[發明專利]一種用于巖體結構面性能測試的試驗系統及試驗方法

有效

• 申請號: 201410078860.7
• 申請日: 2014-03-05
• 公開（公告）號: CN103792133A
• 公開（公告）日: 2014-05-14
• 發明（設計）人: 祁生文;鄭博文;伍法權;黃曉林;詹志發;鄒宇
• 申請（專利權）人: 中國科學院地質與地球物理研究所
• 主分類號: G01N3/00
• 分類號: G01N3/00;G01N3/24
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 魏曉波

技術領域

本發明涉及巖體結構面強度測試技術領域，特別涉及一種用于巖體結構面性能測試的試驗系統及試驗方法。

背景技術

巖土工程為經濟建設中重要的一部分，例如邊坡、隧道工程以及城市地下空間工程等，并且隨著經濟建設的發展，巖土工程也具有越來越重要的地位。

巖土工程研究的對象是巖體和土體。巖體在其形成和存在的整個地質歷史過程中，經受了各種復雜的地質作用，因而有著復雜的結構和地應力場環境。而不同地區的不同類型的巖體，由于經歷的地質作用過程不同，其工程性質往往具有很大的差別。

巖土工程如邊坡、隧道在地震等動態荷載作用下的失穩破壞過程常常與巖體結構面剪切強度退化和失效有關，故研究巖體結構面在動力條件下的剪切強度特性具有重要意義。

巖石和土的強度特性、變形特性和滲透特性都是通過試驗測定。巖體結構面動力剪切強度特性及變形機制的室內試驗研究是認識巖土工程動力演化過程的重要途徑，但是目前由于室內試驗條件模擬的局限性，無法在室內模擬巖體在實際工程中受力情況，故室內試驗條件與巖土的實際狀態差異性較大，導致對巖體結構面在不同剪切速率下的強度退化和破壞機理缺乏足夠的科學認識，故室內模擬的意義不是很大。

因此，如何提供一種試驗系統，該試驗系統能夠模擬巖體結構面在不同受力條件下的剪切強度性能，是本領域內技術人員亟待解決的技術問題。

發明內容

本發明要解決的技術問題為提供一種用于巖體結構面性能測試的試驗系統及試驗方法，該試驗系統能夠比較精確的獲得動態剪切條件下的巖體結構面剪切強度。

為解決上述技術問題，本發明提供一種用于巖體結構面性能測試的試驗系統，包括主框架，豎向加載裝置、剪切盒、水平加載裝置、液壓控制裝置和數字控制裝置；

所述主框架包括加載框架和基座，所述加載框架通過螺栓連接方式固定于所述基座之上，基座固定于地面之上；所述加載框架設有豎向導槽和水平導槽，導槽設有滾軸；

所述剪切盒包括上剪切盒和下剪切盒，巖體試件安置于上剪切盒與下剪切盒圍成的空間之中，且所述下剪切盒與所述水平導槽內的所述滾軸滾動連接；

所述豎向加載裝置包括圓柱形液壓伺服油缸、U形壓力板、高強度彈簧，所述液壓伺服油缸的固定部通過所述固定墊板和螺栓連接方式固定于加載框架，其動作部通過所述U形壓力板連接所述上剪切盒；所述U形壓力板的兩個豎臂與所述豎向導槽內的所述滾軸滾動連接；還包括與所述加載框架固定連接的剛性定位板，所述高強度彈簧可拆卸設于所述U形壓力板和所述剛性定位板之間；所述豎向加載裝置還包括豎向壓力傳感器，用于實時采集巖體結構面的法向壓力值；

所述水平加載裝置包括第一液壓伺服作動器和第二液壓伺服作動器，均用于提供作用于所述下剪切盒的動態剪切荷載，所述第一液壓伺服作動器和所述第二液壓伺服作動器均通過反力后座和螺栓連接方式固定于基座；還包括用于實時采集巖體結構面剪切位移值的水平位移傳感器；

所述數字控制裝置通過液壓控制裝置控制所述豎向加載裝置和所述水平加載裝置進行動作，并處理由所述壓力傳感器和位移傳感器采集的壓力值和位移值，獲得試驗所需的應力參數和位移參數，存儲數據。

優選地，所述液壓伺服油缸的動作部通過豎向承壓墊塊與所述U形壓力板連接，所述豎向壓力傳感器安裝于所述液壓伺服油缸和所述豎向承壓墊塊之間。

優選地，所述U形壓力板的兩個豎臂嵌入所述豎向導槽內部與所述滾軸滾動連接。

優選地，所述高強度彈簧固定于所述U形壓力板上，所述剛性定位板上設置有與螺栓裝置相配合的螺栓孔，所述螺栓孔的直徑大于所述高強度彈簧的最大直徑；所述高強度彈簧的上端部置于所述螺栓孔內，且所述螺栓裝置置于所述高強度彈簧的正上端。

優選地，所述剛性定位板通過兩個槽型裝置水平固定于所述加載框架的兩個內側壁；所述剛性定位板中部設圓孔，且所述液壓伺服油缸的直徑小于圓孔直徑以便于其從圓孔中穿過。

優選地，所述U形壓力板上部并所述高強度彈簧裝置外側安裝四個豎向位移傳感器，所述豎向位移傳感器通過桿件裝置和螺栓連接方式固定于所述槽型裝置，實時采集巖體結構面法向位移值。

優選地，所述第一液壓伺服作動器和所述第二液壓伺服作動器對稱分布于巖體試件的兩側；當所述第一液壓伺服作動器施加推力時，所述第二液壓伺服作動器同時施加等值拉力。