一种剪切试验试样有压养护装置的制作方法

本实用新型涉及岩石力学试验技术领域，更具体的说是涉及一种剪切试验试样有压养护装置。

背景技术：

剪切试验是岩土工程最重要的基础试验之一，是岩土工程工作者考察岩体或土体的工程力学性状、寻求合理设计参数、从事理论研究所不可缺少的试验手段。在混凝土、充填体和原岩相似模拟试样等人工浇筑类岩石材料的剪切试验中，目前多在模具中浇筑试样，脱模取出剪切试验试样后放入恒温箱养护，最后采用剪切试验机对养护完成的试样进行剪切试验。在实际的工程应用中，类岩石材料在终凝后即承受地应力或者载荷作用，而目前的试样养护方法中，试样在无压力约束的自由环境中养护，无法还原类岩石材料在实际工程中的受力情况。人工浇筑类岩石材料在终凝至养护完成的期间，有压环境中试样内部的细观颗粒相互挤压密实，从而导致试样实际上具有更好力学性能。为了模拟类岩石材料在实际工程中从试样养护过程的受力约束情况，准确测量试样在有围压条件下的抗剪强度，因此如何提供一种在试样养护过程中提供一定的围压，同时在试样养护完成可以直接进行剪切试验的装置是本领域技术人员亟需解决的问题。

技术实现要素：

为此，本实用新型目的在于提出一种剪切试验试样有压养护装置，解决了模拟类岩石材料在实际工程中试样养护过程缺少受力约束，难以还原试样真实情况下抗剪强度的问题。

本实用新型提供了一种剪切试验试样有压养护装置，包括：

箱体，其一侧面具有一个敞口；其顶部具有一个固定孔、与固定孔轴线垂直的箱体的两侧面上分别具有第一安装孔和第二安装孔；其底部与固定孔对应位置设置有用于放置试样的试样放置台；

密封板，敞口位置安装密封板后形成有压密封空间；

第一剪切组件，第一安装孔处安装有可转动、且可沿其轴向移动的第一剪切组件，第一剪切组件可放置于试样上部；

第二剪切组件，第二安装孔处安装有可转动、且可沿其轴向移动的、并与第一剪切组件相对的第二剪切组件，且第二剪切组件放置于试样下部；

固定杆组件，固定孔上安装有可沿竖直方向移动的固定杆组件，其用于抵接第一剪切组件的顶部；

进油管，箱体底部一侧上连接有进油管；

出油管，箱体底部另一侧上连接有出油管；

其中第一剪切组件、第二剪切组件分别连接剪切试验机的操作端，固定杆组件手动控制沿竖直方向上移动；进油管和出油管分别连接外部液压泵站；固定孔、第一安装孔、第二安装孔处分别安装有密封组件。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本实用新型公开提供了一种剪切试验试样有压养护装置，箱体内为剪切试验试样提供了有压养护环境，并在试样养护完成后将装置安装在剪切试验机上直接进行剪切试验，获取类岩石材料的抗剪强度参数，实现了试样养护过程中具有一定围压，还原了类岩石材料在实际工程中的受力情况。

进一步地，箱体底部由出油管侧至进油管侧具有3.5°～5°的坡度，方便杂质随油液流出箱体，便于试验后排油。

进一步地，第一剪切组件包括：第一剪切杆和第一剪切盒；第一剪切杆负载端连接剪切试验机操作端，其另一端可转动、可沿轴向移动于第一安装孔中，且与第一剪切盒固定；第一剪切盒为开口朝下的铲斗形，其铲斗内壁与试样上部抵接。

进一步地，第二剪切组件包括第二剪切杆、第二剪切盒及伸出板；第二剪切杆负载端连接剪切试验机操作端，其另一端可转动、可沿轴向移动于第二安装孔中，且与第二剪切盒固定；第二剪切盒为开口朝上的铲斗形，其铲斗内壁与试样下部抵接；伸出板与第二剪切盒内壁连接，且向远离铲斗内部方向延伸。第一剪切盒和第二剪切盒高度之和等于试样高度。

进一步地，固定杆组件包括：固定杆和固定板；固定杆负载端伸出箱体内，其中部上具有外螺纹，外螺纹与固定于箱体上的螺母配合，实现手动旋转使其沿竖直方向上下移动；另一端与固定板固定，固定板与第一剪切盒顶部接触。

进一步地，第一剪切杆和第二剪切杆负载端上均加工有与剪切试验机操作端活塞杆外螺纹配合的内螺纹。

进一步地，固定孔、第一安装孔及第二安装孔均具有密封件安装槽，安装槽由内至外安装有一体成型的支撑环、y型圈及防尘圈。

采用了支撑环、yx型密封圈及防尘圈实现密封，支撑环安装在箱体内侧，主要作用是支撑剪切杆或固定杆；防止剪切杆或固定杆不垂直受力，给杆件密封带来的承压不均匀，进而造成的密封效果差和使用寿命短的问题。

进一步地，进油管和出油管上均具有阀门。

进一步地，出油管出油端通过法兰在油管之间固定有滤网。过滤剪切试验后产生的岩屑，可以定期拆卸法兰盘来清洗和更换滤网。

通过拆卸法兰，可以进行清理或更换滤网，过滤杂质，防止造成油管堵塞。

本实用新型提供的一种基于上述的剪切试验试样有压养护装置的试验方法，包括以下步骤：

s1、将待浇筑好的试样凝固后脱模，将脱模后的试样用软质试样密封套包好，在箱体上卸下密封板，将固定杆组件向上移动至最高位置，第一剪切组件位于远离试样放置台的初始位置，第二剪切组件位于试样放置台上，将试样放在第二剪切组件上；在箱体敞口上贴紧方形垫圈，盖上密封板，拧紧螺栓；

s2、控制外部液压泵站给进油管送油，使箱体内保持围压并让液压稳定在0.1～30mpa，养护28天；

s3、将养护试验装置放在剪切试验机操作台上，连接试验机活塞杆和剪切杆负载端，并用辅助螺母锁紧，使出油管放出50～100ml油后关闭，先移动第一剪切组件接触试样上部，再移动第二剪切组件至固定试样，下移固定杆组件接触到第一剪切组件后固定；将第一剪切组件和第二剪切组件同时逐步施加剪切力直至试样破坏，并记录试样破坏过程中的破坏载荷和变形情况，并根据公式为τ＝fq/a计算剪切力；

式中τ为剪切强度，fq为破坏载荷，a为抵抗施力的面积。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本实用新型公开提供了一种剪切试验试样有压养护装置的试验方法，为剪切试验试样提供了有压养护环境，并在试样养护完成后将装置安装在剪切试验机上直接进行剪切试验，获取类岩石材料的抗剪强度参数，操作方便，测量数据更接近真实情况。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型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简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1附图为本实用新型提供的一种剪切试验试样有压养护装置的剖视图；

图2附图为本实用新型提供的一种剪切试验试样有压养护装置的后视图；

图3附图示出了第一剪切组件结构示意图；

图4附图示出了第二剪切组件结构示意图；

图5附图示出了密封组件的安装示意图；

图6附图示出了滤网、出油管的安装示意图；

图中：100-箱体，101-固定孔，102-试样放置台，200-密封板，300-第一剪切组件，301-第一剪切杆，302-第一剪切盒，400-第二剪切组件，401-第二剪切杆，402-第二剪切盒，403-伸出板，500-固定杆组件，501-固定杆，502-固定板，600-进油管，700-出油管，800-密封组件，801-支撑环，802-y型圈，803-防尘圈，900-滤网，y-试样。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

参见附图1-2，本实用新型提供了一种剪切试验试样有压养护装置，包括：

箱体100，其一侧面具有一个敞口；其顶部具有一个固定孔101、与固定孔101轴线垂直的箱体100的两侧面上分别具有第一安装孔和第二安装孔；其底部与固定孔101对应位置设置有用于放置试样y的试样放置台102；

密封板200，敞口位置安装密封板200后形成有压密封空间；

第一剪切组件300，第一安装孔处安装有可转动、且可沿其轴向移动的第一剪切组件300，第一剪切组件300可放置于试样y上部；

第二剪切组件400，第二安装孔处安装有可转动、且可沿其轴向移动的、并与第一剪切组件300相对的第二剪切组件400，且第二剪切组件400放置于试样y下部；

固定杆组件500，固定孔101上安装有可沿竖直方向移动的固定杆组件500，其用于抵接第一剪切组件300的顶部；

进油管600，箱体100底部一侧上连接有进油管600；

出油管700，箱体100底部另一侧上连接有出油管700；

其中第一剪切组件300、第二剪切组件400分别连接剪切试验机的操作端，固定杆组件500手动控制沿竖直方向上移动；进油管600和出油管700分别连接外部液压泵站；固定孔101、第一安装孔、第二安装孔处分别安装有密封组件800。

本实用新型公开提供了一种剪切试验试样有压养护装置，箱体内为剪切试验试样提供了有压养护环境，并在试样养护完成后将装置安装在剪切试验机上直接进行剪切试验，获取类岩石材料的抗剪强度参数，实现了试样养护过程中具有一定围压，还原了类岩石材料在实际工程中的受力情况。

其中箱体可以为长度500mm，宽度300mm，高度长度300mm,箱壁厚度为20mm的球墨铸铁制成。敞口为150×150mm的开口，密封板为边长200mm的正方形板，密封板中间150×150mm处厚度为10mm的球墨铸铁制成，密封板边缘与箱体接触面设置方形垫圈，密封板四个角的位置加工4个螺孔，使用六角头m8螺栓，能够承受30mpa围压。

有利的是，箱体100底部由出油管700侧至进油管600侧具有3.5°～5°的坡度；方便杂质随油液流出箱体，便于试验后排油。

参见附图3，第一剪切组件300包括：第一剪切杆301和第一剪切盒302；第一剪切杆301负载端连接剪切试验机操作端，其另一端可转动、可沿轴向移动于第一安装孔中，且与第一剪切盒302固定；第一剪切盒302为开口朝下的铲斗形，其铲斗内壁与试样y上部抵接。

参加附图4，第二剪切组件400包括第二剪切杆401、第二剪切盒402及伸出板403；第二剪切杆401负载端连接剪切试验机操作端，其另一端可转动、可沿轴向移动于第二安装孔中，且与第二剪切盒402固定；第二剪切盒402为开口朝上的铲斗形，其铲斗内壁与试样y下部抵接；伸出板403与第二剪切盒402内壁连接，且向远离铲斗内部方向延伸。第一剪切盒和第二剪切盒高度之和等于试样高度。

参见附图1，固定杆组件500包括：固定杆501和固定板502；固定杆501负载端伸出箱体100内，其中部上具有外螺纹，外螺纹与固定于箱体100上的螺母配合，实现手动旋转使其沿竖直方向上下移动；另一端与固定板502固定，固定板502与第一剪切盒302顶部接触。固定板502可以为100×100mm的方形板。

上述实施例中，第一剪切杆301和第二剪切杆401负载端上均加工有与剪切试验机操作端活塞杆外螺纹配合的内螺纹。

参见附图5，固定孔101、第一安装孔及第二安装孔均具有密封件安装槽，安装槽由内至外安装有一体成型的支撑环801、y型圈802及防尘圈803。采用了支撑环、yx型密封圈及防尘圈实现密封，支撑环安装在箱体内侧，主要作用是支撑剪切杆或固定杆；防止剪切杆或固定杆不垂直受力，给杆件密封带来的承压不均匀，进而造成的密封效果差和使用寿命短的问题。箱体对应安装槽处可采用分体式，方便安装及拆卸密封件。

有利的是，进油管600和出油管700上均具有阀门，阀门可以是手动机械阀门，也可以采用电子阀门，控制进油管和出油管通道的通断。

更有利的是，参见附图6，出油管700出油端通过法兰在油管之间固定有滤网900。过滤剪切试验后产生的岩屑，可以定期拆卸法兰盘来清洗和更换滤网。法兰连接在距离出油口1000mm的油管处并在两段油管之间设置。

本实用新型提供的一种基于剪切试验试样有压养护装置的试验方法，包括以下步骤：

s1、将待浇筑好的试样凝固后脱模，将脱模后的试样用软质试样密封套包好，在箱体上卸下密封板，将固定杆组件向上移动至最高位置，第一剪切组件位于远离试样放置台的初始位置，第二剪切组件位于试样放置台上，将试样放在第二剪切组件上；在箱体敞口上贴紧方形垫圈，盖上密封板，拧紧螺栓；

s2、控制外部液压泵站给进油管送油，使箱体内保持围压并让液压稳定在0.1～30mpa，养护28天；

s3、将养护试验装置放在剪切试验机操作台上，连接试验机活塞杆和剪切杆负载端，并用辅助螺母锁紧，使出油管放出50～100ml油后关闭，先移动第一剪切组件接触试样上部，再移动第二剪切组件至固定试样，下移固定杆组件接触到第一剪切组件后固定；将第一剪切组件和第二剪切组件同时逐步施加剪切力直至试样破坏，并记录试样破坏过程中的破坏载荷和变形情况，并根据公式为τ＝fq/a计算剪切力；

式中τ为剪切强度，fq为破坏载荷，a为抵抗施力的面积。

采用的试验方法以水泥试样为例，具体如下：

待浇筑好的水泥试样凝固后脱模，将脱模后的试样用软质试样密封套包好，卸下箱体前面的密封板上的螺栓并摘下密封板，拧松固定螺帽将固定杆件向上移动至最高位置。将试样放在第二剪切盒上。在箱体敞口位置贴紧方形垫圈，盖上密封板，手动拧紧4个螺栓。

打开进油口阀门送油给试样施加围压并让液压稳定在1mpa，养护28天。

将养护试验装置放在剪切试验机操作台上，连接活塞杆和剪切杆负载端，并用辅助螺母锁紧。打开出油口阀门放出100ml后关闭，先移动第一剪切盒接触试样，再移动第二剪切盒直至固定试样，下移固定杆件接触到第一剪切盒即可手动拧紧螺帽固定。在与剪切试验机相连的电脑上设置两个剪切杆件同时逐步以0.004mm/s施加剪切力直至试样破坏，传感器收集数据显示剪切力达到45kn时试样破坏，剪切位移1.260mm，根据剪切强度计算公式计算试样剪切强度结果为4.5mpa。剪切位移代表试样变形情况，为后续对比试验提供依据。

然后打开出油口阀门，待液压油流出后回收试样，卸下法兰盘清洗滤网。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行接合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。