本發(fā)明涉及巖石摩擦實驗用設備技術領域，尤其涉及一種巖石直剪摩擦實驗用調平裝置。

背景技術：

巖石直剪摩擦實驗是最直接的模擬斷層摩擦滑動的實驗方法，是評價和研究斷層滑動行為和力學性質的重要手段，其在地震成因機制研究中具有重要意義。

在進行巖石直剪摩擦實驗時，將兩塊待測巖石樣品分別夾持起來，然后將兩塊待測巖石樣品上下相對放置，兩塊待檢測巖石樣品的相對面即為摩擦面，從而進行摩擦實驗。現(xiàn)有技術通常使用剪切盒對待測巖石樣品進行夾持，即，將兩塊待測巖石樣品分別放置在兩個上下相對的剪切盒中，通過剪切盒的兩端內壁對待測巖石樣品進行夾持，即，待測巖石樣品與剪切盒的兩端內壁剛性接觸，從而實現(xiàn)對待測巖石樣品的固定。

然而，巖石實驗樣品在加工過程中并不能夠加工為絕對規(guī)整的形狀，而在摩擦試驗時，為了保證實驗精度，在摩擦時需要使兩塊巖石樣品呈面-面接觸狀態(tài)。但是，由于現(xiàn)有技術中待測巖石樣品的端部與剪切盒的兩端為剛性接觸，無法對已放入剪切盒中的巖石樣品的位置進行微調整，很難保證兩塊待測巖石之間的面-面接觸，導致在摩擦滑動過程中形成線-面摩擦狀態(tài)，從而對實驗結果帶來了很大誤差，導致實驗精度降低。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種巖石直剪摩擦實驗用調平裝置，以克服現(xiàn)有技術無法對待測巖石樣品的位置進行調整而導致實驗精度低的缺陷。

本發(fā)明提供的一種巖石直剪摩擦實驗用調平裝置，包括：球頭和可固定在實驗臺面上的球座；所述球座的頂部設有與所述球頭形狀匹配的凹腔，所述球頭位于所述凹腔內，所述球頭的頂部連接有用于固定待測巖石樣品的平臺；所述球頭可在所述凹腔內轉動，并帶動所述平臺移動，以使所述平臺上的待測巖石樣品的摩擦面處于預設位置；還包括可抵接在所述球頭上的抵接部，所述抵接部和所述球頭抵接時，所述球頭在所述抵接部的摩擦力作用下與所述球座保持相對靜止。

在本發(fā)明的一實施例中，所述球座的頂部罩設有罩殼，所述球頭的頂部具有凸起，所述罩殼上設有供所述凸起的頂端穿出的通孔，且所述凸起的側壁與所述通孔的孔壁之間具有間隙，所述平臺連接在所述凸起的頂端。

在本發(fā)明的一實施例中，所述罩殼為喇叭狀，喇叭狀罩殼的擴口端連接在所述球座的頂面邊沿，所述通孔設置在所述喇叭狀罩殼的尾端。

在本發(fā)明的一實施例中，所述抵接部包括：第一螺桿和第二螺桿；所述罩殼的側壁上開設有相對設置的第一螺孔和第二螺孔，所述第一螺桿穿設在所述第一螺孔中，且所述第一螺桿的尾部可抵頂在所述球頭上，所述第二螺桿穿設在所述第二螺孔中，且所述第二螺桿的尾部可抵頂在所述球頭上。

在本發(fā)明的一實施例中，所述球頭上設有與所述第一螺桿的尾部形狀匹配的第一凹槽和與所述第二螺桿的尾部形狀匹配的第二凹槽，所述第一螺桿的尾部可抵頂在所述第一凹槽中，所述第二螺桿的尾部可抵頂在所述第二凹槽中。

在本發(fā)明的一實施例中，還包括圍設在所述罩殼的側壁上的齒形條，所述齒形條的下邊緣呈鋸齒狀；所述第一螺桿的頭部具有第一齒牙，所述第二螺桿的頭部具有第二齒牙，所述第一齒牙和所述第二齒牙均與所述齒形條的下邊緣嚙合；所述齒形條可在調平件的帶動下沿所述罩殼側壁的周向移動，以帶動所述第一螺桿和所述第二螺桿旋轉，且所述第一螺桿和所述第二螺桿的旋轉方向相反。

在本發(fā)明的一實施例中，所述調平件包括：設置在所述第一螺孔和所述第二螺孔之間的第三螺孔、與所述第三螺孔匹配連接的調平螺母；所述調平螺母的頭部設有螺母齒，所述螺母齒與所述齒形條的下邊緣嚙合。

在本發(fā)明的一實施例中，所述罩殼的側壁上還設有用于防止所述齒形條向上移動的限位部。

在本發(fā)明的一實施例中，所述限位部包括：位于所述齒形條上方的軸承孔以及穿設在所述軸承孔中的軸承絲桿，所述齒形條的上邊緣抵接在所述軸承絲桿的桿身上。

在本發(fā)明的一實施例中，所述罩殼的底部邊沿通過緊固件與所述球座的頂面連接；所述球座的底部邊沿設有固定孔，所述球座通過貫穿所述固定孔的螺釘與所述實驗臺面連接。

本發(fā)明的巖石直剪摩擦實驗用調平裝置，通過設置球頭和可固定在實驗臺面上的球座，在球座的頂部開設與球頭形狀匹配的凹腔，使球頭可在該凹腔內轉動，將固定有待測巖石樣品的平臺連接在球頭的頂部。在進行摩擦實驗時，首先將另一塊待測巖石放置在平臺上的待測巖石上方，通過使球頭在凹腔內轉動，從而帶動平臺移動，直至平臺上的待測巖石樣品的摩擦面處于預設位置，即，使平臺上的待測巖石與位于其上方的待測巖石之間形成面-面接觸，然后將抵接部抵在球頭上，以將球頭固定在凹腔內，阻止球頭繼續(xù)轉動，然后進行摩擦實驗即可，從而保證了摩擦過程中兩塊待測巖石樣品的面-面接觸狀態(tài)，保證了摩擦實驗的精度。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術中的技術方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術描述中所需要使用的附圖作一簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發(fā)明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明提供的巖石直剪摩擦實驗用調平裝置的整體結構示意圖；

圖2為本發(fā)明提供的巖石直剪摩擦實驗用調平裝置中的罩殼的立體結構示意圖；

圖3為本發(fā)明提供的巖石直剪摩擦實驗用調平裝置中第一螺桿的結構示意圖；

圖4為本發(fā)明提供的巖石直剪摩擦實驗用調平裝置中第二螺桿的結構示意圖；

圖5為本發(fā)明提供的巖石直剪摩擦實驗用調平裝置中的調平螺母的結構示意圖；

圖6為本發(fā)明提供的巖石直剪摩擦實驗用調平裝置中的軸承絲桿的結構示意圖。

附圖標記說明：

1—球座；11—凹腔；12—固定孔；2—球頭；21—凸起；22—第一凹槽；23—第二凹槽；3—平臺；4—罩殼；41—通孔；42—擴口端；43—緊固件；43a—螺孔；51—第一螺桿；511—第一螺桿的頭部；512—第一螺桿的尾部；513—第一螺紋；511a—第一齒牙；52—第二螺桿；521—第二螺桿的頭部；522—第二螺桿的尾部；523—第二螺紋；521a—第二齒牙；6—齒形條；61—齒形條的下邊緣；7—調平螺母；71—螺母齒；8—軸承絲桿；81—抵接面。

具體實施方式

為使本發(fā)明實施例的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

圖1為本發(fā)明提供的巖石直剪摩擦實驗用調平裝置的整體結構示意圖。圖2為本發(fā)明提供的巖石直剪摩擦實驗用調平裝置中的罩殼的立體結構示意圖。參照圖1和圖2所示，本實施例提供一種巖石直剪摩擦實驗用調平裝置，包括：球頭2和可固定在實驗臺面(圖中未示出)上的球座1。

其中，球頭2可以理解為圓球結構，也可以是球頭2的一部分表面為球形面。球座1的頂部設有與球頭2形狀匹配的凹腔11，即，凹腔11為弧形凹腔。球頭2位于凹腔11內，球頭2的頂部連接有用于固定待測巖石樣品的平臺3。球頭2可在凹腔11內轉動，并帶動平臺3移動，以使平臺3上的待測巖石樣品的摩擦面處于預設位置?？梢岳斫獾氖?，由于凹腔11與球頭2的形狀匹配，因此，球頭2可以向任意方向扭轉。本實施例的調平裝置還包括：可抵接在球頭2上的抵接部，抵接部和球頭2抵接時，球頭2在抵接部的摩擦力作用下與球座1保持相對靜止，即，當?shù)纸硬康纸釉谇蝾^2上時，可以阻止球頭2在凹腔11內繼續(xù)轉動。

參照圖1所示，具體實現(xiàn)時，可以在球座1的底部邊沿上設置固定孔12，通過貫穿該固定孔12的螺釘將球座1固定在實驗臺面上。當然，也可以在球座1的底部設置向下延伸的卡條，在實驗臺面上設置可與該卡條匹配卡合的卡槽，通過卡條與卡槽的匹配卡合，從而使該巖石直剪摩擦實驗用調平裝置的球座1穩(wěn)固的連接在實驗臺面上，以使球座1對球頭2和平臺3實現(xiàn)穩(wěn)固支撐。

在進行巖石直剪摩擦實驗時，需要兩塊待測巖石樣品，將其中一塊待測巖石樣品固定在平臺3上，將另一塊待測巖石樣品放置在平臺3上的待測巖石樣品上方，即，兩塊待測巖石樣品上下相對，然后通過轉動球頭2，使平臺3在球頭2的帶動下移動，直至兩塊待測巖石樣品的接觸狀態(tài)為面-面接觸，即，通過使球頭2在凹腔11內的扭轉，實現(xiàn)對平臺3的微調。也就是說，上述的預設位置指的是：固定在平臺3上的待測巖石樣品與平臺3上方的另一塊待測巖石樣品形成面-面接觸時，固定在平臺3上的待測巖石樣品的摩擦面所處的位置。當兩塊待測巖石樣品面面接觸時，通過使抵接部抵接在球頭2上，將球頭2固定起來，使球頭2停止在凹腔11內轉動，即對平臺3進行定位，從而使兩塊待測巖石保持面-面接觸狀態(tài)，然后將上方的待測巖石樣品在下方的待測巖石樣品上左右摩擦滑動，進行摩擦實驗。

本實施例提供的巖石直剪摩擦實驗用調平裝置，通過設置球頭和可固定在實驗臺面上的球座，在球座的頂部開設與球頭形狀匹配的凹腔，使球頭可在該凹腔內轉動，將固定有待測巖石樣品的平臺連接在球頭的頂部。在進行摩擦實驗時，首先將另一塊待測巖石樣品放置在平臺上的待測巖石樣品上方，通過使球頭在凹腔內轉動，從而帶動平臺移動，直至平臺上的待測巖石樣品的摩擦面處于預設位置，即，使平臺上的待測巖石樣品與位于其上方的待測巖石樣品之間形成面-面接觸，然后將抵接部抵在球頭上，以將球頭固定在凹腔內，阻止球頭繼續(xù)轉動，然后進行摩擦實驗即可，從而保證了摩擦過程中兩塊待測巖石樣品的面-面接觸狀態(tài)，保證了摩擦實驗的精度。

在本實施例中，球座1的頂部罩設有罩殼4，球頭2的頂部具有凸起21，罩殼4上設有供凸起21的頂端穿出的通孔41，且凸起21的側壁與通孔41的孔壁之間具有間隙，平臺3連接在凸起21的頂端。參照圖2所示，罩殼4具體可設置為喇叭狀，喇叭狀罩殼4的擴口端42連接在球座1的頂面邊沿，通孔41設置在喇叭狀罩殼4的尾端。示例性的，罩殼4的底部邊沿可以通過緊固件43與球座1的頂面連接，該緊固件43可以為螺釘，在球座1的頂面設置螺孔43a，在罩殼4的底部邊沿對應螺孔43a的位置也設置螺孔，通過貫穿這兩個螺孔的螺釘即可實現(xiàn)罩殼4與球座1的固定。當然，緊固件43也可以為鉚釘，緊固件43也可以是設置在罩殼4底部邊沿的卡扣和設置在球頭2頂面邊沿的卡槽，本發(fā)明并不以此為限。具體地，由于對平臺3位置的微調是通過球頭2的扭轉來實現(xiàn)的，因此，凸起21與通孔41的孔壁之間的間隙形成為球頭2的擺動空間，更方便的實現(xiàn)了對球頭的微調。例如，若需要使平臺3上的待測巖石樣品的摩擦面向左傾斜時，使球頭2向左擺動即可，球頭2擺動從而帶動平臺3移動，繼而使平臺3上的待測巖石樣品的摩擦面向左傾斜，以與位于其上方的待測巖石樣品形成面面接觸。

圖3為本發(fā)明提供的巖石直剪摩擦實驗用調平裝置中第一螺桿的結構示意圖。圖4為本發(fā)明提供的巖石直剪摩擦實驗用調平裝置中第二螺桿的結構示意圖。參照圖1至圖4所示，抵接部包括：第一螺桿51和第二螺桿52。罩殼4的側壁上開設有相對設置的第一螺孔和第二螺孔。第一螺桿51穿設在第一螺孔中，且第一螺桿的尾部512可抵頂在球頭2上。第二螺桿52穿設在第二螺孔中，且第二螺桿的尾部522可抵頂在球頭2上。也就是說，第一螺桿51和第二螺桿52分別位于球頭2的兩側，通過從相對的方向上對球頭2施加側向力，從而在與球頭2連接的平臺3上的待測巖石樣品的摩擦面處于預設位置時，對球頭2進行夾持，使球頭2停止轉動。

較為優(yōu)選的，球頭2上設有第一凹槽22和第二凹槽23，第一凹槽22的形狀與第一螺桿的尾部512的形狀匹配，第二凹槽23的形狀與第二螺桿的尾部522的形狀匹配，第一螺桿的尾部512穿過第一螺孔且可抵頂在第一凹槽22中。第二螺桿的尾部522穿過第二螺孔且可抵頂在第二凹槽23中。參照圖3和圖4所示，第一螺桿的尾部512和第二螺桿的尾部522均為圓弧形，第一凹槽22和第二凹槽23均為弧形槽，這樣設置使得轉動更易實現(xiàn)，且對球頭2的夾持效果更好。通過旋轉第一螺桿51或第二螺桿52，使第一螺桿51或第二螺桿52頂緊在第一凹槽22或第二凹槽23中，從而實現(xiàn)對球頭2的固定。然后向相反方向旋轉第一螺桿51或第二螺桿52，即可使第一螺桿51或第二螺桿52從第一凹槽22或第二凹槽23中退出，從而方便對球頭2進行轉動，以實現(xiàn)平臺3的移動，使平臺3上的待測巖石樣品的摩擦面移動至預設位置，操作非常方便。

圖5為本發(fā)明提供的巖石直剪摩擦實驗用調平裝置中的調平螺母的結構示意圖。在上述實施例的基礎上，參照圖2和圖5所示，在一種可行的實現(xiàn)方式中，可以在罩殼4的側壁上圍設齒形條6，齒形條的下邊緣61呈鋸齒狀。參照圖5所示，該齒形條6可以為與罩殼4的側壁外周形狀匹配的環(huán)形條，也可以是圍設在罩殼部分外周上的弧形條。其中，第一螺桿的頭部511具有第一齒牙511a，第二螺桿的頭部521具有第二齒牙521a，第一齒牙511a和第二齒牙521a均與齒形條的下邊緣61嚙合，即齒形條6設置在第一螺桿51和第二螺桿52的上方。齒形條6可在調平件的帶動下沿罩殼4的側壁周向移動，以帶動第一螺桿51和第二螺桿52旋轉，且第一螺桿51和第二螺桿52的旋轉方向相反。示例性的，參照圖3和圖4所示，第一螺桿51的桿身的第一螺紋513為左旋螺紋，第二螺桿52的桿身的第二螺紋523為右旋螺紋。也就是說，在需要調整平臺3上的待測巖石樣品的摩擦面時，通過調平件帶動齒形條6沿罩殼4的側壁周向移動，可以理解為向左或向右移動，即可帶動第一螺桿51和第二螺桿52轉動，從而使球頭2可在凹腔11內轉動。

具體地，調平件包括：設置在第一螺孔和第二螺孔之間的第三螺孔、與第三螺孔匹配連接的調平螺母7。調平螺母7的頭部設有螺母齒71，螺母齒71與齒形條的下邊緣61嚙合。即，調平螺母7設置在齒形條6的下方。在使用時，若上下放置的兩塊巖石樣品為線-面接觸狀態(tài)時，此時扭轉調平螺母7，由于調平螺母7的螺母齒71與齒形條的下邊緣61的鋸齒嚙合，調平螺母7帶動齒形條6向左或向右移動，由于第一螺桿51的第一齒牙511a與齒形條6的鋸齒嚙合，第二螺桿52的第二齒牙521a與齒形條6的鋸齒嚙合，因此，齒形條6向左或向右移動時，齒形條6會帶動第一螺桿51和第二螺桿52旋轉，由于第一螺桿51和第二螺桿52的旋轉方向相反，因此，第一螺桿51和第二螺桿52實現(xiàn)一進一退，從而解除對球頭2的固定，使球頭2可以在凹腔11內轉動，以帶動平臺3移動，從而實現(xiàn)平臺3上的待測巖石樣品位置的調整，操作靈活且方便。

在另一種可行的實現(xiàn)方式中，也可以不設置齒形條6和調平件，直接通過手動推動球頭2轉動，當球頭2轉動至兩塊待測巖石樣品為面面接觸時，手動旋轉第一螺桿51和第二螺桿52，使第一螺桿51和第二螺桿52從相對的方向上將球頭2頂緊，阻止球頭2繼續(xù)轉動即可。當需要對球頭解除固定時，手動向相反方向旋轉第一螺桿51和第二螺桿52，從而以使球頭2可以轉動。

圖6為本發(fā)明提供的巖石直剪摩擦實驗用調平裝置中的軸承絲桿的結構示意圖。進一步地，為了防止齒形條6向上移動，還在罩殼4的側壁上設置限位部。參照圖2和圖6所示，在本實施例中，限位部具體包括：位于齒形條6上方的軸承孔以及穿設在軸承孔中的軸承絲桿8，齒形條6的上邊緣抵接在軸承絲桿8的桿身上。即，軸承絲桿8的顯露在軸承孔外的桿身部分形成為抵接面81，齒形條6的上邊緣抵接在該抵接面81上，從而在縱向上對齒形條6進行限位，保證齒形條的下邊緣61的鋸齒與第一螺桿51的第一齒牙511a、第二螺桿52的第二齒牙521a以及調平螺母7的螺母齒71相互咬合。當然，在其他實施例中，限位部也可以為位于罩殼4外壁上的凸起，且該凸起位于齒形條6上方，只要能夠對齒形條6的上邊緣進行止擋，使齒形條6不會上移即可。

最后應說明的是：以上各實施例僅用以說明本發(fā)明的技術方案，而非對其限制；盡管參照前述各實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分或者全部技術特征進行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應技術方案的本質脫離本發(fā)明各實施例技術方案的范圍。