用于控制各个电子零件工作。

每组电推杆9对岩石块一个区域进行挤压。且单片机6能够控制任意一组或多组电推杆9进行工作。

连接板3开设有竖直向下的直槽41，直槽41内壁顶部固定安装有大弹簧12，电推杆9活动端套有固定片10，固定片10与电推杆9活动端杆身焊接。每组固定片10之间捆绑有细绳101。底板1外侧枢接有牵引辊20，细绳101中央处固定捆绑有钢丝11，钢丝11穿过底板1绕过牵引辊20与大弹簧12下端固定捆绑。

工作时，当电推杆9伸长带动固定片10上升，细绳101牵动钢丝11拉拽大弹簧12。将大弹簧12慢慢拉长。

连接板3沿直槽41长度方向开设有刻度线。用大弹簧12下端对应的刻度线来表示此时大弹簧12受到的拉力，以此表示电推杆9对岩石块的挤压力。便于测试人员读取。

电推杆9活动端焊接有抵触杆14，抵触杆14内部中空。抵触杆14内壁底部固定安装有导片一15，导片一15一侧固定安装有小弹簧16，小弹簧16远离导片一15一端固定安装有导片二17。导片一15、导片二17通过电线与单片机3电性连接。

抵触杆14内设有按压杆18，按压杆18下端与导片二17接触，导片二17上端延伸至抵触杆14外。

工作时，抵触杆14与岩石块接触，按压杆18被压入抵触杆14内。使得导片二17下滑与导片一15接触，使得电回路闭合，小弹簧16受到挤压。当岩石块因挤压而碎裂时，抵触杆14端部与岩石块之间出现松动，使得按压杆18在松动时被小弹簧16顶起，令导片一15与导片二17分离电路断开，单片机3接收到电路断开的信号停止电推杆9继续伸长。

测验仓外放置有水箱21，水箱21内滑动配合有活塞杆23，活塞杆23上端延伸至水箱21外，水箱21内设有水管22，水管22上端穿过活塞杆23延伸至水箱21外，水管22上端穿过顶盖7与圆柱8连通。

圆柱8顶部开设有进水口81，进水口81与水管22连通，圆柱8四周绕轴线等角度开设有出水口82。进水口81与出水口82相通，圆柱8外表面开设有螺纹槽83。水箱21内的水被压入水管22后，顺着水管22进入圆柱8，在从圆柱8的出水口82流出。

螺纹槽83位于出水口82下方。圆柱8底部焊接圆盘84，圆盘84与岩石块相抵。圆盘84四周固定安装有橡胶棒85，。橡胶部85弯曲呈爪状，用来抓住岩石。圆盘84开设有多个漏孔841。水从出水口82流出时，沿螺纹槽83往下流动。并从漏孔841漏出，从而将水缓慢淋在岩石表面。岩石表面存在裂纹，水流经岩石表面时渗透进裂纹内。

用水冲刷、浸泡的方式，裂纹、缝隙中容易存在气泡，气泡不易被挤出。进而导致对岩石冻胀时，裂纹、缝隙中存在一定的空间，水结冰后对裂纹、缝隙尖端施力有限，影响冻胀效果。与用水冲刷，或者浸泡的方式相比，利用上述方式将水慢慢淋在岩石表面，由于水流速慢，水落在岩石表面借助毛细现象，水会慢慢沿裂纹、缝隙进入深度。有助于水更好的渗透至岩石裂纹、缝隙内。减少气泡的产生。

底板1底部固定安装有管道19，底板1底部中央向下凹陷。便于多余的水从测验仓内流出。

顶圈2一侧固定安装有冷气管13，冷气管13用于将冷气导入测验仓内。冷气进入测验仓内与岩石块接触。将岩石裂纹中的水冻结成冰，从而实现冻胀的目的。

抵触杆14上端固定安装有橡胶环141，利用橡胶环增加抵触杆14上端的接触片，在一定程度上提高摩擦力。且橡胶环具有一定柔韧性，便于抵触杆14与岩石块表面贴合。

综上所述，该针对岩石含冰裂隙的冻胀测试剪切强度的试验装置，通过单片机6控制一组或多组电推杆9伸长，对岩石块进行挤压，由于岩石块的受力点不同，故受到的剪切力也不相同，可对岩石块不同方向承受剪切力强度的测试。通过水箱21、圆柱8配合，将水缓慢淋在表面，便于水快速渗透至岩石中，在将冷气导入测验仓，从而实现冻胀效果。再借助毛细现象，使得水能够更好的渗透至岩石裂纹、缝隙中，避免岩石裂纹、缝隙内存在气泡而影响冻胀效果。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。