[發明專利]恒定法向剛度條件下循環剪切試驗裝置及其應用方法

在審

• 申請號: 202010919076.X
• 申請日: 2020-09-04
• 公開（公告）號: CN111855441A
• 公開（公告）日: 2020-10-30
• 發明（設計）人: 吳學震;蔣宇靜;周元錦;王剛
• 申請（專利權）人: 福州大學
• 主分類號: G01N3/24
• 分類號: G01N3/24;G01N3/36;G01N3/04
• 代理公司: 福州元創專利商標代理有限公司 35100
• 代理人: 黃詩錦;蔡學俊

本發明提供一種恒定法向剛度條件下循環剪切試驗裝置，包括反力框架系統、剪切力施加系統、法向加載系統和加錨裂隙巖體試件；剪切力施加系統、法向加載系統和加錨裂隙巖體試件均位于反力框架系統內部；剪切力施加系統包括位于加錨裂隙巖體試件兩側的加載墊塊、位于加載墊塊側部的剪切液壓油缸及剪切力伺服油源；法向加載系統包括法向液壓油缸、軸向壓力伺服油源以及彈簧墊板，法向液壓油缸位于彈簧墊板上方，彈簧墊板位于加錨裂隙巖體試件上方。本發明設計合理，構造簡單，使用簡易高效、操作便捷，能夠清楚研究在恒定法向剛度條件下的循環剪切荷載對加錨節理巖體剪切特性的影響，才能進行科學合理的錨固設計，減少工程地質災害發生的風險。

技術領域

本發明涉及一種恒定法向剛度條件下循環剪切試驗裝置及其應用方法。

背景技術

巖體中廣泛存在的裂隙和節理是許多滑坡和崩塌事故的根本原因。在巖土工程中地下爆破、振動和開挖加卸載等工程活動產生循環剪切荷載可能導致結構面失穩破壞，除此之外，我國部分區域地震活動非常活躍，很多邊坡、隧道、水利水電等工程不可避免的修建在地震區域，結構面在地震的循環荷載和動荷載作用下的閉合和滑移是地面和地下工程失效的重要原因。錨桿和錨索廣泛應用于巖體工程中，用于節理巖體的穩定，錨固節理的特性將對圍巖的穩定性產生重大影響，節理的循環剪切極可能導致貫穿節理的錨固結構產生嚴重破壞。

在地下工程中，由于周圍巖體的存在，節理巖體在剪切過程中會抵抗膨脹變形的發生，這將導致法向荷載會隨著剪脹程度而不斷發生變化。在此過程中，只有周圍巖體的剛度保持恒定不變。因此，恒定法向荷載邊界條件不再適合此類工程問題。

由于地下工程巖體和錨固條件下巖體均處于恒定法向剛度邊界條件下，傳統的循環剪切試驗機只能實現恒定法向荷載，也不能考慮復雜圍壓條件的影響，不能很好的模擬這類工程情況。因此，研究清楚在恒定法向剛度條件下的循環剪切荷載對加錨節理巖體剪切特性的影響，才能進行科學合理的錨固設計，減少工程地質災害發生的風險。

發明內容

本發明對上述問題進行了改進，即本發明要解決的技術問題是提供恒定法向剛度條件下循環剪切試驗裝置及其應用方法，操作方便，有效研究法向剛度條件下的循環剪切荷載對加錨節理巖體剪切特性的影響，進行科學合理的錨固設計，減少工程地質災害發生。

本發明的具體實施方案是：提供一種恒定法向剛度條件下循環剪切試驗裝置，包括反力框架系統、剪切力施加系統、法向加載系統和加錨裂隙巖體試件；所述反力框架系統包括反力框架，剪切力施加系統、法向加載系統和加錨裂隙巖體試件均位于反力框架內；所述剪切力施加系統包括位于加錨裂隙巖體試件兩側的加載墊塊、位于加載墊塊側部的剪切液壓油缸及用于給兩個剪切液壓油缸提供液壓油的剪切力伺服油源；所述法向加載系統包括法向液壓油缸、用以給發現液壓油缸供油的軸向壓力伺服油源以及彈簧墊板，所述法向液壓油缸位于彈簧墊板上方，所述彈簧墊板位于加錨裂隙巖體試件上方。

進一步的，所述加錨裂隙巖體試件包括上下并排設置的混凝土塊或巖塊，所述混凝土塊或巖塊內部由上至下穿設有至少一根錨桿。

進一步的，恒定法向剛度條件下循環剪切試驗裝置還包括圍壓加載系統，所述圍壓加載系統包括蓋盒以及液壓墊，所述蓋盒套設于上部的混凝土塊或巖石，所述液壓墊置于加錨節理巖體試件與凹槽底座及蓋盒接觸的位置。

進一步的，所述反力框架包括凹槽底座，位于凹槽底座兩側的方形加載板，兩個方形加載板上方之間設有頂板，所述頂板與加載板、凹槽底座與方形加載板之間均采用螺栓連接，將加載板、凹槽底座與方形加載板固定為一體式。

進一步的，上下并排設置的混凝土塊或巖塊中部設有用以錨桿穿設安裝的通孔，所述錨桿通過砂漿或者樹脂錨固劑固定在混凝土塊或巖塊的通孔內。