[发明专利]含裂隙岩体拉剪断裂的模拟试验装置

说明书

技术领域：

本发明涉及一种模拟岩体受力破坏的室内试验装置，特别是在带有预制裂纹的岩样中模拟脆性岩体拉剪断裂破坏过程的含裂隙岩体拉剪断裂的模拟试验装置。属岩土工程技术领域。

背景技术：

断裂力学分析方法是将危岩体中的主控结构面模拟为裂纹，认为各种外界荷载作用下岩体内主控结构面尖端应力场在具有奇异性，当裂纹尖端应力强度因子大于岩体的断裂韧性，裂纹即开始扩展。裂纹的扩展形式主要有Ⅰ型（张开型）、Ⅱ型（滑移型）、Ⅲ型（撕裂型），拉剪复合断裂属于Ⅰ型断裂。目前，国内外测定岩石Ⅰ型断裂韧度的室内试验有很多，其中V型切口弯曲试件测定断裂韧度的试验应用最广，被国际岩石力学学会测试委员会推举为建议采用的岩石断裂韧度测定方法。这种装置在试验时使裂纹两侧均受到荷载的作用而使裂纹横向扩展，仅简单用于测量岩石的Ⅰ型断裂韧度。

在危岩体受力破坏的过程中，影响其失稳破坏的因素较多，其破坏形式也是复杂多变的。不同的裂纹情况（裂纹的长度、宽度以及倾角）和岩体重心位置主要控制着岩体尖端应力分布和最终断裂扩展形式，此外，岩桥长度、临空面的长度以及岩层间的相互影响也是影响危岩体倾倒变形的重要因素。因此，本装置在模拟试验中既可以研究岩体拉剪断裂破坏过程中不同因子对断裂扩展形式的影响，还可据此测量其Ⅰ型断裂韧度。

发明内容：

本发明的目的是为了提供一种利用断裂力学理论、考虑岩体拉剪断裂破坏特征，在V型切口弯曲试验的基础上，考虑不同的影响因子，试验中可以考虑裂纹的长度、宽度以及倾角，裂纹与荷载点的相对位置，临空面长度以及岩样间的相互影响等对岩样受力破坏试验结果的影响，可以实现不同应力状态下对带预制裂纹的岩石试样的断裂试验的含裂隙岩体拉剪断裂的模拟试验装置。

本发明的目的是这样来实现的：

本发明含裂隙岩体拉剪断裂的模拟试验装置，底座的凹槽内装有外低内高的台阶，底座凹槽的两侧凸起部及背面凸起部装有互相平行的第一导向固定螺柱、第二导向固定螺柱、第三导向固定螺柱、第四导向固定螺栓，各导向固定螺柱上分别装有螺母，上盖装在第一、第二、第三、第四导向固定螺柱上并能沿第一、第二、第三、第四导向固定螺柱上、下移动，上盖前部为与底座凹槽上的台阶平齐的棱而两侧及背面下部有围墙式挡板，轴载面形状为楔形的下小上大的加载轴装在加载设备上。

上述的台阶活动位于底座凹槽内。

上述的上盖顶部向上凸起，增加强度。

本发明在V型切口弯曲试验基础上，结合断裂力学理论和岩体拉剪断裂破坏特征，设计了岩样固定部分，岩样高度调节部分，控制裂纹与荷载点距离部分，岩体临空面模拟部分。岩样固定部分：通过底座、固定柱、上盖和固定螺母四个部分来实现，可以固定不同预制裂纹的岩样。岩样高度调节部分：将预制好的岩样在底座凹槽内部放置好以后，通过调节上盖与岩样的位置，来适应试验中岩样的不同高度。其余两个部分的设计均在底座：一是通过底座凹槽内部台阶状较低一侧部分来实现荷载点在岩样中的位置变化（控制裂纹与荷载点距离部分）；二是底座凹槽内部台阶存在一定的高度差且台阶可活动，可模拟岩体受力破坏时的临空面，并研究临空面长度对其拉剪破坏的影响（岩体临空面模拟部分）。

本发明具有以下优点：

1本装置的岩样固定部分，可以实现对不同裂纹的岩样进行加载试验，试验中可得到不同的裂纹情况对裂纹扩展形式的影响。

2本装置中的底座可以实现对岩样中裂纹一侧的不同位置进行加载，可得到距裂纹不同位置的加载条件下，荷载对裂纹扩展形式的影响。

3本装置采用导向固定螺柱控制岩样高度，螺母固定的方式，可对不同高度的岩样进行加载试验，适应试验中不同的岩样高度。

4本装置中的活动台阶可模拟岩体破坏的临空面，探究临空面长度对裂纹尖端区域的应力分布和裂纹扩展形式的影响。

5本装置可以真实反映岩体拉剪破坏的影响因子，以及岩体的破坏形态和拉剪应力状态，是进一步研究其破坏机理的基础。

6本发明装置设计合理，操作使用方便，适用于模拟各类试样的断裂试验。

附图说明：

图1为本发明装置立体图。

图2为本发明结构示意图。

图3为图2的左视图。

图4为图2的右视图。

图5为图2的俯视图。

具体实施方式：