[發(fā)明專利]一體式巖體結構面直剪儀及直剪試驗方法

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（設計）人: 倪衛(wèi)達;單治鋼;石安池;王敬勇;程萬強;孫淼軍
• 申請（專利權）人: 中國電建集團華東勘測設計研究院有限公司
• 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所有限公司 33100
• 代理人: 劉曉春

本發(fā)明供一種一體式巖體結構面直剪儀，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)，豎向加載系統(tǒng)和水平加載系統(tǒng)均固定在框架系統(tǒng)上，剪切系統(tǒng)安裝在框架系統(tǒng)內，剪切系統(tǒng)用于對結構面試樣進行制樣并固定，豎向加載系統(tǒng)能夠對剪切系統(tǒng)施加法向應力，水平加載系統(tǒng)能夠對剪切系統(tǒng)施加剪切應力。本發(fā)明還提供一種利用上述直剪儀的一體式巖體結構面直剪試驗方法，包括放樣、調樣、制樣、裝樣、儀表連接、施加法向應力、施加剪切應力、剪切面積量測與描述、重復試驗、計算法向應力和剪切應力。本發(fā)明有效減少了結構面試樣的人為擾動；避免了過量沉降和不均勻沉降帶來的制樣誤差。

技術領域

本發(fā)明屬于巖體力學性能試驗技術領域。

背景技術

巖體結構面的抗剪強度和變形參數(shù)是巖體力學的重要基礎數(shù)據(jù)，一般通過原位剪切試驗或室內直剪試驗獲取巖體結構面的這些參數(shù)，其中室內直剪試驗是獲取巖體結構面的抗剪強度和變形參數(shù)最為常用的方法，但傳統(tǒng)的室內直剪試驗存在如下缺點：1、制樣時，試驗規(guī)程要求結構面試樣的受剪面高出模具邊框4~5mm且保持水平，但初凝前的水泥砂漿具有流塑性，在重力作用下結構面試樣往往發(fā)生過量沉降和不均勻沉降。過量沉降導致結構面試樣的受剪面無法保證高出模具邊框4~5mm，有時甚至出現(xiàn)受剪面沉入水泥砂漿中的廢樣情況；不均勻沉降導致結構面試樣的受剪面傾斜不水平，使得施加于剪切面上的法向荷載無法與剪切方向垂直。2、制樣后，對結構面試樣進行拆模，經數(shù)周澆水養(yǎng)護后才能開展試驗，增加了試驗的周期，且拆模過程和養(yǎng)護過程對結構面試樣的擾動較大。3、試驗時，由于結構面試樣受剪面的起伏粗糙，傳統(tǒng)方法很難保證剪切過程中剪切方向保持不變，剪切方向發(fā)生變化必然影響試驗結果的準確性。4、試驗時，傳統(tǒng)方法采用千斤頂和鋼繩施加法向荷載和剪切荷載，很難達到試驗規(guī)程中“法向荷載和剪切荷載的合力作用點位于受剪面的中心，法向荷載中心線垂直于受剪面并通過其中心”的要求；且施加法向荷載的千斤頂固定于上剪切盒，剪切過程中法向荷載的中心線隨上剪切盒的剪切位移發(fā)生變化，形成偏心力矩影響試驗結果。5、試驗結束后，傳統(tǒng)方法需要重復裝卸千斤頂，使得試驗的可操作性和安全性較差。

發(fā)明內容

本發(fā)明首先要解決的技術問題是提供一種一體式巖體結構面直剪儀，能夠解決傳統(tǒng)室內直剪試驗在制樣及試驗過程中的各種缺陷，提高試驗過程的可操作性和試驗結果的準確性。

本發(fā)明解決上述技術問題所采用的技術方案是：一體式巖體結構面直剪儀，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，所述剪切系統(tǒng)用于對結構面試樣進行制樣并固定，所述豎向加載系統(tǒng)能夠對所述剪切系統(tǒng)施加法向應力，所述水平加載系統(tǒng)能夠對所述剪切系統(tǒng)施加剪切應力。

在采用上述技術方案的同時，本發(fā)明還可以采用或者組合采用以下進一步的技術方案：

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構，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有導向滑軌槽。

所述儀器底座上設有滑動助力裝置，所述滑動助力裝置包括均勻且成行開設在儀器底座表面的滾動鋼珠圓孔及配套的滾動鋼珠，所述水平加載系統(tǒng)中的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，所述扁千斤頂上設有扁千斤頂進油嘴，所述扁千斤頂進油嘴穿過所述框架系統(tǒng)的儀器頂板并伸出于其上表面，活動地設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。