[發明專利]一種自適應結構面剪切盒裝置

有效

• 申請號: 201510277798.9
• 申請日: 2015-05-27
• 公開（公告）號: CN104849150B
• 公開（公告）日: 2017-07-11
• 發明（設計）人: 張強;李誠;張傳虎;彭春輝;閔明;郭強;蔚立元;蔣斌松;曹小為;呂華劍;鐘斌
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學
• 主分類號: G01N3/24
• 分類號: G01N3/24
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙)32249
• 代理人: 周中民

技術領域

本發明涉及巖石力學技術領域巖石室內直剪試驗技術，尤其是一種結構面室內剪切試驗的試件固定裝置。

背景技術

結構面的物理力學性質，是影響工程巖體穩定性的重要因素之一，通常采用室內平推剪切試驗確定。將現場鑿取的試樣加工成與剪切盒尺寸匹配的試件，澆筑于剪切盒中，在試件上部施加法向荷載，固定上剪切盒水平位移，在下剪切盒上施加剪切荷載，使試樣沿中間預留的剪切縫發生破壞，并以此來評估其剪切強度。

根據相關國家規范，在取樣、制樣和試驗時，應當保持結構面原有的物理狀態，法向荷載和切向荷載應當通過預定剪切面幾何中心。在目前的剪切試驗中，剪切盒一般都具有固定的形狀和尺寸，現場取樣材料大都需要進行室內二次加工或澆筑固定，在切割震動、刀盤冷卻水浸泡或澆筑擾動等影響下，結構面的物理力學性質往往會發生一定的改變，這給試件的制備帶來了極大的挑戰；若試件尺寸與剪切盒內徑嚴格一致，在法向加載過程中，由于試件的側向膨脹變形，會引起試件和剪切盒側邊之間過大的摩阻力，使法向荷載并非完全作用在剪切面上；若試件尺寸比剪切盒內徑過小，在切向加載過程中，很容易造成試件側向晃動，導致剪切面拉斷或扭斷而非剪斷，致使試驗失敗。

發明內容

發明目的：本發明的目的是為解決現有結構面剪切試驗存在的技術問題，提供一種能夠靈活適應現場取樣試件、室內自制試件形狀和尺寸的低摩阻智能剪切盒裝置，以滿足現場取樣后試件最小擾動、高精度測試的要求。

為了實現上述目的，本發明采用了如下的技術方案：一種自適應結構面剪切盒裝置，包括上剪切盒和下剪切盒，所述上剪切盒包括上剪切盒內盒和上剪切盒外盒，上剪切盒內盒套設在上剪切盒外盒內，上剪切盒內盒設有頂蓋，所述下剪切盒包括下剪切盒內盒和下剪切盒外盒，下剪切盒內盒套設在下剪切盒外盒內，下剪切盒內盒設有底蓋；

上剪切盒外盒內側壁設有上弧形滑槽一，上剪切盒內盒外側壁與上弧形滑槽一相對應位置設有上弧形滑槽二，下剪切盒外盒內側壁設有下弧形滑槽一，下剪切盒內盒外側壁與下弧形滑槽一相對應位置設有下弧形滑槽二，上弧形滑槽一與上弧形滑槽二之間以及下弧形滑槽一與下弧形滑槽二之間均設有直列式球形滾珠排，下剪切盒外盒頂面設有矩形滑槽一，上剪切盒外盒底面與矩形滑槽一相對應位置設有矩形滑槽二，矩形滑槽一與矩形滑槽二之間設有直列式圓柱滾珠排；

上剪切盒內盒側壁和頂蓋設有第一試件固定栓孔，下剪切盒內盒側壁和底蓋設有第二試件固定栓孔，上剪切盒外盒側壁設有第三試件固定栓孔，上剪切盒外盒側壁第三試件固定栓孔和上剪切盒內盒側壁第一試件固定栓孔孔位置相對應，第一試件固定栓孔和第二試件固定栓孔設有試件固定螺栓，第三試件固定栓孔設有固定插銷。

本發明中，優選的，所述直列式球形滾珠排長度與上剪切盒外盒和下剪切盒外盒壁面高度一致。

本發明中，優選的，所述上剪切盒內盒外側壁和上剪切盒外盒內側壁間距以及下剪切盒內盒外側壁和下剪切盒外盒內側壁間距均小于等于1mm。

本發明中，優選的，所述上剪切盒內盒和上剪切盒外盒底面齊平，下剪切盒內盒和下剪切盒外盒頂面齊平。

本發明中，優選的，所述上剪切盒底面和下剪切盒頂面間距等于試樣剪切厚度。

本發明中，優選的，所述第一試件固定栓孔和第二試件固定栓孔均包括小孔段和大孔段，小孔段靠剪切盒內側，大孔段靠剪切盒外側，小孔段和大孔段長度相等并同軸心，小孔段設有螺紋；所述第三試件固定栓孔孔徑與第一試件固定栓孔大孔段孔徑相同。

有益效果：(1)本發明的剪切盒內盒采用高剛度螺栓三維固定規則或不規則試樣，因此對于擾動敏感的結構面形狀不規則試樣或試件加工尺寸稍小的試樣，可有效固定并進行剪切試驗，避免了試驗加載時試件擾動的現象，在施加法向荷載時，上剪切盒內、外盒采用滑動滾珠接觸，避免了盒體承擔法向荷載的現象，在切向直剪時，上、下剪切盒外盒采用圓柱滑體滾珠接觸，減小了接觸面摩阻力，固定了結構面剪切厚度，確保試件沿預定截面剪切破壞；(2)本發明的巖石室內直剪試驗的剪切盒裝置改變了傳統剪切試件的固定方式，解決了試件室內加工、澆筑固定引起的擾動影響問題，直列式滾珠排的設置實現了減小法向、切向摩阻力及固定剪切面，避免了試樣發生拉斷、扭斷而非剪斷裂的現象，且對于規則形狀的結構面試件同樣適用；(3)本發明剪切盒裝置結構簡單，操作方便，適用性廣。

附圖說明

圖1為本發明剪切盒裝置結構示意圖；

圖2為本發明上剪切盒內盒結構示意圖；

圖3為本發明上剪切盒外盒結構示意圖；