[發明專利]一種巖石粘聚力和內摩擦角測試裝置及方法

有效

• 申請號: 202010650900.6
• 申請日: 2020-07-08
• 公開（公告）號: CN111781058B
• 公開（公告）日: 2021-06-15
• 發明（設計）人: 胡建華;溫觀平;龐樂;楊東杰;秦亞光;馬少維
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: G01N3/02
• 分類號: G01N3/02;G01N3/24;G01N1/28
• 代理公司: 武漢卓越志誠知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 42266
• 代理人: 戴寶松

本發明公開了一種巖石粘聚力和內摩擦角測試裝置及方法，屬于巖石室內剪切試驗技術領域。該裝置包括滾珠承壓板、上剪切盒、下剪切盒和剪切頭，該裝置工作時需采用巖石室內直剪儀配合完成測試工作。測試巖石粘聚力和內摩擦角時，首先采用巖石試件制作裝置將巖石加工成標準巖石試件；然后通過直剪儀施加法向力P至預定值，再施加切向力Q直至產生明顯位移，調整法向力P、切向力Q重復此操作；最后根據實驗數據擬合得到巖石發生剪切破壞的強度曲線可得到巖石試件的粘聚力和內摩擦角。本發明的裝置及方法解決了現有的巖石黏聚力和內摩擦角測試實驗中標準巖石試件加工復雜、消耗量大的問題，具有裝置結構簡單、操作方便、經濟有效、適用性廣等優點。

技術領域

本發明涉及一種巖石粘聚力和內摩擦角測試裝置及方法，屬于石抗剪強度參數測定技術領域。

背景技術

巖體的抗剪強度參數是巖體力學性質參數中的重要組成部分，是度量巖體抵抗剪切破壞的基本參數，是分析基坑、邊坡、隧道穩定性并開展其支護結構設計的重要參數，關系到工程的經濟與安全控制。在現階段的巖石力學中，以摩爾第三強度理論(最大剪應力理論)為基礎，并結合庫倫定律所建立起來的摩爾-庫倫強度理論成為最廣泛的應用的理論。根據摩爾-庫倫強度理論，巖體的抗剪強度與巖體粘聚力、內摩擦角，以及作用在剪切滑動面上的法向應力有關，所以可知當巖體的受力狀態明確時，抗剪強度由內摩擦阻力和粘聚力決定。基于此，目前多數的抗剪強度測試方法都是通過對巖體的內摩擦阻力和粘聚力測定而實現對抗剪強度的測定。

現有的巖體抗剪強度參數測定方法可分為現場試驗和室內試驗。巖體原位直剪試驗是巖體力學現場試驗中常用的方法，它又可分為巖體本身、巖體沿結構面及巖體與混凝土接觸面剪切三種。每種試驗又可細分為抗剪斷試驗、摩擦試驗及抗切試驗。其測試方法彌補了室內直接試驗試樣尺寸較小、原始應力狀態不一致的問題。現場測試所得的參數與室內試驗結果相比，更能符合巖體的實際情況，但其設備笨重、操作復雜、工期長、費用高，實際工程中通常不可能作大量試驗。

巖體抗剪強度參數室內測定方法有常規三軸試驗、壓剪試驗和直剪試驗。以室內試驗為主的巖體力學強度參數測定相比現場試驗操作簡單、耗時短，成為獲取巖體抗剪強度參數的主要手段，但依舊有其缺點。常規三軸試驗較直剪、壓剪試驗耗時長、操作復雜且價格昂貴。現有巖石室內直剪、壓剪試驗所需試件數量較多，制作不易，耗費材料，且準確度有待提高。

發明內容

針對現有技術存在的不足，本發明的目的是提供一種巖石粘聚力和內摩擦角測試裝置及方法，其裝置結構簡單、操作方便、節省試件、經濟適用、適用廣泛。

一種巖石粘聚力和內摩擦角測試裝置及方法，其技術方案為：

包括滾珠承壓板、上剪切盒、下剪切盒和剪切頭，所述裝置進行巖石粘聚力和內摩擦角測試時，與巖石室內直剪儀配合完成測試工作；

所述上剪切盒底部中央設有剪切頭卡槽，剪切頭卡槽的長度、寬度與剪切頭的長度、寬度一致，剪切頭卡槽深度略小于剪切頭的高度；

所述下剪切盒呈“L”形，其高度等于或略小于所測試的巖石試件的高度，根據巖石試件規格進行加工制作，防止施加法向壓力時上剪切盒與下剪切盒接觸受力；

所述剪切頭嵌于上剪切盒底部中央的剪切頭卡槽中，剪切頭底面長度為a，寬度為b，剪切頭底面有兩個向外凸起的齒部，齒部高度為h、齒部角度為α，兩個齒部的距離為d。

所述上剪切盒的中央設置有螺栓孔，螺栓孔直徑小于剪切頭寬度。剪切頭磨損后，使用螺栓從上剪切盒上部擰入，擠出剪切頭進行更換。

使用該裝置進行巖石粘聚力和內摩擦角測試裝置時，包括以下步驟：

步驟1、巖石試件加工制作