岩石直剪摩擦实验用调平装置的制作方法

本发明涉及岩石摩擦实验用设备技术领域，尤其涉及一种岩石直剪摩擦实验用调平装置。

背景技术：

岩石直剪摩擦实验是最直接的模拟断层摩擦滑动的实验方法，是评价和研究断层滑动行为和力学性质的重要手段，其在地震成因机制研究中具有重要意义。

在进行岩石直剪摩擦实验时，将两块待测岩石样品分别夹持起来，然后将两块待测岩石样品上下相对放置，两块待检测岩石样品的相对面即为摩擦面，从而进行摩擦实验。现有技术通常使用剪切盒对待测岩石样品进行夹持，即，将两块待测岩石样品分别放置在两个上下相对的剪切盒中，通过剪切盒的两端内壁对待测岩石样品进行夹持，即，待测岩石样品与剪切盒的两端内壁刚性接触，从而实现对待测岩石样品的固定。

然而，岩石实验样品在加工过程中并不能够加工为绝对规整的形状，而在摩擦试验时，为了保证实验精度，在摩擦时需要使两块岩石样品呈面-面接触状态。但是，由于现有技术中待测岩石样品的端部与剪切盒的两端为刚性接触，无法对已放入剪切盒中的岩石样品的位置进行微调整，很难保证两块待测岩石之间的面-面接触，导致在摩擦滑动过程中形成线-面摩擦状态，从而对实验结果带来了很大误差，导致实验精度降低。

技术实现要素：

本发明提供一种岩石直剪摩擦实验用调平装置，以克服现有技术无法对待测岩石样品的位置进行调整而导致实验精度低的缺陷。

本发明提供的一种岩石直剪摩擦实验用调平装置，包括：球头和可固定在实验台面上的球座；所述球座的顶部设有与所述球头形状匹配的凹腔，所述球头位于所述凹腔内，所述球头的顶部连接有用于固定待测岩石样品的平台；所述球头可在所述凹腔内转动，并带动所述平台移动，以使所述平台上的待测岩石样品的摩擦面处于预设位置；还包括可抵接在所述球头上的抵接部，所述抵接部和所述球头抵接时，所述球头在所述抵接部的摩擦力作用下与所述球座保持相对静止。

在本发明的一实施例中，所述球座的顶部罩设有罩壳，所述球头的顶部具有凸起，所述罩壳上设有供所述凸起的顶端穿出的通孔，且所述凸起的侧壁与所述通孔的孔壁之间具有间隙，所述平台连接在所述凸起的顶端。

在本发明的一实施例中，所述罩壳为喇叭状，喇叭状罩壳的扩口端连接在所述球座的顶面边沿，所述通孔设置在所述喇叭状罩壳的尾端。

在本发明的一实施例中，所述抵接部包括：第一螺杆和第二螺杆；所述罩壳的侧壁上开设有相对设置的第一螺孔和第二螺孔，所述第一螺杆穿设在所述第一螺孔中，且所述第一螺杆的尾部可抵顶在所述球头上，所述第二螺杆穿设在所述第二螺孔中，且所述第二螺杆的尾部可抵顶在所述球头上。

在本发明的一实施例中，所述球头上设有与所述第一螺杆的尾部形状匹配的第一凹槽和与所述第二螺杆的尾部形状匹配的第二凹槽，所述第一螺杆的尾部可抵顶在所述第一凹槽中，所述第二螺杆的尾部可抵顶在所述第二凹槽中。

在本发明的一实施例中，还包括围设在所述罩壳的侧壁上的齿形条，所述齿形条的下边缘呈锯齿状；所述第一螺杆的头部具有第一齿牙，所述第二螺杆的头部具有第二齿牙，所述第一齿牙和所述第二齿牙均与所述齿形条的下边缘啮合；所述齿形条可在调平件的带动下沿所述罩壳侧壁的周向移动，以带动所述第一螺杆和所述第二螺杆旋转，且所述第一螺杆和所述第二螺杆的旋转方向相反。

在本发明的一实施例中，所述调平件包括：设置在所述第一螺孔和所述第二螺孔之间的第三螺孔、与所述第三螺孔匹配连接的调平螺母；所述调平螺母的头部设有螺母齿，所述螺母齿与所述齿形条的下边缘啮合。

在本发明的一实施例中，所述罩壳的侧壁上还设有用于防止所述齿形条向上移动的限位部。

在本发明的一实施例中，所述限位部包括：位于所述齿形条上方的轴承孔以及穿设在所述轴承孔中的轴承丝杆，所述齿形条的上边缘抵接在所述轴承丝杆的杆身上。

在本发明的一实施例中，所述罩壳的底部边沿通过紧固件与所述球座的顶面连接；所述球座的底部边沿设有固定孔，所述球座通过贯穿所述固定孔的螺钉与所述实验台面连接。

本发明的岩石直剪摩擦实验用调平装置，通过设置球头和可固定在实验台面上的球座，在球座的顶部开设与球头形状匹配的凹腔，使球头可在该凹腔内转动，将固定有待测岩石样品的平台连接在球头的顶部。在进行摩擦实验时，首先将另一块待测岩石放置在平台上的待测岩石上方，通过使球头在凹腔内转动，从而带动平台移动，直至平台上的待测岩石样品的摩擦面处于预设位置，即，使平台上的待测岩石与位于其上方的待测岩石之间形成面-面接触，然后将抵接部抵在球头上，以将球头固定在凹腔内，阻止球头继续转动，然后进行摩擦实验即可，从而保证了摩擦过程中两块待测岩石样品的面-面接触状态，保证了摩擦实验的精度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的岩石直剪摩擦实验用调平装置的整体结构示意图；

图2为本发明提供的岩石直剪摩擦实验用调平装置中的罩壳的立体结构示意图；

图3为本发明提供的岩石直剪摩擦实验用调平装置中第一螺杆的结构示意图；

图4为本发明提供的岩石直剪摩擦实验用调平装置中第二螺杆的结构示意图；

图5为本发明提供的岩石直剪摩擦实验用调平装置中的调平螺母的结构示意图；

图6为本发明提供的岩石直剪摩擦实验用调平装置中的轴承丝杆的结构示意图。

附图标记说明：

1—球座；11—凹腔；12—固定孔；2—球头；21—凸起；22—第一凹槽；23—第二凹槽；3—平台；4—罩壳；41—通孔；42—扩口端；43—紧固件；43a—螺孔；51—第一螺杆；511—第一螺杆的头部；512—第一螺杆的尾部；513—第一螺纹；511a—第一齿牙；52—第二螺杆；521—第二螺杆的头部；522—第二螺杆的尾部；523—第二螺纹；521a—第二齿牙；6—齿形条；61—齿形条的下边缘；7—调平螺母；71—螺母齿；8—轴承丝杆；81—抵接面。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1为本发明提供的岩石直剪摩擦实验用调平装置的整体结构示意图。图2为本发明提供的岩石直剪摩擦实验用调平装置中的罩壳的立体结构示意图。参照图1和图2所示，本实施例提供一种岩石直剪摩擦实验用调平装置，包括：球头2和可固定在实验台面(图中未示出)上的球座1。

其中，球头2可以理解为圆球结构，也可以是球头2的一部分表面为球形面。球座1的顶部设有与球头2形状匹配的凹腔11，即，凹腔11为弧形凹腔。球头2位于凹腔11内，球头2的顶部连接有用于固定待测岩石样品的平台3。球头2可在凹腔11内转动，并带动平台3移动，以使平台3上的待测岩石样品的摩擦面处于预设位置。可以理解的是，由于凹腔11与球头2的形状匹配，因此，球头2可以向任意方向扭转。本实施例的调平装置还包括：可抵接在球头2上的抵接部，抵接部和球头2抵接时，球头2在抵接部的摩擦力作用下与球座1保持相对静止，即，当抵接部抵接在球头2上时，可以阻止球头2在凹腔11内继续转动。

参照图1所示，具体实现时，可以在球座1的底部边沿上设置固定孔12，通过贯穿该固定孔12的螺钉将球座1固定在实验台面上。当然，也可以在球座1的底部设置向下延伸的卡条，在实验台面上设置可与该卡条匹配卡合的卡槽，通过卡条与卡槽的匹配卡合，从而使该岩石直剪摩擦实验用调平装置的球座1稳固的连接在实验台面上，以使球座1对球头2和平台3实现稳固支撑。

在进行岩石直剪摩擦实验时，需要两块待测岩石样品，将其中一块待测岩石样品固定在平台3上，将另一块待测岩石样品放置在平台3上的待测岩石样品上方，即，两块待测岩石样品上下相对，然后通过转动球头2，使平台3在球头2的带动下移动，直至两块待测岩石样品的接触状态为面-面接触，即，通过使球头2在凹腔11内的扭转，实现对平台3的微调。也就是说，上述的预设位置指的是：固定在平台3上的待测岩石样品与平台3上方的另一块待测岩石样品形成面-面接触时，固定在平台3上的待测岩石样品的摩擦面所处的位置。当两块待测岩石样品面面接触时，通过使抵接部抵接在球头2上，将球头2固定起来，使球头2停止在凹腔11内转动，即对平台3进行定位，从而使两块待测岩石保持面-面接触状态，然后将上方的待测岩石样品在下方的待测岩石样品上左右摩擦滑动，进行摩擦实验。

本实施例提供的岩石直剪摩擦实验用调平装置，通过设置球头和可固定在实验台面上的球座，在球座的顶部开设与球头形状匹配的凹腔，使球头可在该凹腔内转动，将固定有待测岩石样品的平台连接在球头的顶部。在进行摩擦实验时，首先将另一块待测岩石样品放置在平台上的待测岩石样品上方，通过使球头在凹腔内转动，从而带动平台移动，直至平台上的待测岩石样品的摩擦面处于预设位置，即，使平台上的待测岩石样品与位于其上方的待测岩石样品之间形成面-面接触，然后将抵接部抵在球头上，以将球头固定在凹腔内，阻止球头继续转动，然后进行摩擦实验即可，从而保证了摩擦过程中两块待测岩石样品的面-面接触状态，保证了摩擦实验的精度。

在本实施例中，球座1的顶部罩设有罩壳4，球头2的顶部具有凸起21，罩壳4上设有供凸起21的顶端穿出的通孔41，且凸起21的侧壁与通孔41的孔壁之间具有间隙，平台3连接在凸起21的顶端。参照图2所示，罩壳4具体可设置为喇叭状，喇叭状罩壳4的扩口端42连接在球座1的顶面边沿，通孔41设置在喇叭状罩壳4的尾端。示例性的，罩壳4的底部边沿可以通过紧固件43与球座1的顶面连接，该紧固件43可以为螺钉，在球座1的顶面设置螺孔43a，在罩壳4的底部边沿对应螺孔43a的位置也设置螺孔，通过贯穿这两个螺孔的螺钉即可实现罩壳4与球座1的固定。当然，紧固件43也可以为铆钉，紧固件43也可以是设置在罩壳4底部边沿的卡扣和设置在球头2顶面边沿的卡槽，本发明并不以此为限。具体地，由于对平台3位置的微调是通过球头2的扭转来实现的，因此，凸起21与通孔41的孔壁之间的间隙形成为球头2的摆动空间，更方便的实现了对球头的微调。例如，若需要使平台3上的待测岩石样品的摩擦面向左倾斜时，使球头2向左摆动即可，球头2摆动从而带动平台3移动，继而使平台3上的待测岩石样品的摩擦面向左倾斜，以与位于其上方的待测岩石样品形成面面接触。

图3为本发明提供的岩石直剪摩擦实验用调平装置中第一螺杆的结构示意图。图4为本发明提供的岩石直剪摩擦实验用调平装置中第二螺杆的结构示意图。参照图1至图4所示，抵接部包括：第一螺杆51和第二螺杆52。罩壳4的侧壁上开设有相对设置的第一螺孔和第二螺孔。第一螺杆51穿设在第一螺孔中，且第一螺杆的尾部512可抵顶在球头2上。第二螺杆52穿设在第二螺孔中，且第二螺杆的尾部522可抵顶在球头2上。也就是说，第一螺杆51和第二螺杆52分别位于球头2的两侧，通过从相对的方向上对球头2施加侧向力，从而在与球头2连接的平台3上的待测岩石样品的摩擦面处于预设位置时，对球头2进行夹持，使球头2停止转动。

较为优选的，球头2上设有第一凹槽22和第二凹槽23，第一凹槽22的形状与第一螺杆的尾部512的形状匹配，第二凹槽23的形状与第二螺杆的尾部522的形状匹配，第一螺杆的尾部512穿过第一螺孔且可抵顶在第一凹槽22中。第二螺杆的尾部522穿过第二螺孔且可抵顶在第二凹槽23中。参照图3和图4所示，第一螺杆的尾部512和第二螺杆的尾部522均为圆弧形，第一凹槽22和第二凹槽23均为弧形槽，这样设置使得转动更易实现，且对球头2的夹持效果更好。通过旋转第一螺杆51或第二螺杆52，使第一螺杆51或第二螺杆52顶紧在第一凹槽22或第二凹槽23中，从而实现对球头2的固定。然后向相反方向旋转第一螺杆51或第二螺杆52，即可使第一螺杆51或第二螺杆52从第一凹槽22或第二凹槽23中退出，从而方便对球头2进行转动，以实现平台3的移动，使平台3上的待测岩石样品的摩擦面移动至预设位置，操作非常方便。

图5为本发明提供的岩石直剪摩擦实验用调平装置中的调平螺母的结构示意图。在上述实施例的基础上，参照图2和图5所示，在一种可行的实现方式中，可以在罩壳4的侧壁上围设齿形条6，齿形条的下边缘61呈锯齿状。参照图5所示，该齿形条6可以为与罩壳4的侧壁外周形状匹配的环形条，也可以是围设在罩壳部分外周上的弧形条。其中，第一螺杆的头部511具有第一齿牙511a，第二螺杆的头部521具有第二齿牙521a，第一齿牙511a和第二齿牙521a均与齿形条的下边缘61啮合，即齿形条6设置在第一螺杆51和第二螺杆52的上方。齿形条6可在调平件的带动下沿罩壳4的侧壁周向移动，以带动第一螺杆51和第二螺杆52旋转，且第一螺杆51和第二螺杆52的旋转方向相反。示例性的，参照图3和图4所示，第一螺杆51的杆身的第一螺纹513为左旋螺纹，第二螺杆52的杆身的第二螺纹523为右旋螺纹。也就是说，在需要调整平台3上的待测岩石样品的摩擦面时，通过调平件带动齿形条6沿罩壳4的侧壁周向移动，可以理解为向左或向右移动，即可带动第一螺杆51和第二螺杆52转动，从而使球头2可在凹腔11内转动。

具体地，调平件包括：设置在第一螺孔和第二螺孔之间的第三螺孔、与第三螺孔匹配连接的调平螺母7。调平螺母7的头部设有螺母齿71，螺母齿71与齿形条的下边缘61啮合。即，调平螺母7设置在齿形条6的下方。在使用时，若上下放置的两块岩石样品为线-面接触状态时，此时扭转调平螺母7，由于调平螺母7的螺母齿71与齿形条的下边缘61的锯齿啮合，调平螺母7带动齿形条6向左或向右移动，由于第一螺杆51的第一齿牙511a与齿形条6的锯齿啮合，第二螺杆52的第二齿牙521a与齿形条6的锯齿啮合，因此，齿形条6向左或向右移动时，齿形条6会带动第一螺杆51和第二螺杆52旋转，由于第一螺杆51和第二螺杆52的旋转方向相反，因此，第一螺杆51和第二螺杆52实现一进一退，从而解除对球头2的固定，使球头2可以在凹腔11内转动，以带动平台3移动，从而实现平台3上的待测岩石样品位置的调整，操作灵活且方便。

在另一种可行的实现方式中，也可以不设置齿形条6和调平件，直接通过手动推动球头2转动，当球头2转动至两块待测岩石样品为面面接触时，手动旋转第一螺杆51和第二螺杆52，使第一螺杆51和第二螺杆52从相对的方向上将球头2顶紧，阻止球头2继续转动即可。当需要对球头解除固定时，手动向相反方向旋转第一螺杆51和第二螺杆52，从而以使球头2可以转动。

图6为本发明提供的岩石直剪摩擦实验用调平装置中的轴承丝杆的结构示意图。进一步地，为了防止齿形条6向上移动，还在罩壳4的侧壁上设置限位部。参照图2和图6所示，在本实施例中，限位部具体包括：位于齿形条6上方的轴承孔以及穿设在轴承孔中的轴承丝杆8，齿形条6的上边缘抵接在轴承丝杆8的杆身上。即，轴承丝杆8的显露在轴承孔外的杆身部分形成为抵接面81，齿形条6的上边缘抵接在该抵接面81上，从而在纵向上对齿形条6进行限位，保证齿形条的下边缘61的锯齿与第一螺杆51的第一齿牙511a、第二螺杆52的第二齿牙521a以及调平螺母7的螺母齿71相互咬合。当然，在其他实施例中，限位部也可以为位于罩壳4外壁上的凸起，且该凸起位于齿形条6上方，只要能够对齿形条6的上边缘进行止挡，使齿形条6不会上移即可。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。