[發(fā)明專利]一種巖體結(jié)構(gòu)面剪切實(shí)驗(yàn)的全角度固定裝置及其使用方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110098719.3
• 申請(qǐng)日: 2021-01-25
• 公開（公告）號(hào): CN113865968A
• 公開（公告）日: 2021-12-31
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 雍睿;劉陽;曹澤敏;張賀;田錢錢
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 紹興文理學(xué)院
• 主分類號(hào): G01N1/36
• 分類號(hào): G01N1/36
• 代理公司: 杭州君度專利代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 33240
• 代理人: 黃玉杰

本發(fā)明公開了一種巖體結(jié)構(gòu)面剪切實(shí)驗(yàn)的全角度固定裝置及其使用方法，其中全角度固定裝置包括巖體結(jié)構(gòu)面方形試塊、刻度盤、旋轉(zhuǎn)盤以及試樣澆筑盒，所述刻度盤通過模具連接裝置安裝于所述試樣澆筑盒上；所述旋轉(zhuǎn)盤能夠相對(duì)所述刻度盤同心轉(zhuǎn)動(dòng)，所述巖體結(jié)構(gòu)面方形試塊通過巖體結(jié)構(gòu)面固定螺栓固定設(shè)置于所述旋轉(zhuǎn)盤內(nèi)。本發(fā)明解決了結(jié)構(gòu)面抗剪強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)中圓形試樣制作工藝復(fù)雜、成本高且浪費(fèi)原材料以及傳統(tǒng)方形試樣無法實(shí)現(xiàn)全角度剪切的問題。該裝置可動(dòng)態(tài)調(diào)整結(jié)構(gòu)面的剪切角度，確保結(jié)構(gòu)面抗剪強(qiáng)度各向異性研究的完整性和可靠性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及工程技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種巖體結(jié)構(gòu)面剪切實(shí)驗(yàn)的全角度固定裝置及其使用方法。

背景技術(shù)

結(jié)構(gòu)面是控制巖體穩(wěn)定性的關(guān)鍵因素，工程巖體失穩(wěn)主要是由于結(jié)構(gòu)面的剪切破壞。天然巖體中，結(jié)構(gòu)面的形貌特征存在明顯的各向異性，導(dǎo)致其粗糙度和抗剪強(qiáng)度也具有各向異性特征。結(jié)構(gòu)面抗剪強(qiáng)度的各向異性特征對(duì)工程巖體的力學(xué)性質(zhì)、變形特性和穩(wěn)定性分析都具有重要意義。為此，不同學(xué)者進(jìn)行了大量結(jié)構(gòu)面各向異性剪切試驗(yàn)，力求總結(jié)結(jié)構(gòu)面抗剪強(qiáng)度各向異性規(guī)律以準(zhǔn)確掌握結(jié)構(gòu)面力學(xué)性質(zhì)。在結(jié)構(gòu)面剪切試驗(yàn)中，不同學(xué)者所采用的結(jié)構(gòu)面試樣形狀不盡相同，大體可分為圓形試樣和方形試樣。一般地，為了研究結(jié)構(gòu)面的各向異性特性，人們通過改變?cè)噳K的擺放位置進(jìn)行直剪試驗(yàn)得到各個(gè)剪切方向的抗剪強(qiáng)度，從而進(jìn)行結(jié)構(gòu)面各向異性分析，一些代表性的研究如下：

L.JING(1992)通過對(duì)圓柱形試塊的剪切試驗(yàn)，研究了不同法向應(yīng)力下巖體節(jié)理強(qiáng)度和變形特性的各向異性，提出了經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式來描述試驗(yàn)特征，并將其用于巖石節(jié)理的本構(gòu)模型的建立；

衡帥(2014)通過對(duì)圓柱形頁巖試樣進(jìn)行不同角度的直剪試驗(yàn)，分析層理面的力學(xué)性質(zhì)及其影響下頁巖的抗剪強(qiáng)度各向異性特征；

陳世江(2016)考慮了巖體結(jié)構(gòu)面粗糙度各向異性特征，用參數(shù)vSR表征，通過制作正方體試塊并進(jìn)行四個(gè)方向的剪切試驗(yàn)，給出了基于各向異性特征的三維巖體結(jié)構(gòu)面峰值剪切強(qiáng)度公式。

周輝(2018)采用3D雕刻技術(shù)在相同巖石上重復(fù)制備了相同形貌的巖體結(jié)構(gòu)面試樣，開展了不同法向應(yīng)力下巖體結(jié)構(gòu)面的各向異性剪切試驗(yàn)，分析了剪切峰值強(qiáng)度、剪脹效應(yīng)、表面破壞特征等的各向異性；

胥勛輝(2020)，采用三維激光掃描技術(shù)和3D打印技術(shù)制作方形結(jié)構(gòu)面試樣，并通過四個(gè)方向的直剪試驗(yàn)研究了結(jié)構(gòu)面剪切力學(xué)行為的各向異性特征；

在上述研究中，圓形試樣制作工藝較復(fù)雜，實(shí)驗(yàn)室條件下取樣困難，需在專業(yè)的加工場所進(jìn)行制樣，成本高且浪費(fèi)原材料，試驗(yàn)時(shí)其剪切方向的精準(zhǔn)控制亦存在難度；方形試樣制樣工藝簡單、加工便宜，可有效避免試樣材料的浪費(fèi)和加工技術(shù)的限制，且剪切過程中試樣固定簡單、受力穩(wěn)定，但剪切方向過于局限，使得分析結(jié)果較為片面，代表性差。因此，迫切需要提出一種巖體結(jié)構(gòu)面剪切實(shí)驗(yàn)的全角度固定裝置。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決目前結(jié)構(gòu)面各向異性研究中方形試塊無法滿足全角度剪切的問題。本發(fā)明提供了一種巖體結(jié)構(gòu)面剪切實(shí)驗(yàn)的全角度固定裝置，通過旋轉(zhuǎn)目標(biāo)巖體結(jié)構(gòu)面試塊并與混凝土澆筑，實(shí)現(xiàn)方形試塊的全角度剪切。本發(fā)明的技術(shù)方案保證了方形試樣各方向抗剪強(qiáng)度的準(zhǔn)確獲取，解決了傳統(tǒng)圓形試樣制作成本高，試驗(yàn)操作難的問題，克服了方形試塊剪切角度少導(dǎo)致無法進(jìn)行全面分析各向異性研究的困難。

為達(dá)成上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：一種巖體結(jié)構(gòu)面剪切實(shí)驗(yàn)的全角度固定裝置，包括巖體結(jié)構(gòu)面方形試塊、刻度盤、旋轉(zhuǎn)盤以及試樣澆筑盒，所述刻度盤通過模具連接裝置安裝于所述試樣澆筑盒上；所述旋轉(zhuǎn)盤能夠相對(duì)所述刻度盤同心轉(zhuǎn)動(dòng)，所述巖體結(jié)構(gòu)面方形試塊通過巖體結(jié)構(gòu)面固定螺栓固定設(shè)置于所述旋轉(zhuǎn)盤內(nèi)。

進(jìn)一步地，所述試樣澆筑盒的內(nèi)切圓直徑大于所述巖體結(jié)構(gòu)面方形試塊的對(duì)角線長度。

進(jìn)一步地，所述旋轉(zhuǎn)盤同心設(shè)置于所述刻度盤的內(nèi)圈，所述旋轉(zhuǎn)盤與所述刻度盤之間通過軸承連接。