[發(fā)明專利]一體式巖體結(jié)構(gòu)面直剪儀及直剪試驗(yàn)方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610203652.4
• 申請日: 2016-03-31
• 公開（公告）號: CN105675409B
• 公開（公告）日: 2019-02-01
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 倪衛(wèi)達(dá);單治鋼;石安池;王敬勇;程萬強(qiáng);孫淼軍
• 申請（專利權(quán)）人: 中國電建集團(tuán)華東勘測設(shè)計研究院有限公司
• 主分類號: G01N3/24
• 分類號: G01N3/24;G01N3/02
• 代理公司: 浙江杭州金通專利事務(wù)所有限公司 33100
• 代理人: 劉曉春

1.一體式巖體結(jié)構(gòu)面直剪儀，其特征在于：包括框架系統(tǒng)、豎向加載系統(tǒng)、水平加載系統(tǒng)和剪切系統(tǒng)，所述豎向加載系統(tǒng)和所述水平加載系統(tǒng)均固定在所述框架系統(tǒng)上，所述剪切系統(tǒng)安裝在所述框架系統(tǒng)內(nèi)，所述剪切系統(tǒng)用于對結(jié)構(gòu)面試樣進(jìn)行制樣并固定，所述豎向加載系統(tǒng)能夠?qū)λ黾羟邢到y(tǒng)施加法向應(yīng)力，所述水平加載系統(tǒng)能夠?qū)λ黾羟邢到y(tǒng)施加剪切應(yīng)力；

所述框架系統(tǒng)包括儀器底座、儀器框架柱、儀器頂板和限位板，所述儀器框架柱的底部固連在儀器底座上，所述儀器框架柱的頂端通過框架柱螺栓可拆卸地連接在儀器頂板的四角，所述儀器底座、儀器框架柱以及儀器頂板形成了整個儀器的框架結(jié)構(gòu)，為豎向加載系統(tǒng)、水平加載系統(tǒng)和剪切系統(tǒng)提供操作空間；所述限位板固定在儀器框架柱上；所述豎向加載系統(tǒng)中的扁千斤頂固定安裝在所述儀器頂板上；所述儀器底座沿剪切方向上設(shè)有導(dǎo)向滑軌槽；

所述剪切系統(tǒng)包括上剪切盒、下剪切盒和剪切盒底座，所述上剪切盒被所述限位板限位，所述下剪切盒能夠被裝入所述剪切盒底座內(nèi)，所述上剪切盒和所述下剪切盒能組合形成所述直剪儀的剪切盒，所述剪切盒底座的底部設(shè)有與所述導(dǎo)向滑軌槽配套的導(dǎo)向滑軌，使得所述剪切盒底座能沿所述儀器底座發(fā)生位移，所述上剪切盒的頂部和所述下剪切盒的底部均設(shè)有剪切盒注漿孔；

所述上剪切盒和所述下剪切盒的四面均設(shè)有緊固螺栓孔，所述緊固螺栓孔內(nèi)配套設(shè)有試樣緊固螺栓，所述試樣緊固螺栓伸入所述剪切盒內(nèi)的一端可拆卸地套設(shè)緊固橡膠墊片。

2.如權(quán)利要求1所述的一體式巖體結(jié)構(gòu)面直剪儀，其特征在于：所述儀器底座上設(shè)有滑動助力裝置，所述滑動助力裝置包括均勻且成行開設(shè)在儀器底座表面的滾動鋼珠圓孔及配套的滾動鋼珠，所述剪切盒底座的底面能與所述滾動鋼珠接觸，從而使得剪切盒底座能夠在水平加載系統(tǒng)推動下發(fā)生剪切位移。

3.如權(quán)利要求1所述的一體式巖體結(jié)構(gòu)面直剪儀，其特征在于：所述豎向加載系統(tǒng)包括扁千斤頂和剛性墊板，所述扁千斤頂通過扁千斤頂固定螺栓連接在所述框架系統(tǒng)中的儀器頂板上，所述扁千斤頂上設(shè)有扁千斤頂進(jìn)油嘴，所述扁千斤頂進(jìn)油嘴穿過所述框架系統(tǒng)的儀器頂板并伸出于其上表面，剛性墊板活動地設(shè)置在所述扁千斤頂下方，從而對扁千斤頂提供的法向荷載起到均布和穩(wěn)定作用。

4.如權(quán)利要求1所述的一體式巖體結(jié)構(gòu)面直剪儀，其特征在于：所述水平加載系統(tǒng)包括水平千斤頂和水平位移傳感器卡槽，所述水平千斤頂通過水平千斤頂固定螺栓連接在水平千斤頂?shù)鬃希鏊角Ы镯數(shù)鬃潭ò惭b在所述框架系統(tǒng)的一側(cè)，并與所述框架系統(tǒng)連為一體，所述水平千斤頂能夠推動所述剪切系統(tǒng)中的剪切盒底座發(fā)生剪切位移，所述水平位移傳感器卡槽固定設(shè)置在所述水平千斤頂?shù)鬃希糜跍y量剪切系統(tǒng)水平位移的水平位移傳感器固定安裝在所述水平位移傳感器卡槽內(nèi)，所述水平千斤頂?shù)乃角Ы镯斶M(jìn)油嘴設(shè)置在所述水平千斤頂?shù)鬃耐鈧?cè)。

5.如權(quán)利要求1所述的一體式巖體結(jié)構(gòu)面直剪儀，其特征在于：所述上剪切盒上設(shè)有用于記錄上剪切盒在豎直方向上位移的豎向位移傳感器。

6.一體式巖體結(jié)構(gòu)面直剪試驗(yàn)方法，其特征在于：所述方法應(yīng)用的一體式巖體結(jié)構(gòu)面直剪儀，包括框架系統(tǒng)、豎向加載系統(tǒng)、水平加載系統(tǒng)和剪切系統(tǒng)，所述豎向加載系統(tǒng)和所述水平加載系統(tǒng)均固定在所述框架系統(tǒng)上，所述剪切系統(tǒng)安裝在所述框架系統(tǒng)內(nèi)，所述剪切系統(tǒng)用于對結(jié)構(gòu)面試樣進(jìn)行制樣并固定，所述豎向加載系統(tǒng)能夠?qū)λ黾羟邢到y(tǒng)施加法向應(yīng)力，所述水平加載系統(tǒng)能夠?qū)λ黾羟邢到y(tǒng)施加剪切應(yīng)力；

所述框架系統(tǒng)包括儀器底座、儀器框架柱、儀器頂板和限位板，所述儀器框架柱的底部固連在儀器底座上，所述儀器框架柱的頂端通過框架柱螺栓可拆卸地連接在儀器頂板的四角，所述儀器底座、儀器框架柱以及儀器頂板形成了整個儀器的框架結(jié)構(gòu)，為豎向加載系統(tǒng)、水平加載系統(tǒng)和剪切系統(tǒng)提供操作空間；所述限位板固定在儀器框架柱上；所述豎向加載系統(tǒng)中的扁千斤頂固定安裝在所述儀器頂板上；所述儀器底座沿剪切方向上設(shè)有導(dǎo)向滑軌槽；

所述剪切系統(tǒng)包括上剪切盒、下剪切盒和剪切盒底座，所述上剪切盒被所述限位板限位，所述下剪切盒能夠被裝入所述剪切盒底座內(nèi)，所述上剪切盒和所述下剪切盒能組合形成所述直剪儀的剪切盒，所述剪切盒底座的底部設(shè)有與所述導(dǎo)向滑軌槽配套的導(dǎo)向滑軌，使得所述剪切盒底座能沿所述儀器底座發(fā)生位移，所述上剪切盒的頂部和所述下剪切盒的底部均設(shè)有剪切盒注漿孔；

所述儀器底座上設(shè)有滑動助力裝置，所述滑動助力裝置包括均勻且成行開設(shè)在儀器底座表面的滾動鋼珠圓孔及配套的滾動鋼珠，所述剪切盒底座的底面能與所述滾動鋼珠接觸，從而使得剪切盒底座能夠在水平加載系統(tǒng)推動下發(fā)生剪切位移；

所述豎向加載系統(tǒng)包括扁千斤頂和剛性墊板，所述扁千斤頂通過扁千斤頂固定螺栓連接在所述框架系統(tǒng)中的儀器頂板上，所述扁千斤頂上設(shè)有扁千斤頂進(jìn)油嘴，所述扁千斤頂進(jìn)油嘴穿過所述框架系統(tǒng)的儀器頂板并伸出于其上表面，剛性墊板活動地設(shè)置在所述扁千斤頂下方，從而對扁千斤頂提供的法向荷載起到均布和穩(wěn)定作用；

所述水平加載系統(tǒng)包括水平千斤頂和水平位移傳感器卡槽，所述水平千斤頂通過水平千斤頂固定螺栓連接在水平千斤頂?shù)鬃希鏊角Ы镯數(shù)鬃潭ò惭b在所述框架系統(tǒng)的一側(cè)，并與所述框架系統(tǒng)連為一體，所述水平千斤頂能夠推動所述剪切系統(tǒng)中的剪切盒底座發(fā)生剪切位移，所述水平位移傳感器卡槽固定設(shè)置在所述水平千斤頂?shù)鬃希糜跍y量剪切系統(tǒng)水平位移的水平位移傳感器固定安裝在所述水平位移傳感器卡槽內(nèi)，所述水平千斤頂?shù)乃角Ы镯斶M(jìn)油嘴設(shè)置在所述水平千斤頂?shù)鬃耐鈧?cè)；

所述上剪切盒和所述下剪切盒的四面均設(shè)有緊固螺栓孔，所述緊固螺栓孔內(nèi)配套設(shè)有試樣緊固螺栓，所述試樣緊固螺栓伸入所述剪切盒內(nèi)的一端可拆卸地套設(shè)緊固橡膠墊片；

所述上剪切盒上設(shè)有用于記錄上剪切盒在豎直方向上位移的豎向位移傳感器；

所述方法包括以下步驟：

（1）放樣：將巖體結(jié)構(gòu)面試樣放入直剪儀的剪切盒內(nèi)，使剪切方向與剪切盒長邊方向一致；

（2）調(diào)樣：調(diào)整巖體結(jié)構(gòu)面試樣的位置，使其受剪面高出剪切盒邊框一定距離，調(diào)平受剪面，并采用剪切盒內(nèi)的試樣緊固螺栓和緊固橡膠墊片固定巖體結(jié)構(gòu)面試樣；

（3）制樣：從剪切盒底部的注漿孔內(nèi)注入高強(qiáng)建筑石膏漿體，搗實(shí)抹平，待高強(qiáng)建筑石膏漿體終凝后，連同剪切盒翻轉(zhuǎn)試樣，重復(fù)上述步驟完成另一半試樣的制樣；制樣完成后，將試樣緊固螺栓旋出，并剪斷試樣自帶的捆綁鋼絲；

（4）裝樣：將完成制樣的試樣連同剪切盒正面推入直剪儀的剪切盒底座內(nèi)，確保主動剪切盒在下，被動剪切盒在上；

（5）儀表連接：在直剪儀的水平位移傳感器卡槽中安裝水平位移傳感器；在上剪切盒上安裝豎向位移傳感器；將1號手動油壓泵與直剪儀的扁千斤頂進(jìn)油嘴連接并安裝數(shù)字液壓表；將2號手動油壓泵與直剪儀的水平千斤頂進(jìn)油嘴連接并安裝數(shù)字液壓表；將上述傳感器和液壓表與微機(jī)連接并數(shù)據(jù)歸零；

（6）施加法向應(yīng)力：利用1號手動油壓泵通過豎向加載系統(tǒng)施加法向應(yīng)力，達(dá)到規(guī)定數(shù)值后保持正壓力恒定；

（7）施加剪切應(yīng)力：利用2號手動油壓泵通過水平加載系統(tǒng)逐級施加剪應(yīng)力，每隔一定時間加一級，直至試樣剪斷；

（8）剪切面積量測與描述：試驗(yàn)結(jié)束后，測量巖體結(jié)構(gòu)面試樣上半部分連同上剪切盒的重量；記錄剪切面的破壞情況；采用透明紙覆于剪切面上勾畫出剪切面周圍的輪廓線，進(jìn)而采用坐標(biāo)紙求算剪切面積；

（9）重復(fù)試驗(yàn)：調(diào)整不同等級法向應(yīng)力，重復(fù)步驟（1）~（8）；

（10）按照式1計算法向應(yīng)力和剪切應(yīng)力：

式1

其中，為法向應(yīng)力，單位MPa；為剪切應(yīng)力，單位MPa；為上剪切盒、剛性墊板和上半個試樣的總重量，單位N；為1號油壓泵數(shù)字液壓表讀數(shù)，單位MPa；為2號油壓泵數(shù)字液壓表讀數(shù)，單位MPa；為剪切面實(shí)測面積，單位mm²；為水平向千斤頂活塞面積，單位mm²；為扁千斤頂面積，單位mm²；

（11）按照式2計算結(jié)構(gòu)面試樣的法向剛度和剪切剛度：

式2

其中，為豎直向應(yīng)力，為豎直向位移，為峰值前剪切應(yīng)力，為水平位移。