本發(fā)明涉及巖土力學(xué)領(lǐng)域，尤其涉及一種用于進(jìn)行巖石類材料拉剪試驗(yàn)和雙軸拉壓試驗(yàn)裝置和方法。

背景技術(shù)：

自然條件下，地下巖體在自重應(yīng)力和構(gòu)造應(yīng)力作用下通常處于三向受壓狀態(tài)，但巷道、隧道、硐室和地下廠房等開挖后，圍巖體應(yīng)力重分布，由三向應(yīng)力狀態(tài)向雙向甚至單向應(yīng)力狀態(tài)轉(zhuǎn)變。同時(shí)，巖體開挖引起圍巖體產(chǎn)生強(qiáng)卸荷作用，進(jìn)而引起巖體回彈變形和彎曲變形，這都必將引起巖體在一定范圍內(nèi)產(chǎn)生拉伸應(yīng)力。另外，巖質(zhì)邊坡卸荷帶、斷層附近巖體以及地震震中巖體等均會(huì)產(chǎn)生拉伸、拉剪、拉壓等復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)和對(duì)應(yīng)的巖體破壞。目前常用巖石強(qiáng)度準(zhǔn)則有庫倫準(zhǔn)則和D-P準(zhǔn)則等，而大量室內(nèi)試驗(yàn)證明其在拉應(yīng)力段存在明顯缺陷，并沒有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。綜上所述，巖體工程中拉伸破壞和拉剪破壞等是一種普遍存在的現(xiàn)象，而目前的巖石強(qiáng)度準(zhǔn)則卻不能有效解決這些問題，因此對(duì)于拉剪應(yīng)力作用下巖石和巖體力學(xué)行為的研究是十分必要的。

拉剪試驗(yàn)和拉壓試驗(yàn)是獲得巖石拉剪力學(xué)參數(shù)的重要手段，但是由于技術(shù)困難等原因，室內(nèi)拉剪試驗(yàn)和拉壓試驗(yàn)的開展相對(duì)較少，目前針對(duì)這兩種試驗(yàn)研制的試驗(yàn)設(shè)備主要有：1)單獨(dú)進(jìn)行拉剪試驗(yàn)或者拉壓試驗(yàn)的儀器設(shè)備；2)采用在密閉空間內(nèi)注入高壓液體的方法，液壓系統(tǒng)同時(shí)提供豎向拉應(yīng)力和橫向壓應(yīng)力；3)采用復(fù)雜傳力結(jié)構(gòu)，將試驗(yàn)機(jī)豎向壓力同時(shí)轉(zhuǎn)化為拉力和剪力或者側(cè)向壓力。然而，第一種儀器設(shè)備為單獨(dú)設(shè)計(jì)制造儀器設(shè)備，造價(jià)昂貴，第二種和第三種雖然價(jià)格合適且構(gòu)造相對(duì)簡單，但是試樣拉力和側(cè)面剪切力或壓力具有相關(guān)性，其中一個(gè)變化，另一個(gè)呈比例變化，不能獨(dú)立改變某一個(gè)力的大小，不能測試任一應(yīng)力作用下的巖石類材料力學(xué)參數(shù)。因此，目前用于巖石類材料拉剪試驗(yàn)和雙軸拉壓試驗(yàn)的裝置在經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性上均具有明顯的缺陷。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種構(gòu)造簡單、測試結(jié)果準(zhǔn)確的巖石類材料拉剪試驗(yàn)和雙軸拉壓試驗(yàn)的試驗(yàn)裝置及方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性上的缺陷，實(shí)現(xiàn)在雙軸試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行拉剪試驗(yàn)和雙軸拉壓試驗(yàn)。

為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的而采用的技術(shù)方案是這樣的，一種巖石類材料拉剪和雙軸拉壓試驗(yàn)裝置，包括框架Ⅰ、框架Ⅱ、上壓板、拉頭Ⅰ、拉頭Ⅱ、墊板、試驗(yàn)機(jī)加載頭Ⅰ、試驗(yàn)機(jī)加載頭Ⅱ、試驗(yàn)機(jī)加載頭Ⅲ和試驗(yàn)機(jī)加載頭Ⅳ。

所述框架Ⅰ包括立柱Ⅰ、立柱Ⅱ和橫梁Ⅰ。所述橫梁Ⅰ連接在立柱Ⅰ和立柱Ⅱ之間。所述立柱Ⅰ、立柱Ⅱ和橫梁Ⅰ合圍半包圍空間ⅠS。所述立柱Ⅰ、立柱Ⅱ和橫梁Ⅰ為一個(gè)整體。

所述立柱Ⅰ的底面去除一個(gè)長方體A形成缺口Ⅰ。所述缺口Ⅰ貫穿立柱Ⅰ兩側(cè)。所述缺口Ⅰ的一個(gè)出口在半包圍空間ⅠS內(nèi)。所述立柱Ⅰ的底面還具有若干個(gè)螺紋孔Ⅰ。所述立柱Ⅰ上開有貫穿其兩側(cè)的矩形孔Ⅰ。所述矩形孔Ⅰ的一個(gè)出口在半包圍空間ⅠS內(nèi)。所述立柱Ⅰ背向橫梁Ⅰ的一側(cè)還布置有兩個(gè)豎向支撐腿Ⅰ。所述兩個(gè)豎向支撐腿Ⅰ上均具有豎向滑槽Ⅰ。所述立柱Ⅰ上還開有貫穿其兩側(cè)的鉆孔Ⅰ。所述鉆孔Ⅰ連通矩形孔Ⅰ與立柱Ⅰ的兩個(gè)側(cè)面。

所述立柱Ⅱ的底面去除一個(gè)長方體B形成缺口Ⅱ。所述缺口Ⅱ貫穿立柱Ⅱ兩側(cè)。所述缺口Ⅱ的一個(gè)出口在半包圍空間ⅠS內(nèi)。所述立柱Ⅱ的底面還具有若干個(gè)螺紋孔Ⅱ。所述立柱Ⅱ上開有貫穿其兩側(cè)的矩形孔Ⅱ。所述矩形孔Ⅱ的一個(gè)出口在半包圍空間ⅠS內(nèi)。所述立柱Ⅱ背向橫梁Ⅰ的一側(cè)還布置有兩個(gè)豎向支撐腿Ⅱ。所述兩個(gè)豎向支撐腿Ⅱ上均具有豎向滑槽Ⅱ。所述立柱Ⅱ上還開有貫穿其兩側(cè)的鉆孔Ⅱ。所述鉆孔Ⅱ連通矩形孔Ⅱ與立柱Ⅱ的兩個(gè)側(cè)面。

所述框架Ⅱ包括立柱Ⅲ、立柱Ⅳ和橫梁Ⅱ。所述橫梁Ⅱ連接在立柱Ⅲ和立柱Ⅳ之間。所述立柱Ⅲ、立柱Ⅳ和橫梁Ⅱ合圍半包圍空間ⅡS。所述立柱Ⅲ、立柱Ⅳ和橫梁Ⅱ?yàn)橐粋€(gè)整體。

所述立柱Ⅲ的頂面去除一個(gè)長方體C，形成缺口Ⅲ。所述缺口Ⅲ的一個(gè)出口在半包圍空間ⅡS內(nèi)。所述立柱Ⅲ上開有貫穿其兩側(cè)的矩形孔Ⅲ。所述矩形孔Ⅲ的一個(gè)出口在半包圍空間ⅡS內(nèi)。所述立柱Ⅲ在缺口Ⅲ處還布置有若干個(gè)螺紋孔Ⅲ。所述立柱Ⅲ的兩個(gè)側(cè)面均具有豎向滑軌Ⅰ。

所述立柱Ⅳ的頂面去除一個(gè)長方體D，形成缺口Ⅳ。所述缺口Ⅳ的一個(gè)出口在半包圍空間ⅡS內(nèi)。所述立柱Ⅳ上開有貫穿其兩側(cè)的矩形孔Ⅳ。所述矩形孔Ⅳ的一個(gè)出口在半包圍空間ⅡS內(nèi)。所述立柱Ⅳ在缺口Ⅳ處還豎直布置有若干個(gè)螺紋孔Ⅲ。所述立柱Ⅳ的兩個(gè)側(cè)面均具有豎向滑軌Ⅱ。

所述上壓板兩端分別嵌入缺口Ⅲ和缺口Ⅳ中。所述上壓板和框架Ⅱ構(gòu)成口字型。所述上壓板的板面上具有若干個(gè)內(nèi)六角螺栓深孔Ⅰ。所述上壓板和框架Ⅱ通過內(nèi)六角螺栓連接，這些內(nèi)六角螺栓穿過內(nèi)六角螺栓深孔Ⅰ后旋入螺紋孔Ⅲ中。

所述框架Ⅰ、框架Ⅱ和上壓板構(gòu)成組合件。所述組合件中，橫梁Ⅰ位于橫梁Ⅱ的上方，上壓板位于橫梁Ⅰ的上方。所述橫梁Ⅱ的兩端分別嵌入缺口Ⅰ和缺口Ⅱ中。所述半包圍空間ⅠS和半包圍空間ⅡS組合成空間ⅠS。所述立柱Ⅲ插入兩個(gè)豎向支撐腿Ⅰ之間。所述立柱Ⅳ插入兩個(gè)豎向支撐腿Ⅱ之間。所述豎向滑軌Ⅰ與豎向滑槽Ⅰ相配合。所述豎向滑軌Ⅱ與豎向滑槽Ⅱ相配合。所述框架Ⅱ可豎向運(yùn)動(dòng)。所述矩形孔Ⅰ和矩形孔Ⅲ一起構(gòu)成矩形孔ⅤM。所述矩形孔Ⅱ和矩形孔Ⅳ一起構(gòu)成矩形孔ⅥN。

所述拉頭Ⅰ包括直角板Ⅰ和側(cè)板Ⅰ。所述直角板Ⅰ包括豎板Ⅰ和橫板Ⅰ。所述側(cè)板Ⅰ與豎板Ⅰ對(duì)稱布置。所述側(cè)板Ⅰ與橫板Ⅰ通過螺栓連接。所述豎板Ⅰ的板面上具有若干個(gè)鉆孔Ⅳ。所述側(cè)板Ⅰ對(duì)應(yīng)位置開有數(shù)量相同的鉆孔Ⅴ，且鉆孔Ⅴ和鉆孔Ⅳ直徑相同。

所述若干個(gè)鉆孔Ⅳ之中，兩側(cè)的兩個(gè)鉆孔Ⅳ中具有變徑螺栓Ⅰ，其余鉆孔Ⅳ中具有輥軸Ⅰ。所述變徑螺栓Ⅰ螺紋端的直徑小于螺桿直徑。所述變徑螺栓Ⅰ穿過鉆孔Ⅳ和鉆孔Ⅴ后與螺母旋接固定。所述輥軸Ⅰ兩端直徑小，中間直徑大，且所述輥軸Ⅰ中部直徑大于變徑螺栓Ⅰ螺桿直徑。所述輥軸Ⅰ的兩端分別插入鉆孔Ⅳ和鉆孔Ⅴ中。所述鉆孔Ⅳ和鉆孔Ⅴ的直徑大于輥軸Ⅰ端部的直徑。所述輥軸Ⅰ可自由滾動(dòng)。所述拉頭Ⅰ可以水平移動(dòng)。所述直角板Ⅰ、側(cè)板Ⅰ、變徑螺栓Ⅰ和輥軸Ⅰ合圍空間ⅡS。

所述拉頭Ⅱ包括直角板Ⅱ、側(cè)板Ⅱ、變徑螺栓Ⅱ和輥軸Ⅱ。所述直角板Ⅱ包括豎板Ⅱ和橫板Ⅱ。所述拉頭Ⅱ與拉頭Ⅰ結(jié)構(gòu)相同。所述直角板Ⅱ、側(cè)板Ⅱ、變徑螺栓Ⅱ和輥軸Ⅱ合圍空間ⅢS。

試樣是一個(gè)置于空間ⅠS內(nèi)的六面體。這個(gè)六面體的上下表面分別粘貼橫板Ⅰ與橫板Ⅱ。

所述拉頭Ⅰ安裝在橫梁Ⅰ處。所述橫梁Ⅰ伸入空間ⅡS內(nèi)，橫梁Ⅰ的頂面與輥軸Ⅰ接觸。所述拉頭Ⅱ安裝在橫梁Ⅱ處。所述橫梁Ⅱ伸入空間ⅢS內(nèi)，橫梁Ⅱ的底面與輥軸Ⅱ接觸。

所述墊板的板面上具有若干個(gè)內(nèi)六角螺栓深孔Ⅱ。所述墊板通過內(nèi)六角螺栓固定在框架Ⅰ下方，這些內(nèi)六角螺栓穿過六角螺栓深孔Ⅱ后旋入螺紋孔Ⅰ或螺紋孔Ⅱ中。

所述組合件的上、右、下、左分別布置試驗(yàn)機(jī)加載頭Ⅰ、試驗(yàn)機(jī)加載頭Ⅱ、試驗(yàn)機(jī)加載頭Ⅲ和試驗(yàn)機(jī)加載頭Ⅳ。

所述試驗(yàn)機(jī)加載頭Ⅰ的下端作用于上壓板。所述試驗(yàn)機(jī)加載頭Ⅲ的上端擱置墊板。當(dāng)進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，框架Ⅱ向下運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)拉頭Ⅱ向下運(yùn)動(dòng)。

當(dāng)進(jìn)行雙軸拉壓試驗(yàn)時(shí)，所述矩形孔ⅤM內(nèi)穿入側(cè)壓板Ⅰ。所述矩形孔ⅥN內(nèi)穿入側(cè)壓板Ⅱ。所述側(cè)壓板Ⅰ和側(cè)壓板Ⅱ可在水平方向運(yùn)動(dòng)。所述側(cè)壓板Ⅰ的一端與巖石試件接觸、另一端被試驗(yàn)機(jī)加載頭Ⅳ頂住。所述側(cè)壓板Ⅱ的一端與巖石試件接觸、另一端被試驗(yàn)機(jī)加載頭Ⅱ頂住。

當(dāng)進(jìn)行拉剪試驗(yàn)時(shí)，矩形孔ⅤM內(nèi)安裝有剪切墊塊Ⅰ，矩形孔ⅥN內(nèi)安裝有剪切墊塊Ⅱ。所述剪切墊塊Ⅰ的兩個(gè)側(cè)面上分別具有一個(gè)螺紋孔Ⅳ。所述剪切墊塊Ⅱ的兩個(gè)側(cè)面上分別具有一個(gè)螺紋孔Ⅴ。所述剪切墊塊Ⅰ與立柱Ⅰ通過螺栓連接，這些螺栓穿過螺紋孔Ⅳ和鉆孔Ⅰ。所述剪切墊塊Ⅱ與立柱Ⅱ通過螺栓連接，這些螺栓穿過螺紋孔Ⅴ和鉆孔Ⅱ。

所述矩形孔ⅤM內(nèi)穿入剪切板Ⅰ。所述剪切板Ⅰ的一端與巖石試件接觸、另一端被試驗(yàn)機(jī)加載頭Ⅳ頂住。所述剪切板Ⅰ與剪切墊塊Ⅰ配合，可沿水平方向運(yùn)動(dòng)。所述矩形孔ⅥN內(nèi)穿入剪切板Ⅱ。所述剪切板Ⅱ的一端與巖石試件接觸、另一端被試驗(yàn)機(jī)加載頭Ⅱ頂住。所述剪切板Ⅱ與剪切墊塊Ⅱ配合，可沿水平方向運(yùn)動(dòng)。所述剪切板Ⅰ和剪切板Ⅱ所處高度不同。

進(jìn)一步，所述豎向滑槽Ⅰ和豎向滑槽Ⅱ均為燕尾槽。所述豎向滑軌Ⅰ和豎向滑軌Ⅱ均為燕尾榫。燕尾槽和燕尾榫相互嵌合。

進(jìn)一步，所述上壓板的上板面還具有滾珠陣列Ⅰ。所述滾珠陣列Ⅰ中的滾珠可自由轉(zhuǎn)動(dòng)。所述墊板的下板面還具有滾珠陣列Ⅱ。所述滾珠陣列Ⅱ中的滾珠可自由轉(zhuǎn)動(dòng)。

本發(fā)明還公開一種采用上述裝置的雙軸拉壓試驗(yàn)方法，包括以下步驟：

1)將直角板Ⅰ和直角板Ⅱ與試樣對(duì)中，試樣上下表面采用強(qiáng)力膠分別粘貼橫板Ⅰ與橫板Ⅱ，形成組裝體。

2)待強(qiáng)力膠完全凝固后，將組裝體放置在空間ⅠS內(nèi)。將拉頭Ⅰ與拉頭Ⅱ分別安裝在橫梁Ⅰ和橫梁Ⅱ上：先安裝輥軸Ⅰ，然后用螺栓和變徑螺栓Ⅰ連接直角板Ⅰ和側(cè)板Ⅰ。先安裝輥軸Ⅱ，然后用螺栓和變徑螺栓Ⅱ連接直角板Ⅱ和側(cè)板Ⅱ。

3)安裝側(cè)壓板Ⅰ和側(cè)壓板Ⅱ。

4)通過試驗(yàn)機(jī)加載頭Ⅱ和試驗(yàn)機(jī)加載頭Ⅳ加載水平壓應(yīng)力至設(shè)定值。

5)通過試驗(yàn)機(jī)加載頭Ⅰ和試驗(yàn)機(jī)加載頭Ⅲ加載豎向拉應(yīng)力，直到試樣破壞。試樣破壞后立即關(guān)閉試驗(yàn)機(jī)加載系統(tǒng)。

本發(fā)明還公開一種采用上述裝置的拉剪試驗(yàn)方法，包括以下步驟：

1)將直角板Ⅰ和直角板Ⅱ與試樣對(duì)中，試樣上下表面采用強(qiáng)力膠分別粘貼橫板Ⅰ與橫板Ⅱ，形成組裝體。

2)待強(qiáng)力膠完全凝固后，將組裝體放置在空間ⅠS內(nèi)。將拉頭Ⅰ與拉頭Ⅱ分別安裝在橫梁Ⅰ和橫梁Ⅱ上：先安裝輥軸Ⅰ，然后用螺栓和變徑螺栓Ⅰ連接直角板Ⅰ和側(cè)板Ⅰ。先安裝輥軸Ⅱ，然后用螺栓和變徑螺栓Ⅱ連接直角板Ⅱ和側(cè)板Ⅱ。

3)安裝剪切墊塊Ⅰ、剪切墊塊Ⅱ、剪切板Ⅰ和剪切板Ⅱ。

4)通過試驗(yàn)機(jī)加載頭Ⅰ和試驗(yàn)機(jī)加載頭Ⅲ加載法向拉應(yīng)力至設(shè)定值。

5)通過試驗(yàn)機(jī)加載頭Ⅱ和試驗(yàn)機(jī)加載頭Ⅳ加載剪切力，直到試樣破壞。試樣破壞后立即關(guān)閉試驗(yàn)機(jī)加載系統(tǒng)。

本發(fā)明的技術(shù)效果是毋庸置疑的：

A)結(jié)構(gòu)簡單，且無需專門設(shè)計(jì)壓剪試驗(yàn)機(jī)，可大幅降低試驗(yàn)成本；

B)框架設(shè)計(jì)將試驗(yàn)機(jī)豎向壓力轉(zhuǎn)為巖石試樣的拉應(yīng)力，操作簡單，易于控制；

C)試樣在水平壓力方向自由變形，測試結(jié)果更加準(zhǔn)確。

附圖說明

圖1為拉剪試驗(yàn)加載示意圖；

圖2為雙軸拉壓試驗(yàn)加載示意圖；

圖3為框架Ⅰ結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為框架Ⅰ仰視圖；

圖5為框架Ⅱ結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6為上壓板俯視圖；

圖7為組合件結(jié)構(gòu)示意圖；

圖8為組合件正視圖；

圖9為拉頭Ⅰ結(jié)構(gòu)示意圖；

圖10為直角板Ⅰ結(jié)構(gòu)示意圖；

圖11為側(cè)板Ⅰ結(jié)構(gòu)示意圖；

圖12為拉頭Ⅱ結(jié)構(gòu)示意圖；

圖13為墊板仰視圖；

圖14為剪切墊塊Ⅰ結(jié)構(gòu)示意圖；

圖15為剪切墊塊Ⅱ結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中：半包圍空間ⅠS1、半包圍空間ⅡS2、空間ⅠS、空間ⅡS3、空間ⅢS4、矩形孔ⅤM、矩形孔ⅥN、框架Ⅰ1、立柱Ⅰ101、豎向支撐腿Ⅰ1011、豎向滑槽Ⅰ10111、矩形孔Ⅰ1013、缺口Ⅰ1014、鉆孔Ⅰ1015、螺紋孔Ⅰ1016、立柱Ⅱ102、豎向支撐腿Ⅱ1021、豎向滑槽Ⅱ10211、矩形孔Ⅱ1023、缺口Ⅱ1024、鉆孔Ⅱ1025、螺紋孔Ⅱ1026、橫梁Ⅰ103、框架Ⅱ2、立柱Ⅲ201、缺口Ⅲ2011、矩形孔Ⅲ2012、豎向滑軌Ⅰ2013、立柱Ⅳ202、缺口Ⅳ2021、矩形孔Ⅳ2022、豎向滑軌Ⅱ2023、橫梁Ⅱ203、螺紋孔Ⅲ204、上壓板3、滾珠陣列Ⅰ301、內(nèi)六角螺栓深孔Ⅰ302、拉頭Ⅰ4、直角板Ⅰ401、豎板Ⅰ4011、鉆孔Ⅳ40111、橫板Ⅰ4012、側(cè)板Ⅰ402、鉆孔Ⅴ4021、變徑螺栓Ⅰ403、輥軸Ⅰ404、拉頭Ⅱ40、直角板Ⅱ4001、豎板Ⅱ40011、橫板Ⅱ40012、側(cè)板Ⅱ4002、變徑螺栓Ⅱ4003、輥軸Ⅱ4004、墊板6、滾珠陣列Ⅱ601、內(nèi)六角螺栓深孔Ⅱ602、側(cè)壓板Ⅰ7、側(cè)壓板Ⅱ70、試樣8、試驗(yàn)機(jī)加載頭Ⅰ91、試驗(yàn)機(jī)加載頭Ⅱ92、試驗(yàn)機(jī)加載頭Ⅲ93、試驗(yàn)機(jī)加載頭Ⅳ94、剪切板Ⅰ10、剪切板Ⅱ100、剪切墊塊Ⅰ11、螺紋孔Ⅳ1101、剪切墊塊Ⅱ12、螺紋孔Ⅴ1201。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明，但不應(yīng)該理解為本發(fā)明上述主題范圍僅限于下述實(shí)施例。在不脫離本發(fā)明上述技術(shù)思想的情況下，根據(jù)本領(lǐng)域普通技術(shù)知識(shí)和慣用手段，做出各種替換和變更，均應(yīng)包括在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。

實(shí)施例1：

本實(shí)施例公開一種巖石類材料拉剪和雙軸拉壓試驗(yàn)裝置，包括框架Ⅰ1、框架Ⅱ2、上壓板3、拉頭Ⅰ4、拉頭Ⅱ40、墊板6、試驗(yàn)機(jī)加載頭Ⅰ91、試驗(yàn)機(jī)加載頭Ⅱ92、試驗(yàn)機(jī)加載頭Ⅲ93和試驗(yàn)機(jī)加載頭Ⅳ94。

參見圖3和圖4，所述框架Ⅰ1包括立柱Ⅰ101、立柱Ⅱ102和橫梁Ⅰ103。所述橫梁Ⅰ103連接在立柱Ⅰ101和立柱Ⅱ102之間，三者底面平齊。所述立柱Ⅰ101、立柱Ⅱ102和橫梁Ⅰ103合圍半包圍空間ⅠS1。所述立柱Ⅰ101、立柱Ⅱ102和橫梁Ⅰ103圍成形。所述立柱Ⅰ101、立柱Ⅱ102和橫梁Ⅰ103為一個(gè)整體。

所述立柱Ⅰ101的底面去除一個(gè)長方體A形成缺口Ⅰ1014。所述缺口Ⅰ1014貫穿立柱Ⅰ101兩側(cè)。所述缺口Ⅰ1014的一個(gè)出口在半包圍空間ⅠS1內(nèi)。所述立柱Ⅰ101的底面還具有4個(gè)螺紋孔Ⅰ1016。所述立柱Ⅰ101上開有貫穿其兩側(cè)的矩形孔Ⅰ1013。所述矩形孔Ⅰ1013的一個(gè)出口在半包圍空間ⅠS1內(nèi)。所述立柱Ⅰ101背向橫梁Ⅰ103的一側(cè)還布置有兩個(gè)豎向支撐腿Ⅰ1011。所述兩個(gè)豎向支撐腿Ⅰ1011上均具有豎向滑槽Ⅰ10111。所述立柱Ⅰ101上還開有貫穿其兩側(cè)的鉆孔Ⅰ1015。所述鉆孔Ⅰ1015連通矩形孔Ⅰ1013與立柱Ⅰ101的兩個(gè)側(cè)面。

所述立柱Ⅱ102的底面去除一個(gè)長方體B形成缺口Ⅱ1024。所述缺口Ⅱ1024貫穿立柱Ⅱ102兩側(cè)。所述缺口Ⅱ1024的一個(gè)出口在半包圍空間ⅠS1內(nèi)。所述立柱Ⅱ102的底面還具有4個(gè)螺紋孔Ⅱ1026。所述立柱Ⅱ102上開有貫穿其兩側(cè)的矩形孔Ⅱ1023。所述矩形孔Ⅱ1023的一個(gè)出口在半包圍空間ⅠS1內(nèi)。所述立柱Ⅱ102背向橫梁Ⅰ103的一側(cè)還布置有兩個(gè)豎向支撐腿Ⅱ1021。所述兩個(gè)豎向支撐腿Ⅱ1021上均具有豎向滑槽Ⅱ10211。所述立柱Ⅱ102上還開有貫穿其兩側(cè)的鉆孔Ⅱ1025。所述鉆孔Ⅱ1025連通矩形孔Ⅱ1023與立柱Ⅱ102的兩個(gè)側(cè)面。所述鉆孔Ⅱ1025的位置高于鉆孔Ⅰ1015。

參見圖5，所述框架Ⅱ2包括立柱Ⅲ201、立柱Ⅳ202和橫梁Ⅱ203。所述橫梁Ⅱ203連接在立柱Ⅲ201和立柱Ⅳ202之間，三者底面平齊。所述立柱Ⅲ201、立柱Ⅳ202和橫梁Ⅱ203合圍半包圍空間ⅡS2。所述立柱Ⅲ201、立柱Ⅳ202和橫梁Ⅱ203圍成形。橫梁Ⅱ203的高度小于長方體A和長方體B的高度。所述立柱Ⅲ201、立柱Ⅳ202和橫梁Ⅱ203為一個(gè)整體。

所述立柱Ⅲ201的頂面去除一個(gè)長方體C，形成缺口Ⅲ2011。所述缺口Ⅲ2011的一個(gè)出口在半包圍空間ⅡS2內(nèi)。所述立柱Ⅲ201上開有貫穿其兩側(cè)的矩形孔Ⅲ2012。所述矩形孔Ⅲ2012的一個(gè)出口在半包圍空間ⅡS2內(nèi)。所述立柱Ⅲ201在缺口Ⅲ2011處還布置有4個(gè)螺紋孔Ⅲ204。所述立柱Ⅲ201的兩個(gè)側(cè)面均具有豎向滑軌Ⅰ2013。

所述立柱Ⅳ202的頂面去除一個(gè)長方體D，形成缺口Ⅳ2021。所述缺口Ⅳ2021的一個(gè)出口在半包圍空間ⅡS2內(nèi)。所述立柱Ⅳ202上開有貫穿其兩側(cè)的矩形孔Ⅳ2022。所述矩形孔Ⅳ2022的一個(gè)出口在半包圍空間ⅡS2內(nèi)。所述立柱Ⅳ202在缺口Ⅳ2021處還豎直布置有4個(gè)螺紋孔Ⅲ204。所述立柱Ⅳ202的兩個(gè)側(cè)面均具有豎向滑軌Ⅱ2023。

參見圖6，所述上壓板3兩端分別嵌入缺口Ⅲ2011和缺口Ⅳ2021中。所述上壓板3和框架Ⅱ2構(gòu)成口字型。所述上壓板3位于橫梁Ⅱ203的上方。所述上壓板3的板面上具有4個(gè)內(nèi)六角螺栓深孔Ⅰ302。所述上壓板3和框架Ⅱ2通過內(nèi)六角螺栓連接，這些內(nèi)六角螺栓穿過內(nèi)六角螺栓深孔Ⅰ302后旋入螺紋孔Ⅲ204中。

參見圖7和圖8，所述框架Ⅰ1、框架Ⅱ2和上壓板3構(gòu)成組合件。所述組合件中，橫梁Ⅰ103位于橫梁Ⅱ203的上方，上壓板3位于橫梁Ⅰ103的上方。所述橫梁Ⅱ203的兩端分別嵌入缺口Ⅰ1014和缺口Ⅱ1024中。所述半包圍空間ⅠS1和半包圍空間ⅡS2組合成空間ⅠS。所述立柱Ⅲ201插入兩個(gè)豎向支撐腿Ⅰ1011之間。所述立柱Ⅳ202插入兩個(gè)豎向支撐腿Ⅱ1021之間。所述豎向滑軌Ⅰ2013與豎向滑槽Ⅰ10111相配合。所述豎向滑軌Ⅱ2023與豎向滑槽Ⅱ10211相配合。所述框架Ⅱ2可豎向運(yùn)動(dòng)。為減小接觸面摩擦，所述上壓板3的上板面還具有滾珠陣列Ⅰ301。所述滾珠陣列Ⅰ301中的滾珠可自由轉(zhuǎn)動(dòng)。所述矩形孔Ⅰ1013和矩形孔Ⅲ2012一起構(gòu)成矩形孔ⅤM。所述矩形孔Ⅱ1023和矩形孔Ⅳ2022一起構(gòu)成矩形孔ⅥN。

參見圖9、圖10和圖11，所述拉頭Ⅰ4包括直角板Ⅰ401和側(cè)板Ⅰ402。所述直角板Ⅰ401包括豎板Ⅰ4011和橫板Ⅰ4012。所述側(cè)板Ⅰ402與豎板Ⅰ4011對(duì)稱布置。所述側(cè)板Ⅰ402與橫板Ⅰ4012通過螺栓連接。所述豎板Ⅰ4011的板面上具有6個(gè)鉆孔Ⅳ40111。所述側(cè)板Ⅰ402對(duì)應(yīng)位置開有數(shù)量相同的鉆孔Ⅴ4021，且鉆孔Ⅴ4021和鉆孔Ⅳ40111直徑相同。

所述6個(gè)鉆孔Ⅳ40111之中，兩側(cè)的兩個(gè)鉆孔Ⅳ40111中具有變徑螺栓Ⅰ403，其余鉆孔Ⅳ40111中具有輥軸Ⅰ404。所述變徑螺栓Ⅰ403螺紋端的直徑小于螺桿直徑。所述變徑螺栓Ⅰ403穿過鉆孔Ⅳ40111和鉆孔Ⅴ4021后與螺母旋接固定。所述輥軸Ⅰ404兩端直徑小，中間直徑大，且所述輥軸Ⅰ404中部直徑大于變徑螺栓Ⅰ403螺桿直徑。所述輥軸Ⅰ404的兩端分別插入鉆孔Ⅳ40111和鉆孔Ⅴ4021中。所述鉆孔Ⅳ40111和鉆孔Ⅴ4021的直徑比輥軸Ⅰ404端部的直徑大2～3mm。所述拉頭Ⅰ4與立柱Ⅰ101之間的距離為10～20mm。所述拉頭Ⅰ4與立柱Ⅱ102之間的距離為10～20mm。所述輥軸Ⅰ404可自由滾動(dòng)，保證試驗(yàn)中試樣在水平方向可以自由變形。所述拉頭Ⅰ4可以水平移動(dòng)。所述直角板Ⅰ401、側(cè)板Ⅰ402、變徑螺栓Ⅰ403和輥軸Ⅰ404合圍空間ⅡS3。

參見圖12，所述拉頭Ⅱ40包括直角板Ⅱ4001、側(cè)板Ⅱ4002、變徑螺栓Ⅱ4003和輥軸Ⅱ4004。所述直角板Ⅱ4001包括豎板Ⅱ40011和橫板Ⅱ40012。所述拉頭Ⅱ40與拉頭Ⅰ4結(jié)構(gòu)相同。所述直角板Ⅱ4001、側(cè)板Ⅱ4002、變徑螺栓Ⅱ4003和輥軸Ⅱ4004合圍空間ⅢS4。

試樣8是一個(gè)置于空間ⅠS內(nèi)的六面體。這個(gè)六面體的上下表面分別粘貼橫板Ⅰ4012與橫板Ⅱ40012。

參見圖1和圖2，所述拉頭Ⅰ4安裝在橫梁Ⅰ103處。所述橫梁Ⅰ103伸入空間ⅡS3內(nèi)，橫梁Ⅰ103的頂面與輥軸Ⅰ404接觸。所述拉頭Ⅱ40安裝在橫梁Ⅱ203處。所述橫梁Ⅱ203伸入空間ⅢS4內(nèi)，橫梁Ⅱ203的底面與輥軸Ⅱ4004接觸。

參見圖12，所述墊板6的板面上具有4個(gè)內(nèi)六角螺栓深孔Ⅱ602。所述墊板6通過內(nèi)六角螺栓固定在框架Ⅰ1下方，這些內(nèi)六角螺栓穿過六角螺栓深孔Ⅱ602后旋入螺紋孔Ⅰ1016或螺紋孔Ⅱ1026中。所述墊板6的下板面還具有滾珠陣列Ⅱ601。所述滾珠陣列Ⅱ601中的滾珠可自由轉(zhuǎn)動(dòng)。

所述組合件的上、右、下、左分別布置試驗(yàn)機(jī)加載頭Ⅰ91、試驗(yàn)機(jī)加載頭Ⅱ92、試驗(yàn)機(jī)加載頭Ⅲ93和試驗(yàn)機(jī)加載頭Ⅳ94。

所述試驗(yàn)機(jī)加載頭Ⅰ91的下端作用于上壓板3。所述試驗(yàn)機(jī)加載頭Ⅲ93的上端擱置墊板6。當(dāng)進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，框架Ⅱ2向下運(yùn)動(dòng)。橫梁Ⅱ203帶動(dòng)拉頭Ⅱ40向下運(yùn)動(dòng)。橫梁Ⅱ203對(duì)拉頭Ⅱ40施加向下的力，橫梁Ⅰ103對(duì)拉頭Ⅰ4施加向上的力。進(jìn)而，拉頭Ⅰ4對(duì)試樣8產(chǎn)生向上的拉力，拉頭Ⅱ40對(duì)試樣8產(chǎn)生向下的拉力。這樣，就將試驗(yàn)機(jī)加載頭Ⅰ91和試驗(yàn)機(jī)加載頭Ⅲ93對(duì)框架Ⅰ和框架Ⅱ2施加的壓力轉(zhuǎn)化為拉頭Ⅰ4和拉頭Ⅱ40對(duì)試樣8施加的拉力。

參見圖1，當(dāng)進(jìn)行雙軸拉壓試驗(yàn)時(shí)，所述矩形孔ⅤM內(nèi)穿入側(cè)壓板Ⅰ7。所述矩形孔ⅥN內(nèi)穿入側(cè)壓板Ⅱ70。所述側(cè)壓板Ⅰ7和側(cè)壓板Ⅱ70可在水平方向運(yùn)動(dòng)。所述側(cè)壓板Ⅰ7的一端與巖石試件接觸、另一端被試驗(yàn)機(jī)加載頭Ⅳ94頂住。所述側(cè)壓板Ⅱ70的一端與巖石試件接觸、另一端被試驗(yàn)機(jī)加載頭Ⅱ92頂住。

參見圖2，當(dāng)進(jìn)行拉剪試驗(yàn)時(shí)，矩形孔ⅤM內(nèi)安裝有剪切墊塊Ⅰ11，矩形孔ⅥN內(nèi)安裝有剪切墊塊Ⅱ12。所述剪切墊塊Ⅰ11的兩個(gè)側(cè)面上分別具有一個(gè)螺紋孔Ⅳ1101。所述剪切墊塊Ⅱ12的兩個(gè)側(cè)面上分別具有一個(gè)螺紋孔Ⅴ1201。所述剪切墊塊Ⅰ11與立柱Ⅰ101通過螺栓連接，這些螺栓穿過螺紋孔Ⅳ1101和鉆孔Ⅰ1015。所述剪切墊塊Ⅱ12與立柱Ⅱ102通過螺栓連接，這些螺栓穿過螺紋孔Ⅴ1201和鉆孔Ⅱ1025。

所述矩形孔ⅤM內(nèi)穿入剪切板Ⅰ10。所述剪切板Ⅰ10與剪切墊塊Ⅰ11配合，可沿水平方向運(yùn)動(dòng)。所述剪切板Ⅰ10的底面與剪切墊塊Ⅰ11的頂面接觸。所述矩形孔ⅥN內(nèi)穿入剪切板Ⅱ100。所述剪切板Ⅱ100與剪切墊塊Ⅱ12配合，可沿水平方向運(yùn)動(dòng)。所述剪切板Ⅱ100的頂面與剪切墊塊Ⅱ12的底面接觸。所述剪切板Ⅰ10的一端與巖石試件接觸、另一端被試驗(yàn)機(jī)加載頭Ⅳ94頂住。所述剪切板Ⅱ100的一端與巖石試件接觸、另一端被試驗(yàn)機(jī)加載頭Ⅱ92頂住。所述剪切板Ⅰ10所處位置高于剪切板Ⅱ100所處位置。

值得說明的是，本實(shí)施例中豎向滑槽Ⅰ10111和豎向滑槽Ⅱ10211均為燕尾槽。豎向滑軌Ⅰ2013和豎向滑軌Ⅱ2023均為燕尾榫。燕尾槽和燕尾榫相互嵌合不脫離，只能沿縱向滑動(dòng)。

實(shí)施例2：

本實(shí)施例公開一種采用實(shí)施例1所述巖石類材料拉剪和雙軸拉壓試驗(yàn)裝置的雙軸拉壓試驗(yàn)方法，包括以下步驟：

1)將直角板Ⅰ401和直角板Ⅱ4001與試樣8對(duì)中，試樣8上下表面采用強(qiáng)力膠分別粘貼橫板Ⅰ4012與橫板Ⅱ40012，形成組裝體。

2)待強(qiáng)力膠完全凝固后，將組裝體放置在空間ⅠS內(nèi)。將拉頭Ⅰ4與拉頭Ⅱ40分別安裝在橫梁Ⅰ103和橫梁Ⅱ203上：先安裝輥軸Ⅰ404，然后用螺栓和變徑螺栓Ⅰ403連接直角板Ⅰ401和側(cè)板Ⅰ402。先安裝輥軸Ⅱ4004，然后用螺栓和變徑螺栓Ⅱ4003連接直角板Ⅱ4001和側(cè)板Ⅱ4002。

3)安裝側(cè)壓板Ⅰ7和側(cè)壓板Ⅱ70。

4)通過試驗(yàn)機(jī)加載頭Ⅱ92和試驗(yàn)機(jī)加載頭Ⅳ94加載水平壓應(yīng)力至設(shè)定值。

5)通過試驗(yàn)機(jī)加載頭Ⅰ91和試驗(yàn)機(jī)加載頭Ⅲ93加載豎向拉應(yīng)力，直到試樣8破壞。試樣8破壞后立即關(guān)閉試驗(yàn)機(jī)加載系統(tǒng)。

實(shí)施例3：

本實(shí)施例公開一種采用實(shí)施例1所述巖石類材料拉剪和雙軸拉壓試驗(yàn)裝置的拉剪試驗(yàn)方法，包括以下步驟：

1)將直角板Ⅰ(401)和直角板Ⅱ(4001)與試樣(8)對(duì)中，試樣(8)上下表面采用強(qiáng)力膠分別粘貼橫板Ⅰ(4012)與橫板Ⅱ(40012)，形成組裝體；

2)待強(qiáng)力膠完全凝固后，將組裝體放置在空間Ⅰ(S)內(nèi)；將拉頭Ⅰ(4)與拉頭Ⅱ(40)分別安裝在橫梁Ⅰ(103)和橫梁Ⅱ(203)上：先安裝輥軸Ⅰ(404)，然后用螺栓和變徑螺栓Ⅰ(403)連接直角板Ⅰ(401)和側(cè)板Ⅰ(402)；先安裝輥軸Ⅱ(4004)，然后用螺栓和變徑螺栓Ⅱ(4003)連接直角板Ⅱ(4001)和側(cè)板Ⅱ(4002)；

3)安裝剪切墊塊Ⅰ(11)、剪切墊塊Ⅱ(12)、剪切板Ⅰ(10)和剪切板Ⅱ(100)；

4)通過試驗(yàn)機(jī)加載頭Ⅰ(91)和試驗(yàn)機(jī)加載頭Ⅲ(93)加載法向拉應(yīng)力至設(shè)定值；

5)通過試驗(yàn)機(jī)加載頭Ⅱ(92)和試驗(yàn)機(jī)加載頭Ⅳ(94)加載剪切力，直到試樣(8)破壞；試樣(8)破壞后立即關(guān)閉試驗(yàn)機(jī)加載系統(tǒng)。