岩石直剪仪

Ⅰ 前言 岩石三轴试验是研究岩石力学的重要手段，岩石三轴试验数据是岩石力学的一个重要参数，它能比较完整的模拟岩土在原始地应力状态下的力学性能，是工程设计的重要依据。由于深部岩石处于复杂的应力状态，本身又是一种十分复杂的天然材料，在很多情况下，简单应力状态下的岩石应力试验不能完全反映工程实际中的岩体应力状态，必须充分认识复杂应力状态下岩石的力学性质。因此，开展三轴状态下的岩石试验研究显得十分重要。 岩石的力学性能指标与其试验方法密切相关，同时也与试验用仪器密切相关。为了能够获取准确的岩石力学性能指标，必须有一套精密的试验仪器和一套试验用的控制系统，这是取得可靠的岩石三轴试验数据的基础。目前市场上岩石三轴试验机价格不菲，利用本单位现有的试验机改制成岩石三轴试验机，这对节约经费和充分利用试验场地都具有实际意义。Ⅱ 岩石三轴试验机的改造2.1原压力试验机现状与研制思路 原压力试验机为广州生产的微机控制电液伺服万能试验机，试验机最大负荷600KN。根据目前工程建设和岩石三轴试验的方法，改装以后的岩石三轴试验机应符合以下特点：智能化程度高，实现岩石试验过程的自动控制，避免过多的人为干扰因素，提高试验的真实性、科学性，向智能化试验发展；岩石三轴试验机的围压、轴压必须能适应目前工程建设的需要；同时，仪器还必须一机多用，为复杂应力条件下的试验提供方便；构造简单，操作方便、还必须经济。 根据现有试验机的现状，决定利用原压力试验机的轴向加压系统，增加三轴压力室及围压加压系统、编制新的控制软件，但仍需保留压力试验机的完整性、独立性和原万能试验机的控制系统。2.2岩石三轴试验机的改装2.2.1侧向加载装置及测量控制系统 侧向加载装置及测量系统，主要由琴式液压源泵、侧向加载装置、压力室提升及固定装置、电气测量与控制系统等部分组成。液压源与琴台式机柜有机地组合在一起，同时，全自动采集控制器和电气拖动系统安装再机柜内部，整体布局简洁，操作舒适，占地面积小。液压源系统中，电磁换向阀选用日本YUKEN液压元件，溢流阀、减压阀、压力随动阀均采用美国SUNHYDRAULICS的浮动式插入阀。采用SUN的浮动式插入阀，在于阀尾端的自由浮动，藉此精密配合工作组件，减少对阀的安装扭矩的敏感度要求，避免阀芯卡住的可能，并提高了阀的使用寿命。作为电液伺服控制的核心元件，所采用的伺服阀均为进口意大利原装ATOS伺服阀。油泵采用德国进口ECKERLE内合齿轮泵，其具有超高压力，噪音低的特点。侧向加载装置选用高精度伺服阀对作动器进行控制，确保系统平稳、高效率传动围压，实现系统平稳加载。2.2.2压力室及试样装卸固定装置 改装后的岩石三轴压力室体积较小，灵活轻巧，一是适于装卸，二是可以减少侧向加压介质，减少试验准备时间，另外还可实现一机多用，不使用岩石三轴试验时可将压力室部分放置到固定支架上。 新型压力试验机结构采用目前比较先进的小型压力室设计思路，通过液压工程缸活塞的移动完成试样的装夹和卸样，且整个过程都是全自动控制；围压通过液压油充满内腔实现平稳逐级加载；试样与液压油之间采用特殊材料制成的内膜隔离，整个试验过程只需在支架上装夹试样，试验时讲该装置移动到主机框架内固定即可。设备改装完成验收时围压已达35MPa，在系统实际工作时控制最高围压为30MPa。2.2.3试验机的数据采集、测量系统 SY全自动通道闭环测控系统主要有载荷闭环、位移闭环和变形闭环3套独立的采集及控制模块组成。 试验载荷测量：采用高精度负荷传感器，配备高精度、高分辨率采样、放大系统及数字滤波系统、A/D转换器件，确保测力精度。 位移测量：通过测量作动器活塞的位移，反映出上下夹头间的却对位移，进而实现系统的位移控制，也可用于大变形材料的拉伸伸长测量。同时，通过使用高精度差动变压器式位移传感器，可提高试样变形的测量精度，并以该通道采集数据作为反馈量，实现真正意义上的变形控制。2.2.4试验机的控制系统 计算机全数字实时显示负荷、位移、变形、围压等工程量，可以显示载荷与时间、主应力差与主应力、主应力差与时间、轴位移与时间等各种试验曲线，并根据需要可以选择曲线，直观明了。压力试验机控制系统能自动标定试验机准确度，能够自动清零，能完成试验条件的试样参数及试验数据的采集和存储，试验过程具有过载等设定条件的保护功能，在整个试验过程中，自动实时存储试验数据，以防止突然停电时造成数据的丢失，试验完毕可对数据进行分析处理，打印图标及试验报告。 研制的岩石三轴试验机具有应力控制和应变控制界面，装有三轴蠕变试验的控制程序，可以进行软岩及深部固结土的三轴蠕变试验。可以看出，该岩石三轴试验机具有较强的试验功能，完全能满足目前工程建设的需要和符合有关标准。 2.2.5经济实用 岩石三轴试验机改装以后，在经费方面要比购置新设备节约40%左右，并且在软件控制方面根据试验的要求，本着方便、实用为原则，界面友好。Ⅲ 结 论 岩石三轴试验机改装完成以来，经过了有关专家的鉴定验收，已用于本科生的毕业设计和硕士生的学位论文等有关试验。使用证明：改装的岩石三轴试验机抗干扰能力强，精度高，机械运行平稳可靠，计算机控制程序功能强，能实现岩石三轴压缩强度试验的有关要求，围压控制平稳，并且节省费用，经济使用，达到了预期的改装研制目的。

STDZ-3岩石点荷载仪是一种用于材料压缩、拉伸、弯曲、撕裂试验、测定抗压强度的测试仪器。岩石点荷载试验仪是一种适合于施工现场使用的测试仪器。点荷载测试对岩样的制备要求较低，可以是工程勘探的岩芯试样，也可以是稍加修整的不规则试样。试样制备不需专门机械加工，与常规测试相比，具有测试速度快，试验周期短，方法简便，成本低廉的特点。可广泛应用于地质、矿山、水电、铁路和交通等建设工程的现场试验之中。岩石点荷载试验已于1972年由国际岩石力学学会试验方法委员会正式列为测定岩石强度的方法之一，国际岩石力学学会试验方法委员会于1985年又对该方法进行了修订。岩石点荷载强度已在我国的国家标准和许多部门规范中得到广泛应用。 STDZ-3岩石点荷载仪【技术性能参数】 1、千斤顶最大出力：50KN（5T） 100kN（10T）(可选择100N/200N/500N/1000N/2KN/5KN/10KN/20KN/50KN/100KN)2、传感器额定承载能力：100kN 3、活塞直径：Φ32mm 4、活塞最大行程：90mm 5、加载点最大间距：90mm 6、允许试样最大宽度：90mm 7、允许试样沿加载方向的最小长度：40mm 8、读数方式：液晶显示，电子峰值记忆 9、测力误差：≤1％F.S 10、工作温度：-20～45℃ 11、电源：9V方块电池12、几何尺寸(L×W×H)：280mm×250mm×640mm13、净量：40kg 44kg备注：可分为数显式与指针式。STDZ-3岩石点荷载仪【结构及特点】 1、采用卧式结构，加力方便，稳定性好。 2、反力架采用圆筒状构造，对中性好，不偏心，结构坚固、紧凑，能够满足高强度、大岩芯试样的测试要求。 3、千斤顶装于圆筒外壳体上，选用优质高强材料加工，结构紧凑合理，外形美观，重量轻，携带方便。 4、加载锥头用硬质合金材料制造，强度高、经久耐用。 5、采用应变式传感器和液晶显示仪表构成独立的电子测力系统，具有分辨率高、测试精度高、读数方便的特点。 6、采用9V方块电池供电，方便野外使用。STDZ-3岩石点荷载仪【使用说明】1、按岩石试验规程要求准备好试祥。2、检查试验仪安放是否平稳，千斤顶加载及卸荷是否正常，检查千斤顶与压力框间的球座应对中。3、按试样高度调节千斤顶中间螺杆，使下压头底板上升（或下降）到适当高度，用千斤顶加压杆拧紧千斤顶底部螺丝。4、将试样放入上、下压头之间，选好受压点位置，同时给千斤顶加荷，使试样和压头完全接触。5、按试样在10-20秒时间剪破的速度，对千斤顶进行加荷，直至试样破损。6、拉杆上垂直向位移标尺可以读出试验前后的升垂直位移变化。7、具体试验要求及计算可参见相应试验规程。8、试验结束，放松千斤顶底部螺丝（用加力杆），用手按下千斤顶螺杆上端使千斤顶复位。清理好上、下压力板之间的碎石，准备下次试验。9、试验压力值直接由液晶屏幕显示。

由俄罗斯学者于1926年提出的岩石坚固性系数（又称普氏系数）至今仍在矿山开采业和勘探掘进中得到广范应用。岩石的坚固性区别于岩石的强度，强度值必定与某种变形方式（单轴压缩、拉伸、剪切）相联系，而坚固性反映的是岩石在几种变形方式的组合作用下抵抗破坏的能力。1. 普氏系数又称岩石的坚固性系数、紧固系数，数值是岩石或土壤的单轴抗压强度极限的1/100，记作f，无量纲。 　　f=Sc/100，式中：Sc的计量单位为kg/cm2。 　　2.因为在钻掘施工中往往不是采用纯压入或纯回转的方法破碎岩石，因此这种反映在组合作用下岩石破碎难易程度的指标比较贴近生产实际情况。岩石坚固性系数f表征的是岩石抵抗破碎的相对值。因为岩石的抗压能力最强，故把岩石单轴抗压强度极限的1/10作为岩石的坚固性系数，即 　　f=R/10 　　式中： R是岩石的单轴抗压强度，MPa。 f是个无量纲的值，它表明某种岩石的坚固性比致密的粘土坚固多少倍，因为致密粘土的抗压强度为10MPa。岩石坚固性系数的计算公式简洁明了，f值可用于预计岩石抵抗破碎的能力及其钻掘以后的稳定性。 根据岩石的坚固性系数(f)可把岩石分成10级（见下表），等级越高的岩石越容易破碎。为了方便使用又在第Ⅲ,Ⅳ,Ⅴ,Ⅵ,Ⅶ级的中间加了半级。考虑到生产中不会大量遇到抗压强度大于200MPa的岩石，故把凡是抗压强度大于200MPa的岩石都归入Ⅰ级。 　　这种方法比较简单，而且在一定程度上反映了岩石的客观性质。但它也还存在着一些缺点： 　　(1) 岩石的坚固性虽概括了岩石的各种属性（如岩石的凿岩性、爆破性，稳定性等），但在有些情况下这些属性并不是完全一致的。　　(2) 普氏分级法采用实验室测定来代替现场测定，这就不可避免地带来因应力状态的改变而造成的坚固程度上的误差。极硬（f＝20）、 很硬（f＝15）、 坚硬（f＝8～10）、较硬（f＝5～6）、 普通（f＝3～4）、 较软（f＝1.5～2）、软层（f＝0.8～1）、 松软（f＜1）等8类。