[发明专利]一种岩石高速滑动摩擦试验装置及其试验方法

说明书

本发明公开了一种岩石高速滑动摩擦试验装置及其试验方法，试验装置包括机箱，机箱底部固定设置有两块竖向钢板，竖向钢板间相互平行，竖向钢板上端焊接有呈两级阶梯状的平台结构，平台结构包括相互连接的下层阶梯平台和上层阶梯平台；试验方法包括先使炉内温度加热至预定温度，然后调节与吸盘式电磁铁相连的独立电源的输出功率，对滑动试件施加预定荷载，再启动电机，通过扭矩传递杆带动滑动试件按设定速度在固定圆盘上作圆周滑动；通过扭矩传感器记录扭矩传递杆的扭矩。本发明结构应用了一套电磁力加压的加载装置并能够模拟高温环境中岩石高速滑动条件下的动摩擦效应，具有很高的推广价值。

技术领域

本发明涉及岩石摩擦试验技术领域，具体涉及一种岩石高速滑动摩擦试验装置及其试验方法。

背景技术

高速岩质滑坡是一种突发性地质灾害，常常具有体积大、速度快、滑程远和破坏强的特点。由于高速岩质滑坡滑体运动过程的复杂性，很难监测获取滑动面摩擦力等物理力学数据。

目前，现有的模拟岩石摩擦的试验机存在一些不足。其一由于现实的高速滑坡在运动过程中滑动接触面因摩擦生热使得接触面附近的岩体通常是处于一个高温的环境中，而现有的实验装置还无法模拟高温环境，只能进行常温试验。

其二，现有的实验装置加载方式多为简单的弹簧加载以及液压加载，弹簧加载满足胡克定律：F＝k×△X，而在高速摩擦实验过程中△X通常会因为岩石试件的磨损而减小，因而加载力便会相应的减小，不能达到恒定加载的效果；液压加载也会因为岩石试件磨损而导致液压减小，使得加载力变小不能达到恒定加载的效果，同时液压加载装置结构也相对比较复杂；并且在实验中应用现有的实验加载装置难以对整个滑动摩擦模拟系统施加环境模拟装置，如高温装置，在很大程度上局限了实验装置的应用范围。

发明内容

本发明针对现有技术的上述不足，提供了一种能够模拟高速滑动条件下的动摩擦效应的岩石高速滑动摩擦试验装置及其试验方法。

为解决上述技术问题，本发明采用了下列技术方案：

本发明提供了一种岩石高速滑动摩擦试验装置，其包括机箱，机箱底部固定设置有两块竖向钢板，竖向钢板间相互平行，竖向钢板上端焊接有呈两级阶梯状的平台结构，平台结构包括相互连接的下层阶梯平台和上层阶梯平台，上层阶梯平台的外缘与机箱外壁连接；

竖向钢板的下部固定连接有电机，电机主轴从下至上依次连接有减速器、扭矩传感器、转速传感器、轴承和固定试件，固定试件包括吸盘式电磁铁和固定圆盘，减速器、扭矩传感器、转速传感器、轴承分别与竖向钢板的侧面固定连接；

固定圆盘设置于吸盘式电磁铁上侧；吸盘式电磁铁与独立电源连接；吸盘式电磁铁的下端设置于下层阶梯平台上；固定圆盘设置于上层阶梯平台上；

电机的输出轴上端套接有扭矩传递杆，扭矩传递杆的另一端连接有圆形铁盖，圆形铁盖下部套设有滑动试件。

上述技术方案中，吸盘式电磁铁的直径小于下层阶梯平台的外径，且吸盘式电磁铁的厚度与下层阶梯平台的侧壁高度相同；固定圆盘的直径小于上层阶梯平台的外径，且大于下层阶梯平台的外径。

上述技术方案中，上层阶梯平台上设置有加热炉，加热炉与上层阶梯平台连接部的内部为圆柱形空腔，加热炉连接部的内径大于固定圆盘的外径，且小于上层阶梯平台的外径；加热炉外壁以及固定圆盘与吸盘式电磁铁之间均设置有石棉隔热层，加热炉的内壁上贴设有温度传感器，加热炉的外壁上设置有与温度传感器相连的电子显示屏。

本发明还提供了一种利用上述岩石高速滑动摩擦试验装置的进行试验的方法，其包括如下步骤：

S1、机箱置于水平，先将扭矩传递杆从电机主轴上方取出；

S2、在电机主轴上依次安装吸盘式电磁铁，石棉隔热层和固定圆盘；