真三轴岩样夹板的三向互扣滚滑式连接机构及连接方法与流程

1.本发明属于岩石力学试验技术领域，具体涉及真三轴岩样夹板的三向互扣滚滑式连接机构及连接方法。


背景技术：

2.为了阐明真三向应力场下深部工程岩石力学特性，揭示工程开挖导致真三向应力状态和应力路径变化下岩石破裂演化机制，国内外学者逐渐开始开展岩石真三轴试验研究。真三轴岩石试件安装是真三轴试验的重要内容，采用“三刚型”真三轴试验机开展试验时使用6块夹板固定试样，夹板间连接方式对试验结果的准确性和可靠性有重要影响。
3.目前，大多数真三轴岩样夹板无连接机构，导致岩样夹板在加载应力撤去后容易脱落；虽然部分学者研制了一些真三轴岩样夹板的连接机构，但其连接机构复杂，不便于快速安装与拆卸；另外，为了消除应力空白间隙的影响，6块夹板常采用互扣式布置方式，但在加载过程中，各夹板相互滑动产生的摩阻力对试验结果产生一定的误差。为了提高真三轴岩样夹板连接机构操作的简便性，极大降低夹板相互滑动产生的摩阻力，减小试验误差，亟待研制真三轴岩样夹板的三向互扣滚滑式连接机构，以实现6块夹板在真三向应力作用下三向自由滑动。


技术实现要素：

4.针对现有技术存在的问题，本发明提供了真三轴岩样夹板的三向互扣滚滑式连接机构，6块夹板通过导轨组合i～iv连接,使夹板在真三向应力加载作用下可三向自由滑动；6块夹板采用互扣式布置方式，在加载过程中，避免了应力空白间隙；主、副导轨由滑块、滑槽及滚珠构成，极大降低了夹板相互滑动产生的摩阻力。
5.为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
6.真三轴岩样夹板的三向互扣滚滑式连接机构，包括导轨组合i、导轨组合ii、导轨组合iii和导轨组合iv。所述导轨组合i由一个沿x向主导轨和两个沿y向副导轨组成,其中主导轨的侧面与副导轨的底面相连；所述导轨组合ii由一个沿y向主导轨和两个沿z向副导轨组成，其中主导轨的顶面与副导轨的底面相连；所述导轨组合iii由一个沿z向主导轨和两个沿x向副导轨组成，其中主导轨的顶面与副导轨的底面相连，并在主导轨的底端设置限位板；所述导轨组合iv由一个沿z向主导轨和两个沿x向副导轨组成，其中主导轨的侧面与副导轨的底面相连，并在主导轨的底端设置限位板。
7.所述导轨组合i与第一夹板和第五夹板相连，其中，主导轨的顶面与第一夹板的正y面相连，副导轨的顶面与第五夹板的正z面相连；所述导轨组合i与第二夹板和第六夹板相连，其中，主导轨的顶面与第二夹板的负y面相连，副导轨的顶面与第六夹板的负z面相连；所述导轨组合ii与第一夹板和第三夹板相连，其中，主导轨的侧面与第三夹板的正z面相连，副导轨的顶面与第一夹板的正x面相连；所述导轨组合ii与第二夹板和第四夹板相连，其中，主导轨的侧面与第四夹板的负z面相连，副导轨的顶面与第二夹板的负x面相连；所述
导轨组合iii与第三夹板和第五夹板相连，其中，主导轨的侧面与第五夹板的正x面相连，副导轨的顶面与第三夹板的正y面相连；所述导轨组合iv与第四夹板和第六夹板相连，其中，主导轨的顶面与第六夹板的负x相连，副导轨的顶面与第六夹板的负y面相连。
8.所述第一夹板与滑轨组合i和滑轨组合ii相连，滑轨组合i可实现x方向与y方向自由滑动，滑轨组合ii可实现y方向与z方向自由滑动，滑轨组合i和滑轨组合ii共同作用，使第一夹板可三向自由滑动；所述第二夹板与滑轨组合i和滑轨组合ii相连，滑轨组合i可实现x方向与y方向自由滑动，滑轨组合ii可实现y方向与z方向自由滑动，滑轨组合i和滑轨组合ii共同作用，使第二夹板可三向自由滑动；所述第三夹板与滑轨组合ii和滑轨组合iii相连，滑轨组合ii可实现y方向与z方向自由滑动，滑轨组合iii可实现x方向与z方向自由滑动，滑轨组合ii和滑轨组合iii共同作用，使第三夹板可三向自由滑动；所述第四夹板与滑轨组合ii和滑轨组合iv相连，滑轨组合ii可实现y方向与z方向自由滑动，滑轨组合iv可实现x方向与z方向自由滑动，滑轨组合ii和滑轨组合iv共同作用，使第四夹板可三向自由滑动；所述第五夹板与滑轨组合i和滑轨组合iii相连，滑轨组合i可实现x方向与y方向自由滑动，滑轨组合iii可实现x方向与z方向自由滑动，滑轨组合ii和滑轨组合iii共同作用，使第五夹板可三向自由滑动；所述第六夹板与滑轨组合i和滑轨组合iv相连，滑轨组合i可实现x方向与y方向自由滑动，滑轨组合iv可实现x方向与z方向自由滑动，滑轨组合i和滑轨组合iv共同作用，使第六夹板可三向自由滑动；所述六块夹板在加载过程中均可三向自由滑动。
9.所述主导轨、副导轨由滑块、滑槽及滚珠构成。
10.所述主导轨与副导轨之间、导轨与夹板接触面之间通过胶相互粘结。
11.所述导轨组合iii与导轨组合iv的底端设有限位板，限位板通过螺栓与z向主导轨底端相连。
12.本发明的有益效果：
13.本发明与现有夹板的连接机构相比，安装和拆卸方便，且极大降低了试验过程中夹板间相互滑动产生的摩阻力。六块夹板各自与两种导轨组合相连，克服了单向导轨与双向导轨只能实现单一方向或两个方向滑动的技术难题，实现了真三轴试样六块互扣夹板的三个方向滚滑式连接。
附图说明
14.图1为本发明真三轴岩样夹板的三向互扣滚滑式连接机构东南等轴观测示意图；
15.图2为本发明真三轴岩样夹板的三向互扣滚滑式连接机构西北等轴观测示意图；
16.图3为本发明真三轴岩样夹板的三向互扣滚滑式连接机构组合导轨i示意图；
17.图4为本发明真三轴岩样夹板的三向互扣滚滑式连接机构组合导轨i a-a横断面图；
18.图5为本发明真三轴岩样夹板的三向互扣滚滑式连接机构组合导轨i b-b纵断面图；
19.图6为本发明真三轴岩样夹板的三向互扣滚滑式连接机构组合导轨ii示意图；
20.图7为本发明真三轴岩样夹板的三向互扣滚滑式连接机构组合导轨ii c-c横断面图；
21.图8为本发明真三轴岩样夹板的三向互扣滚滑式连接机构组合导轨ii d-d纵断面
图；
22.图9为本发明真三轴岩样夹板的三向互扣滚滑式连接机构组合导轨iii示意图；
23.图10为本发明真三轴岩样夹板的三向互扣滚滑式连接机构组合导轨iii e-e横断面图；
24.图11为本发明真三轴岩样夹板的三向互扣滚滑式连接机构组合导轨iii f-f纵断面图；
25.图12为本发明真三轴岩样夹板的三向互扣滚滑式连接机构组合导轨iv示意图；
26.图13为本发明真三轴岩样夹板的三向互扣滚滑式连接机构组合导轨iv g-g横断面图；
27.图14为本发明真三轴岩样夹板的三向互扣滚滑式连接机构组合导轨iv h-h纵断面图；
28.图15为本发明真三轴岩样夹板的三向互扣滚滑式连接机构导轨示意图；
29.图16为本发明真三轴岩样夹板的三向互扣滚滑式连接机构导轨滑块示意图；
30.图17为本发明真三轴岩样夹板的三向互扣滚滑式连接机构主导轨滑槽示意图；
31.图中：1-组合导轨i；2-组合导轨ii；3-组合导轨iii；4-组合导轨iv；101-组合导轨ix向主导轨；102-组合导轨i y向副导轨；103-组合导轨i x向主导轨滚珠；104-组合导轨i y向副导轨滚珠；101-组合导轨i x向主导轨；201-组合导轨ii y向主导轨；202-组合导轨ii z向副导轨；301-组合导轨iii z向主导轨；302-组合导轨iii x向副导轨；303-组合导轨iii z向主导轨滚珠；304-组合导轨iii限位板；305-组合导轨iii x向副导轨滚珠；401-组合导轨iv z向主导轨；402-组合导轨iv x向副导轨；403-组合导轨iv z向主导轨滚珠；404-组合导轨iv限位板；405-组合导轨iv x向副导轨滚珠；5-第一夹板；6-第二夹板；7-第三夹板；8-第四夹板；9-第五夹板；10-第六夹板；11-导轨顶面；12-导轨底面；13-导轨侧面；14-滑块；15-滑槽；17-螺栓。
具体实施方式
32.下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。
33.实施例1
34.真三轴岩样夹板的三向互扣滚滑式连接机构，包括导轨组合i1、导轨组合ii 2、导轨组合iii 3和导轨组合iv 4。所述导轨组合i1由一个沿x方向主导轨101和两个沿y向副导轨102组成,其中主导轨101的侧面13与副导轨102的底面12相连；所述导轨组合ii 2由一个沿y向主导轨201和两个沿z向副导轨202组成，其中主导轨201的顶面11与副导轨202的底面12相连；所述导轨组合iii 3由一个沿z向主导轨301和两个沿x向副导轨302组成，其中主导轨301的顶面11与副导轨302的底面12相连，并在主导轨301的底端设置限位板304；所述导轨组合iv 4由一个沿z向主导轨401和两个沿x向副导轨402组成，其中主导轨401的侧面13与副导轨402的底面12相连，并在主导轨401的底端设置限位板404。
35.所述导轨组合i1与第一夹板5和第五夹板9相连，其中，主导轨101的顶面11与第一夹板5的正y面相连，副导轨102的顶面11与第五夹板9的正z面相连；所述导轨组合i1与第二夹板6和第六夹板10相连，其中，主导轨101的顶面11与第二夹板6的负y面相连，副导轨102的顶面11与第六夹板10的负z面相连；所述导轨组合ii 2与第一夹板5和第三夹板7相连，其
中，主导轨201的侧面13与第三夹板7的正z面相连，副导轨202的顶面11与第一夹板5的正x面相连；所述导轨组合ii 2与第二夹板6和第四夹板8相连，其中，主导轨201的侧面13与第四夹板8的负z面相连，副导轨202的顶面11与第二夹板6的负x面相连；所述导轨组合iii 3与第三夹板7和第五夹板9相连，其中，主导轨301的侧面13与第五夹板9的正x面相连，副导轨302的顶面11与第三夹板7的正y面相连；所述导轨组合iv 4与第四夹板8和第六夹板10相连，其中，主导轨401的顶面11与第六夹板10的负x面相连，副导轨402的顶面11与第六夹板10的负y面相连。
36.所述第一夹板5与滑轨组合i1和滑轨组合ii 2相连，滑轨组合i1可实现x方向与y方向自由滑动，滑轨组合ii 2可实现y方向与z方向自由滑动，滑轨组合i1和滑轨组合ii 2共同作用，使第一夹板5可三向自由滑动；所述第二夹板6与滑轨组合i1和滑轨组合ii2相连，滑轨组合i1实现x方向与y方向自由滑动，滑轨组合ii 2可实现y方向与z方向自由滑动，滑轨组合i1和滑轨组合ii 2共同作用，使第二夹板6可三向自由滑动；所述第三夹板7与滑轨组合ii 2和滑轨组合iii 3相连，滑轨组合ii 2可实现y方向与z方向自由滑动，滑轨组合iii 3可实现x方向与z方向自由滑动，滑轨组合ii 2和滑轨组合iii 3共同作用，使第三夹板7可三向自由滑动；所述第四夹板8与滑轨组合ii 2和滑轨组合iv 4相连，滑轨组合ii 2可实现y方向与z方向自由滑动，滑轨组合iv 4可实现x方向与z方向自由滑动，滑轨组合ii 2和滑轨组合iv 4共同作用，使第四夹板8可三向自由滑动；所述第五夹板9与滑轨组合i1和滑轨组合iii 3相连，滑轨组合i1可实现x方向与y方向自由滑动，滑轨组合iii 3可实现x方向与z方向自由滑动，滑轨组合ii 2和滑轨组合iii 3共同作用，使第五夹板9可三向自由滑动；所述第六夹板10与滑轨组合i1和滑轨组合iv 4相连，滑轨组合i1可实现x方向与y方向自由滑动，滑轨组合iv 1可实现x方向与z方向自由滑动，滑轨组合i1和滑轨组合iv 4共同作用，使第六夹板10可三向自由滑动；所述六块夹板在加载过程中均可三向自由滑动。
37.所述主、副导轨由滑块、滑槽及滚珠构成。
38.所述主导轨与副导轨之间、导轨与夹板接触面之间通过硬化强力胶改性丙烯酸酯胶粘剂相互粘结；所述硬化强力胶为改性丙烯酸酯胶粘剂。
39.所述导轨组合iii 3与导轨组合iv 4的底端设有限位板3，限位板通过螺栓11与z向主导轨底端相连。
40.真三轴岩样夹板的三向互扣滚滑式连接机构的操作步骤为：
41.步骤1，将限位板通过螺栓11与导轨组合iii 301、导轨组合iv 401底部相连；
42.步骤2，将导轨组合i1与第一夹板5和第五夹板9相连，其中，主导轨101的顶面11与第一夹板5的正y面相连，副导轨102的顶面11与第五夹板9的正z面相连；
43.步骤3，将导轨组合i1与第二夹板6和第六夹板10相连，其中，主导轨101的顶面11与第二夹板6的负y面相连，副导轨102的顶面11与第六夹板10的负z面相连；
44.步骤4，将导轨组合ii 2与第一夹板5和第三夹板7相连，其中，主导轨201的侧面13与第三夹板7的正z面相连，副导轨202的顶面11与第一夹板5的正x面相连；
45.步骤5，将导轨组合ii 2与第二夹板6和第四夹板8相连，其中，主导轨201的侧面13与第四夹板8的负z面相连，副导轨202的顶面11与第二夹板6的负x面相连；
46.步骤6，将导轨组合iii 3与第三夹板7和第五夹板9相连，其中，主导轨301的侧面13与第五夹板9的正x面相连，副导轨302的顶面11与第三夹板8的正y面相连；
47.步骤7，将导轨组合iv 4与第四夹板8和第六夹板10相连，其中，主导轨401的顶面11与第六夹板10的负x面相连，副导轨402的顶面11与第六夹板10的负y面相连；
48.步骤8，将第二夹板6放置底座上，将试件放置在第二夹板6上，其中，第二夹板6的前边缘和左边缘与试件的前边缘和左边缘平齐，然后放置第一夹板5，其中第一夹板5的后边缘和右边缘与试件的后边缘和右边缘平齐；
49.步骤9，将第五夹板9通过导轨与第一夹板5相连，其中，第五夹板9的上边缘和左边缘与试件的上边缘和左边缘平齐；将第三夹板7通过导轨与第一夹板5相连，其中第三夹板7的下边缘和前边缘与试件的下边缘和前边缘平齐；
50.步骤10，将第六夹板10通过导轨与第二夹板6相连，其中，第六夹板10的下边缘和左边缘与试件的下边缘和左边缘平齐；将第四夹板8通过导轨与第二夹板6相连，其中第四夹板8的下边缘和后边缘与试件的下边缘和后边缘平齐；
51.步骤11，当施加z轴方向应力时，由于互扣，第一、四、五夹板在力的作用下组成一个整体向下滑动，第二、三、六夹板在力的作用下组成一个整体向上滑动；
52.步骤12，当施加x轴方向应力时，由于互扣，第一、三、六夹板在力的作用下组成一个整体向左滑动，第二、四、五夹板在力的作用下组成一个整体向右滑动；
53.步骤13，当施加y轴方向应力时，由于互扣，第二、三、五夹板在力的作用下组成一个整体向后滑动，第一、四、六夹板在力的作用下组成一个整体向前滑动；
54.步骤14，在真三轴试验加载过程中，施加x、y、z三向应力时，六块夹板在x、y、z三个方向自由滑动。