[發明專利]一種巖體結構面六自由度剪切試驗裝置及其試驗方法

有效

• 申請號: 202110201491.6
• 申請日: 2021-02-23
• 公開（公告）號: CN112986009B
• 公開（公告）日: 2022-03-15
• 發明（設計）人: 崔臻;盛謙;張茂礎;梅賢丞
• 申請（專利權）人: 中國科學院武漢巖土力學研究所
• 主分類號: G01N3/24
• 分類號: G01N3/24;G01N3/04
• 代理公司: 武漢宇晨專利事務所(普通合伙) 42001
• 代理人: 李鵬;王敏鋒

本發明公開了一種巖體結構面六自由度剪切試驗裝置，包括上剪切組件和下剪切組件，上剪切組件包括第一上剪切平臺、設置在第一上剪切平臺下方的第二上剪切平臺、以及設置在第一上剪切平臺和第二上剪切平臺之間的斯圖爾特組件，第二上剪切平臺的底面設置有第一放置槽，第一放置槽內設置有上剪切盒，下剪切組件包括下剪切平臺，第一上剪切平臺通過可伸縮反力支柱與下剪切平臺連接，下剪切平臺頂面與第一放置槽相對的位置設置有第二放置槽，第二放置槽內設置有下剪切盒。本發明還公開了一種巖體結構面六自由度剪切試驗方法。本發明可以實現巖體結構面試件上下剪切面之間的三個平動自由度、三個轉動自由度上的相對運動。

技術領域

本發明屬于土木工程、水利水電工程、新能源工程技術領域，具體涉及一種巖體結構面六自由度剪切試驗裝置，還涉及一種巖體結構面六自由度剪切試驗方法。

背景技術

巖體結構面剪切特性對于邊坡工程、隧道工程等巖土工程的穩定性評價至關重要，同時，巖體結構面抗剪強度參數是進行滑坡、隧道軟巖大變形等地質災害或工程病害預測和防治的關鍵指標。在結構面切向進行剪切，即直接剪切(直剪)是一種最常用的測定巖體結構面的試驗手段，得到了廣泛的應用。

進一步的，在地震工況等工況下，巖體結構面將受到剪切應力路徑較為復雜的多向、多維度的往復循環荷載作用，在結構面上可能體現為平動、轉動等復雜相對運動模式。因此，需要巖體結構面試驗可以考慮這一復雜的力學過程。

公布號CN 110514534 A的設計，解決了結構面平面內多個方向的剪切試驗方法，但僅限于平面內的剪切，即結構面僅具有3個平動自由度。且該設計中，不能考慮平面內自由度的耦合，即同一時間僅能單自由度的往復剪切。

公布號CN 100572732 C的設計，可以進行平面內3個平面自由度的往復剪切，滿足了平面內三個自由度的耦合剪切加載。

但結構面可能遭受的剪切作用中，除平面上的平動剪切外，還包括三個坐標軸方向的轉動。為了實現結構面的六自由度剪切試驗，鑒于現有設計的問題，本發明提供了一種基于倒置Stewart構型的巖體結構面六自由度剪切試驗裝置。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是克服現有技術的缺陷，提供一種巖體結構面六自由度剪切試驗裝置，還提供一種巖體結構面六自由度剪切試驗方法，可以實現巖體結構面試件上下剪切面之間的三個平動自由度、三個轉動自由度上的相對運動。

為了解決上述技術問題，本發明所采用的技術方案是：

一種巖體結構面六自由度剪切試驗裝置，包括上剪切組件，還包括下剪切組件，上剪切組件包括第一上剪切平臺、設置在第一上剪切平臺下方的第二上剪切平臺、以及設置在第一上剪切平臺和第二上剪切平臺之間的斯圖爾特組件，第二上剪切平臺的底面設置有第一放置槽，第一放置槽內設置有上剪切盒，下剪切組件包括下剪切平臺，第一上剪切平臺通過可伸縮反力支柱與下剪切平臺連接，下剪切平臺頂面與第一放置槽相對的位置設置有第二放置槽，第二放置槽內設置有下剪切盒。

如上所述的上剪切盒和下剪切盒均包括緊固件，緊固件包括調節件、外側支撐板、固定塊、螺栓和內側支撐板，外側支撐板并行位于內側支撐板外側，外側支撐板和內側支撐板之間設置有調節件和固定塊，調節件位于固定塊上方，外側支撐板的底部與固定塊固定，螺栓貫穿調節件且通過螺紋與調節件連接，螺栓一端活動嵌設在固定塊中，調節件兩側為斜側面，外側支撐板和內側支撐板朝向調節件的側面為與調節件的斜側面適配貼合的斜面。

如上所述的斯圖爾特組件包括第一斯圖爾特支腿、第二斯圖爾特支腿、第三斯圖爾特支腿、第四斯圖爾特支腿、第五斯圖爾特支腿和第六斯圖爾特支腿，

第一斯圖爾特支腿、第二斯圖爾特支腿、第三斯圖爾特支腿、第四斯圖爾特支腿、第五斯圖爾特支腿和第六斯圖爾特支腿均包括上部鉸支座、上部萬向節、液壓缸、下部萬向節和下部鉸支座，