[发明专利]一种岩石节理剪切试验装置

说明书

技术领域

本发明涉及岩石节理渗流试验，具体涉及一种岩石节理剪切试验装置。

背景技术

节理岩体是地下洞室、隧道、采矿、水利水电和边坡等各种岩体工程中经常遇到的一种复杂岩体。在地质作用过程中，岩体中产生了大量不同规模的节理。与完整岩块相比，节理的抗剪强度较低，是岩体中的弱面，因而岩体的力学性质在很大程度上取决于节理的剪切力学性质。

在实际工程中，节理面的剪切的发生过程有多种因素共同作用，法向荷载、剪切荷载和岩石材料、节理面三维形貌等因素都对节理剪切有影响。在试验室中要得到可靠的试验结果，试验过程的剪切条件模拟必须和实际情况一致。现有的岩石节理剪切试验装置中，有的剪切装置中节理试样在移动过程中会碰撞剪切盒，导致剪切结果有误差；有的在上下剪切盒之间存在较大摩擦力，使得作用于节理面的剪切荷载发生变化，不易测得；有的剪切试验装置限定了节理面剪切的方向，会出现剪断现象，与实际工程中节理面剪切变形的情况不符；另外，由于剪切盒的重量较大，在搬运安装过程中较为不便。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种模拟结果更真实、测量更准确、安装更便利的岩石节理剪切试验装置。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种岩石节理剪切试验装置，所述装置包括对称设置的上剪切盒、下剪切盒，所述上剪切盒和下剪切盒的中部均设有用于放置岩石节理试样的空腔，所述下剪切盒固定安装在底座上，所述岩石节理试样的顶部压有金属块，其中，岩石节理试样包括岩石节理上剪切块、岩石节理下剪切块以及位于两者之间的节理面，所述上剪切盒和下剪切盒的中部设有凹槽，所述凹槽连通空腔的一端，且凹槽的宽度与空腔的宽度相同，剪切方向的宽度略大于试验产生的剪切位移。由于在剪切过程中，节理试件上、下剪切块之间会发生相对位移，如果没有凹槽，试件错开的部分会与剪切盒发生碰撞，受到外力作用，这对于节理的最终变形状态产生影响，更有甚者，试件发生破坏，试验无法继续进行下去。所以在上剪切盒和下剪切盒空腔的一端设置一个凹槽作为缓冲带，且该凹槽的在剪切方向的长度略大于岩石节理试样的移动距离，可以很好避免这种情况的发生。

所述的上剪切盒呈L型，包括一块水平顶板以及设置在水平顶板一端且与水平顶板一体成型的竖直板，所述竖直板的顶端与水平顶板的顶端齐平，竖直板的底端低于水平顶板的底端；所述空腔设置在水平顶板的中部，且在水平顶板下表面设有凹槽，所述凹槽紧靠在空腔靠近竖直板的一端，所述竖直板的一侧固定，所述水平顶板的下表面设有两条平行的槽道，所述槽道位于空腔两条长侧边的两侧，且与长侧边平行。

所述的下剪切盒呈L型，包括一块水平底板以及设置在水平底板一端且与水平底板一体成型的垂直板，所述垂直板的底端与水平底板的顶端齐平，垂直板的底端低于水平底板的底端；所述空腔设置在水平底板的中部，且在水平底板上表面设有凹槽，所述凹槽紧靠在空腔靠近垂直板的一端，所述水平底板的上表面设有两条平行的槽道，所述槽道位于空腔两条长侧边的两侧，且与长侧边平行。

安装时，所述上剪切盒下表面的槽道与下剪切盒上表面的槽道重合，且在槽道内放置滚珠排，滚珠排高度略大于节理面凸起粗糙度。这种设置可将岩石节理剪切过程中上下剪切盒滑动接触转换为滚动接触，且能保证岩石节理按照其天然节理面进行剪切。

所述下盒体上表面中轴线的两端设有内螺纹孔，所述上盒体上表面中轴线的两端也设有内螺纹孔，将带有吊孔的螺丝旋入螺孔中，搬运时，通过吊机勾住螺丝，就可以较为方便的移动上下剪切盒。

所述下盒体垂直板的顶端设有两个剪切位移测台。

所述剪切位移测台呈L型，剪切位移测试台上安装位移传感器。

所述金属块上部的四个顶角处设有法向位移测台。

所述法向位移测台呈L型，法向位移测台的竖直边与金属块侧边的顶部固定，法向位移测台的水平边与金属块的顶面齐平，所述法向位移测台安装位移传感器。

在试验过程中，金属块体与法向加载系统接触、下剪切盒的一端与剪切向加载系统接触，无法直接通过他们测量法向位移和剪切向位移。因此，通过在金属块体侧边嵌固上表面与金属块上表面持平的法向位移测台，和嵌固在下剪切盒上的剪切位移测台，将其平面延伸，可以放置LVDT位移计，测量试验过程中发生的位移。

与现有技术相比，本发明的有益效果体现在以下几方面：

(1)、通过设置凹槽，可以避免节理试件在剪切过程中与剪切盒发生碰撞，节理不会受到试验要求以外的荷载作用，保证试验顺利开展；