[发明专利]大型岩体结构面直剪试验仪的多尺度转换系统

说明书

技术领域

本发明涉及大型岩体结构面直剪试验仪的多尺度转换系统，适用于尺寸为10cm～100cm的岩体结构面抗剪强度测定。

背景技术

目前国内外岩体结构面抗剪强度的确定方法主要有直剪试验法、室内模型试验法和经验估算方法等。通过直剪试验，结合工程地质勘测资料综合求取结构面抗剪强度的方法为国内岩体力学工作者所常用。但岩体结构面抗剪强度存在尺寸效应，即随着结构面尺寸的增大，其抗剪强度存在减少的趋势。为了得到稳定的岩体结构面抗剪强度，需要对不同尺寸的岩体结构面试样进行抗剪强度直剪试验。但目前国内岩体结构面直剪试验所采用的中小型仪器测定岩体结构面抗剪强度的试样尺寸一般小于50cm×50cm，通常采用30cm×30cm及10cm×10cm的小尺寸试样，而且所采用的直剪仪只能用于单一的试样尺寸，因此采用现有的岩体结构面抗剪强度直剪试验仪不能解决岩体结构面抗剪强度尺寸效应的问题，也就不能得到稳定的抗剪强度力学参数。

由于现有的直剪仪不能得到稳定的抗剪强度力学参数，工程中为了克服现有仪器的不足，就把得到的抗剪强度力学参数人为地折减后(通常采用70％的折减系数)运用到具体的工程岩体中，这种处理方法会有二种结果：(1)如果单一的直剪试验结果折减后得到的抗剪强度力学参数比稳定的抗剪强度力学参数大，把折减后得到的抗剪强度力学参数应用到工程中会造成计算的安全系数高于真实的工程岩体安全系数，从而导致工程事故的发生。(2)如果单一的直剪试验结果折减后得到的抗剪强度力学参数比稳定的抗剪强度力学参数小，把折减后得到的抗剪强度力学参数应用到工程中会造成计算的安全系数低于实际工程岩体的安全系数，但为了达到规范规定的安全系数，就需要对岩体工程进行治理，从而导致工程费用增加及周期变长，造成人财物的浪费。而采用大型岩体结构面直剪试验仪的多尺度转换系统，可得到不同尺度的岩体结构面抗剪强度力学参数，从而通过尺寸效应分析可得到稳定的岩体结构面抗剪强度力学参数，所得试验结果无需折减就可直接应用到具体的工程中，故得到的工程岩体安全系数真实可靠，具有准确性高、便于运用的优点，为合理评价工程岩体的稳定性起到了关键作用。

发明内容

本发明的目的是解决现有直剪试验仪器只能测定单一试样的岩体结构面抗剪强度的缺点，本发明提供一种岩体结构面直剪试验仪(或称为直剪仪)的多尺度转换系统，利用该系统可进行不同尺度的结构面抗剪强度直剪试验，进而得到结构面抗剪强度尺寸效应的变化规律和稳定阈值。

为了解决上述技术问题提出的技术方案为：

一种大型岩体结构面直剪试验仪的多尺度转换系统，包括n块底垫板和n块侧垫板，其中，n为自然数，且1≤n≤9，n块底垫板依照面积大小从上到下依次叠加形成底垫板组件，所述底垫板组件的上部的面积等于大型岩体结构面直剪试验仪的下部试样底面的面积，所述底垫板组件的上部与所述下部试样底面受力接触，底垫板组件的下部与大型岩体结构面直剪试验仪的框架受力接触，各块底垫板和上部试样、下部试样的形心位于同一竖直直线上；

侧垫板位于下部试样的侧面，在所述相邻底垫板之间的台阶、最下部分的底垫板与所述框架之间的台阶上放置所述侧垫板，所述侧垫板的宽度与所述台阶的宽度相同，各个侧垫板的顶面位于同一平面上，且所述同一平面比上部试样和下部试样之间的连接面低；距离下部试样侧面最远的侧垫板与框架受力接触。

进一步，所述底垫板的高度和侧垫板的宽度相等。

再进一步，所述距离下部试样最远的侧垫板与框架之间设有传力板。

本发明是大型岩体结构面直剪试验仪的多尺度转换系统，如附图1所示，该系统除了包括钢结构框架(外部长度×高度×宽度尺寸为2.90m×2.90m×1m，内部静空间长度×高度×宽度尺寸为1.70m×1.70m×1m)、竖向加载油缸(量程为375mm，油液最高压力26.5MPa)、剪切向加载油缸(量程为375mm，油液最高压力26.5MPa)、竖向位移传感器(量程为15mm，精度为1/1000mm)、剪切向位移传感器(量程为1000mm，精度为1/1000mm)、压力传感器(最大加载力为1000KN，精度为1/100kN)、液压油源、电器控制箱、数据采集仪、测控软件及计算机等常规部件之外，针对性地开发了能进行多尺度试样直剪试验的转换系统(底垫板和侧垫板，附图1中的11和12)，目的是实现在同一直剪仪上对不同尺度的抗剪强度试验。常规设备及直剪仪的试验原理可参照相关规程、教材及著作。本发明重点是对大型岩体结构面直剪试验仪的多尺度转换系统进行说明。

大型岩体结构面直剪试验仪的多尺度转换系统的具体内容如下：