一種巖石類材料拉剪和雙軸拉壓試驗裝置及其使用方法與流程

2023-10-24 01:14:27 1

本發明涉及巖土力學領域，尤其涉及一種用於進行巖石類材料拉剪試驗和雙軸拉壓試驗裝置和方法。

背景技術：

自然條件下，地下巖體在自重應力和構造應力作用下通常處於三向受壓狀態，但巷道、隧道、硐室和地下廠房等開挖後，圍巖體應力重分布，由三向應力狀態向雙向甚至單向應力狀態轉變。同時，巖體開挖引起圍巖體產生強卸荷作用，進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範圍內產生拉伸應力。另外，巖質邊坡卸荷帶、斷層附近巖體以及地震震中巖體等均會產生拉伸、拉剪、拉壓等複雜應力狀態和對應的巖體破壞。目前常用巖石強度準則有庫倫準則和D-P準則等，而大量室內試驗證明其在拉應力段存在明顯缺陷，並沒有實際應用價值。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象，而目前的巖石強度準則卻不能有效解決這些問題，因此對於拉剪應力作用下巖石和巖體力學行為的研究是十分必要的。

拉剪試驗和拉壓試驗是獲得巖石拉剪力學參數的重要手段，但是由於技術困難等原因，室內拉剪試驗和拉壓試驗的開展相對較少，目前針對這兩種試驗研製的試驗設備主要有：1)單獨進行拉剪試驗或者拉壓試驗的儀器設備；2)採用在密閉空間內注入高壓液體的方法，液壓系統同時提供豎向拉應力和橫向壓應力；3)採用複雜傳力結構，將試驗機豎向壓力同時轉化為拉力和剪力或者側向壓力。然而，第一種儀器設備為單獨設計製造儀器設備，造價昂貴，第二種和第三種雖然價格合適且構造相對簡單，但是試樣拉力和側面剪切力或壓力具有相關性，其中一個變化，另一個呈比例變化，不能獨立改變某一個力的大小，不能測試任一應力作用下的巖石類材料力學參數。因此，目前用於巖石類材料拉剪試驗和雙軸拉壓試驗的裝置在經濟性和實用性上均具有明顯的缺陷。

技術實現要素：

本發明的目的是提供一種構造簡單、測試結果準確的巖石類材料拉剪試驗和雙軸拉壓試驗的試驗裝置及方法，以解決現有技術經濟性和實用性上的缺陷，實現在雙軸試驗機上進行拉剪試驗和雙軸拉壓試驗。

為實現本發明目的而採用的技術方案是這樣的，一種巖石類材料拉剪和雙軸拉壓試驗裝置，包括框架Ⅰ、框架Ⅱ、上壓板、拉頭Ⅰ、拉頭Ⅱ、墊板、試驗機加載頭Ⅰ、試驗機加載頭Ⅱ、試驗機加載頭Ⅲ和試驗機加載頭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為一個整體。

所述立柱Ⅰ的底面去除一個長方體A形成缺口Ⅰ。所述缺口Ⅰ貫穿立柱Ⅰ兩側。所述缺口Ⅰ的一個出口在半包圍空間ⅠS內。所述立柱Ⅰ的底面還具有若干個螺紋孔Ⅰ。所述立柱Ⅰ上開有貫穿其兩側的矩形孔Ⅰ。所述矩形孔Ⅰ的一個出口在半包圍空間ⅠS內。所述立柱Ⅰ背向橫梁Ⅰ的一側還布置有兩個豎向支撐腿Ⅰ。所述兩個豎向支撐腿Ⅰ上均具有豎向滑槽Ⅰ。所述立柱Ⅰ上還開有貫穿其兩側的鑽孔Ⅰ。所述鑽孔Ⅰ連通矩形孔Ⅰ與立柱Ⅰ的兩個側面。

所述立柱Ⅱ的底面去除一個長方體B形成缺口Ⅱ。所述缺口Ⅱ貫穿立柱Ⅱ兩側。所述缺口Ⅱ的一個出口在半包圍空間ⅠS內。所述立柱Ⅱ的底面還具有若干個螺紋孔Ⅱ。所述立柱Ⅱ上開有貫穿其兩側的矩形孔Ⅱ。所述矩形孔Ⅱ的一個出口在半包圍空間ⅠS內。所述立柱Ⅱ背向橫梁Ⅰ的一側還布置有兩個豎向支撐腿Ⅱ。所述兩個豎向支撐腿Ⅱ上均具有豎向滑槽Ⅱ。所述立柱Ⅱ上還開有貫穿其兩側的鑽孔Ⅱ。所述鑽孔Ⅱ連通矩形孔Ⅱ與立柱Ⅱ的兩個側面。

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為一個整體。

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

所述立柱Ⅳ的頂面去除一個長方體D，形成缺口Ⅳ。所述缺口Ⅳ的一個出口在半包圍空間ⅡS內。所述立柱Ⅳ上開有貫穿其兩側的矩形孔Ⅳ。所述矩形孔Ⅳ的一個出口在半包圍空間ⅡS內。所述立柱Ⅳ在缺口Ⅳ處還豎直布置有若干個螺紋孔Ⅲ。所述立柱Ⅳ的兩個側面均具有豎向滑軌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構成口字型。所述上壓板的板面上具有若干個內六角螺栓深孔Ⅰ。所述上壓板和框架Ⅱ通過內六角螺栓連接，這些內六角螺栓穿過內六角螺栓深孔Ⅰ後旋入螺紋孔Ⅲ中。

所述框架Ⅰ、框架Ⅱ和上壓板構成組合件。所述組合件中，橫梁Ⅰ位於橫梁Ⅱ的上方，上壓板位於橫梁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插入兩個豎向支撐腿Ⅰ之間。所述立柱Ⅳ插入兩個豎向支撐腿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可豎向運動。所述矩形孔Ⅰ和矩形孔Ⅲ一起構成矩形孔ⅤM。所述矩形孔Ⅱ和矩形孔Ⅳ一起構成矩形孔ⅥN。

所述拉頭Ⅰ包括直角板Ⅰ和側板Ⅰ。所述直角板Ⅰ包括豎板Ⅰ和橫板Ⅰ。所述側板Ⅰ與豎板Ⅰ對稱布置。所述側板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鑽孔Ⅳ。所述側板Ⅰ對應位置開有數量相同的鑽孔Ⅴ，且鑽孔Ⅴ和鑽孔Ⅳ直徑相同。

所述若干個鑽孔Ⅳ之中，兩側的兩個鑽孔Ⅳ中具有變徑螺栓Ⅰ，其餘鑽孔Ⅳ中具有輥軸Ⅰ。所述變徑螺栓Ⅰ螺紋端的直徑小於螺杆直徑。所述變徑螺栓Ⅰ穿過鑽孔Ⅳ和鑽孔Ⅴ後與螺母旋接固定。所述輥軸Ⅰ兩端直徑小，中間直徑大，且所述輥軸Ⅰ中部直徑大於變徑螺栓Ⅰ螺杆直徑。所述輥軸Ⅰ的兩端分別插入鑽孔Ⅳ和鑽孔Ⅴ中。所述鑽孔Ⅳ和鑽孔Ⅴ的直徑大於輥軸Ⅰ端部的直徑。所述輥軸Ⅰ可自由滾動。所述拉頭Ⅰ可以水平移動。所述直角板Ⅰ、側板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結構相同。所述直角板Ⅱ、側板Ⅱ、變徑螺栓Ⅱ和輥軸Ⅱ合圍空間ⅢS。

試樣是一個置於空間ⅠS內的六面體。這個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，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，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內六角螺栓深孔Ⅱ。所述墊板通過內六角螺栓固定在框架Ⅰ下方，這些內六角螺栓穿過六角螺栓深孔Ⅱ後旋入螺紋孔Ⅰ或螺紋孔Ⅱ中。

所述組合件的上、右、下、左分別布置試驗機加載頭Ⅰ、試驗機加載頭Ⅱ、試驗機加載頭Ⅲ和試驗機加載頭Ⅳ。

所述試驗機加載頭Ⅰ的下端作用於上壓板。所述試驗機加載頭Ⅲ的上端擱置墊板。當進行試驗時，框架Ⅱ向下運動帶動拉頭Ⅱ向下運動。

當進行雙軸拉壓試驗時，所述矩形孔ⅤM內穿入側壓板Ⅰ。所述矩形孔ⅥN內穿入側壓板Ⅱ。所述側壓板Ⅰ和側壓板Ⅱ可在水平方向運動。所述側壓板Ⅰ的一端與巖石試件接觸、另一端被試驗機加載頭Ⅳ頂住。所述側壓板Ⅱ的一端與巖石試件接觸、另一端被試驗機加載頭Ⅱ頂住。

當進行拉剪試驗時，矩形孔ⅤM內安裝有剪切墊塊Ⅰ，矩形孔ⅥN內安裝有剪切墊塊Ⅱ。所述剪切墊塊Ⅰ的兩個側面上分別具有一個螺紋孔Ⅳ。所述剪切墊塊Ⅱ的兩個側面上分別具有一個螺紋孔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和鑽孔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和鑽孔Ⅱ。

所述矩形孔ⅤM內穿入剪切板Ⅰ。所述剪切板Ⅰ的一端與巖石試件接觸、另一端被試驗機加載頭Ⅳ頂住。所述剪切板Ⅰ與剪切墊塊Ⅰ配合，可沿水平方向運動。所述矩形孔ⅥN內穿入剪切板Ⅱ。所述剪切板Ⅱ的一端與巖石試件接觸、另一端被試驗機加載頭Ⅱ頂住。所述剪切板Ⅱ與剪切墊塊Ⅱ配合，可沿水平方向運動。所述剪切板Ⅰ和剪切板Ⅱ所處高度不同。

進一步，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中的滾珠可自由轉動。所述墊板的下板面還具有滾珠陣列Ⅱ。所述滾珠陣列Ⅱ中的滾珠可自由轉動。

本發明還公開一種採用上述裝置的雙軸拉壓試驗方法，包括以下步驟：

1)將直角板Ⅰ和直角板Ⅱ與試樣對中，試樣上下表面採用強力膠分別粘貼橫板Ⅰ與橫板Ⅱ，形成組裝體。

2)待強力膠完全凝固後，將組裝體放置在空間ⅠS內。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，然後用螺栓和變徑螺栓Ⅰ連接直角板Ⅰ和側板Ⅰ。先安裝輥軸Ⅱ，然後用螺栓和變徑螺栓Ⅱ連接直角板Ⅱ和側板Ⅱ。

3)安裝側壓板Ⅰ和側壓板Ⅱ。

4)通過試驗機加載頭Ⅱ和試驗機加載頭Ⅳ加載水平壓應力至設定值。

5)通過試驗機加載頭Ⅰ和試驗機加載頭Ⅲ加載豎向拉應力，直到試樣破壞。試樣破壞後立即關閉試驗機加載系統。

本發明還公開一種採用上述裝置的拉剪試驗方法，包括以下步驟：

1)將直角板Ⅰ和直角板Ⅱ與試樣對中，試樣上下表面採用強力膠分別粘貼橫板Ⅰ與橫板Ⅱ，形成組裝體。

2)待強力膠完全凝固後，將組裝體放置在空間ⅠS內。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，然後用螺栓和變徑螺栓Ⅰ連接直角板Ⅰ和側板Ⅰ。先安裝輥軸Ⅱ，然後用螺栓和變徑螺栓Ⅱ連接直角板Ⅱ和側板Ⅱ。

3)安裝剪切墊塊Ⅰ、剪切墊塊Ⅱ、剪切板Ⅰ和剪切板Ⅱ。

4)通過試驗機加載頭Ⅰ和試驗機加載頭Ⅲ加載法向拉應力至設定值。

5)通過試驗機加載頭Ⅱ和試驗機加載頭Ⅳ加載剪切力，直到試樣破壞。試樣破壞後立即關閉試驗機加載系統。

本發明的技術效果是毋庸置疑的：

A)結構簡單，且無需專門設計壓剪試驗機，可大幅降低試驗成本；

B)框架設計將試驗機豎向壓力轉為巖石試樣的拉應力，操作簡單，易於控制；

C)試樣在水平壓力方向自由變形，測試結果更加準確。

附圖說明

圖1為拉剪試驗加載示意圖；

圖2為雙軸拉壓試驗加載示意圖；

圖3為框架Ⅰ結構示意圖；

圖4為框架Ⅰ仰視圖；

圖5為框架Ⅱ結構示意圖；

圖6為上壓板俯視圖；

圖7為組合件結構示意圖；

圖8為組合件正視圖；

圖9為拉頭Ⅰ結構示意圖；

圖10為直角板Ⅰ結構示意圖；

圖11為側板Ⅰ結構示意圖；

圖12為拉頭Ⅱ結構示意圖；

圖13為墊板仰視圖；

圖14為剪切墊塊Ⅰ結構示意圖；

圖15為剪切墊塊Ⅱ結構示意圖。

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、鑽孔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、鑽孔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、內六角螺栓深孔Ⅰ302、拉頭Ⅰ4、直角板Ⅰ401、豎板Ⅰ4011、鑽孔Ⅳ40111、橫板Ⅰ4012、側板Ⅰ402、鑽孔Ⅴ4021、變徑螺栓Ⅰ403、輥軸Ⅰ404、拉頭Ⅱ40、直角板Ⅱ4001、豎板Ⅱ40011、橫板Ⅱ40012、側板Ⅱ4002、變徑螺栓Ⅱ4003、輥軸Ⅱ4004、墊板6、滾珠陣列Ⅱ601、內六角螺栓深孔Ⅱ602、側壓板Ⅰ7、側壓板Ⅱ70、試樣8、試驗機加載頭Ⅰ91、試驗機加載頭Ⅱ92、試驗機加載頭Ⅲ93、試驗機加載頭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。

具體實施方式

下面結合實施例對本發明作進一步說明，但不應該理解為本發明上述主題範圍僅限於下述實施例。在不脫離本發明上述技術思想的情況下，根據本領域普通技術知識和慣用手段，做出各種替換和變更，均應包括在本發明的保護範圍內。

實施例1：

本實施例公開一種巖石類材料拉剪和雙軸拉壓試驗裝置，包括框架Ⅰ1、框架Ⅱ2、上壓板3、拉頭Ⅰ4、拉頭Ⅱ40、墊板6、試驗機加載頭Ⅰ91、試驗機加載頭Ⅱ92、試驗機加載頭Ⅲ93和試驗機加載頭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為一個整體。

所述立柱Ⅰ101的底面去除一個長方體A形成缺口Ⅰ1014。所述缺口Ⅰ1014貫穿立柱Ⅰ101兩側。所述缺口Ⅰ1014的一個出口在半包圍空間ⅠS1內。所述立柱Ⅰ101的底面還具有4個螺紋孔Ⅰ1016。所述立柱Ⅰ101上開有貫穿其兩側的矩形孔Ⅰ1013。所述矩形孔Ⅰ1013的一個出口在半包圍空間ⅠS1內。所述立柱Ⅰ101背向橫梁Ⅰ103的一側還布置有兩個豎向支撐腿Ⅰ1011。所述兩個豎向支撐腿Ⅰ1011上均具有豎向滑槽Ⅰ10111。所述立柱Ⅰ101上還開有貫穿其兩側的鑽孔Ⅰ1015。所述鑽孔Ⅰ1015連通矩形孔Ⅰ1013與立柱Ⅰ101的兩個側面。

所述立柱Ⅱ102的底面去除一個長方體B形成缺口Ⅱ1024。所述缺口Ⅱ1024貫穿立柱Ⅱ102兩側。所述缺口Ⅱ1024的一個出口在半包圍空間ⅠS1內。所述立柱Ⅱ102的底面還具有4個螺紋孔Ⅱ1026。所述立柱Ⅱ102上開有貫穿其兩側的矩形孔Ⅱ1023。所述矩形孔Ⅱ1023的一個出口在半包圍空間ⅠS1內。所述立柱Ⅱ102背向橫梁Ⅰ103的一側還布置有兩個豎向支撐腿Ⅱ1021。所述兩個豎向支撐腿Ⅱ1021上均具有豎向滑槽Ⅱ10211。所述立柱Ⅱ102上還開有貫穿其兩側的鑽孔Ⅱ1025。所述鑽孔Ⅱ1025連通矩形孔Ⅱ1023與立柱Ⅱ102的兩個側面。所述鑽孔Ⅱ1025的位置高於鑽孔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的高度小於長方體A和長方體B的高度。所述立柱Ⅲ201、立柱Ⅳ202和橫梁Ⅱ203為一個整體。

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

所述立柱Ⅳ202的頂面去除一個長方體D，形成缺口Ⅳ2021。所述缺口Ⅳ2021的一個出口在半包圍空間ⅡS2內。所述立柱Ⅳ202上開有貫穿其兩側的矩形孔Ⅳ2022。所述矩形孔Ⅳ2022的一個出口在半包圍空間ⅡS2內。所述立柱Ⅳ202在缺口Ⅳ2021處還豎直布置有4個螺紋孔Ⅲ204。所述立柱Ⅳ202的兩個側面均具有豎向滑軌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構成口字型。所述上壓板3位於橫梁Ⅱ203的上方。所述上壓板3的板面上具有4個內六角螺栓深孔Ⅰ302。所述上壓板3和框架Ⅱ2通過內六角螺栓連接，這些內六角螺栓穿過內六角螺栓深孔Ⅰ302後旋入螺紋孔Ⅲ204中。

參見圖7和圖8，所述框架Ⅰ1、框架Ⅱ2和上壓板3構成組合件。所述組合件中，橫梁Ⅰ103位於橫梁Ⅱ203的上方，上壓板3位於橫梁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插入兩個豎向支撐腿Ⅰ1011之間。所述立柱Ⅳ202插入兩個豎向支撐腿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可豎向運動。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中的滾珠可自由轉動。所述矩形孔Ⅰ1013和矩形孔Ⅲ2012一起構成矩形孔ⅤM。所述矩形孔Ⅱ1023和矩形孔Ⅳ2022一起構成矩形孔ⅥN。

參見圖9、圖10和圖11，所述拉頭Ⅰ4包括直角板Ⅰ401和側板Ⅰ402。所述直角板Ⅰ401包括豎板Ⅰ4011和橫板Ⅰ4012。所述側板Ⅰ402與豎板Ⅰ4011對稱布置。所述側板Ⅰ402與橫板Ⅰ4012通過螺栓連接。所述豎板Ⅰ4011的板面上具有6個鑽孔Ⅳ40111。所述側板Ⅰ402對應位置開有數量相同的鑽孔Ⅴ4021，且鑽孔Ⅴ4021和鑽孔Ⅳ40111直徑相同。

所述6個鑽孔Ⅳ40111之中，兩側的兩個鑽孔Ⅳ40111中具有變徑螺栓Ⅰ403，其餘鑽孔Ⅳ40111中具有輥軸Ⅰ404。所述變徑螺栓Ⅰ403螺紋端的直徑小於螺杆直徑。所述變徑螺栓Ⅰ403穿過鑽孔Ⅳ40111和鑽孔Ⅴ4021後與螺母旋接固定。所述輥軸Ⅰ404兩端直徑小，中間直徑大，且所述輥軸Ⅰ404中部直徑大於變徑螺栓Ⅰ403螺杆直徑。所述輥軸Ⅰ404的兩端分別插入鑽孔Ⅳ40111和鑽孔Ⅴ4021中。所述鑽孔Ⅳ40111和鑽孔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，保證試驗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。所述直角板Ⅰ401、側板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結構相同。所述直角板Ⅱ4001、側板Ⅱ4002、變徑螺栓Ⅱ4003和輥軸Ⅱ4004合圍空間ⅢS4。

試樣8是一個置於空間ⅠS內的六面體。這個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，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，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個內六角螺栓深孔Ⅱ602。所述墊板6通過內六角螺栓固定在框架Ⅰ1下方，這些內六角螺栓穿過六角螺栓深孔Ⅱ602後旋入螺紋孔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中的滾珠可自由轉動。

所述組合件的上、右、下、左分別布置試驗機加載頭Ⅰ91、試驗機加載頭Ⅱ92、試驗機加載頭Ⅲ93和試驗機加載頭Ⅳ94。

所述試驗機加載頭Ⅰ91的下端作用於上壓板3。所述試驗機加載頭Ⅲ93的上端擱置墊板6。當進行試驗時，框架Ⅱ2向下運動。橫梁Ⅱ203帶動拉頭Ⅱ40向下運動。橫梁Ⅱ203對拉頭Ⅱ40施加向下的力，橫梁Ⅰ103對拉頭Ⅰ4施加向上的力。進而，拉頭Ⅰ4對試樣8產生向上的拉力，拉頭Ⅱ40對試樣8產生向下的拉力。這樣，就將試驗機加載頭Ⅰ91和試驗機加載頭Ⅲ93對框架Ⅰ和框架Ⅱ2施加的壓力轉化為拉頭Ⅰ4和拉頭Ⅱ40對試樣8施加的拉力。

參見圖1，當進行雙軸拉壓試驗時，所述矩形孔ⅤM內穿入側壓板Ⅰ7。所述矩形孔ⅥN內穿入側壓板Ⅱ70。所述側壓板Ⅰ7和側壓板Ⅱ70可在水平方向運動。所述側壓板Ⅰ7的一端與巖石試件接觸、另一端被試驗機加載頭Ⅳ94頂住。所述側壓板Ⅱ70的一端與巖石試件接觸、另一端被試驗機加載頭Ⅱ92頂住。

參見圖2，當進行拉剪試驗時，矩形孔ⅤM內安裝有剪切墊塊Ⅰ11，矩形孔ⅥN內安裝有剪切墊塊Ⅱ12。所述剪切墊塊Ⅰ11的兩個側面上分別具有一個螺紋孔Ⅳ1101。所述剪切墊塊Ⅱ12的兩個側面上分別具有一個螺紋孔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和鑽孔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和鑽孔Ⅱ1025。

所述矩形孔ⅤM內穿入剪切板Ⅰ10。所述剪切板Ⅰ10與剪切墊塊Ⅰ11配合，可沿水平方向運動。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，可沿水平方向運動。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、另一端被試驗機加載頭Ⅳ94頂住。所述剪切板Ⅱ100的一端與巖石試件接觸、另一端被試驗機加載頭Ⅱ92頂住。所述剪切板Ⅰ10所處位置高於剪切板Ⅱ100所處位置。

值得說明的是，本實施例中豎向滑槽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。

實施例2：

本實施例公開一種採用實施例1所述巖石類材料拉剪和雙軸拉壓試驗裝置的雙軸拉壓試驗方法，包括以下步驟：

1)將直角板Ⅰ401和直角板Ⅱ4001與試樣8對中，試樣8上下表面採用強力膠分別粘貼橫板Ⅰ4012與橫板Ⅱ40012，形成組裝體。

2)待強力膠完全凝固後，將組裝體放置在空間ⅠS內。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，然後用螺栓和變徑螺栓Ⅰ403連接直角板Ⅰ401和側板Ⅰ402。先安裝輥軸Ⅱ4004，然後用螺栓和變徑螺栓Ⅱ4003連接直角板Ⅱ4001和側板Ⅱ4002。

3)安裝側壓板Ⅰ7和側壓板Ⅱ70。

4)通過試驗機加載頭Ⅱ92和試驗機加載頭Ⅳ94加載水平壓應力至設定值。

5)通過試驗機加載頭Ⅰ91和試驗機加載頭Ⅲ93加載豎向拉應力，直到試樣8破壞。試樣8破壞後立即關閉試驗機加載系統。

實施例3：

本實施例公開一種採用實施例1所述巖石類材料拉剪和雙軸拉壓試驗裝置的拉剪試驗方法，包括以下步驟：

1)將直角板Ⅰ(401)和直角板Ⅱ(4001)與試樣(8)對中，試樣(8)上下表面採用強力膠分別粘貼橫板Ⅰ(4012)與橫板Ⅱ(40012)，形成組裝體；

2)待強力膠完全凝固後，將組裝體放置在空間Ⅰ(S)內；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)，然後用螺栓和變徑螺栓Ⅰ(403)連接直角板Ⅰ(401)和側板Ⅰ(402)；先安裝輥軸Ⅱ(4004)，然後用螺栓和變徑螺栓Ⅱ(4003)連接直角板Ⅱ(4001)和側板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)通過試驗機加載頭Ⅰ(91)和試驗機加載頭Ⅲ(93)加載法向拉應力至設定值；

5)通過試驗機加載頭Ⅱ(92)和試驗機加載頭Ⅳ(94)加載剪切力，直到試樣(8)破壞；試樣(8)破壞後立即關閉試驗機加載系統。