[发明专利]一种岩石节理自由平剪系统和方法

说明书

本发明提供了一种岩石节理平剪系统和方法。所述系统包括：固定剪切部、活动剪切部、刚性框架、法向驱动机构、第一和第二剪向驱动机构、第一和第二滑轨，其中，固定剪切部被固定，有容纳第一节理试样并限制其相对固定剪切部运动的第一空腔；活动剪切部有容纳第二节理试样并使其随活动剪切部同步运动的第二空腔；法向驱动机构能向活动剪切部提供法向驱动力；第一、第二剪向驱动机构能使活动剪切部沿第一、第二滑轨自由滑动，第一滑轨设置在刚性框架上，第二滑轨将活动剪切部与第一滑轨连接，第一、第二滑轨构成自由平移基本结构。所述方法包括采用上述系统进行实验。本发明有益效果包括：结构合理简便，能实现岩石节理严格意义上自由平剪实验。

技术领域

本发明涉及岩石力学研究领域。特别地，涉及一种岩石节理自由平剪系统和方法。

背景技术

岩石节理(结构面)剪切实验是研究岩体结构面力学性质的基本方法，是岩石力学研究的重要依据，岩石结构面力学测试对于工程应用具有重要现实意义和价值。在过去的工程研究与应用中，岩石结构面力学性质测试主要包括法向加载实验、剪切实验等，根据加载条件的不同，又可以分为循环加卸载实验，循环剪切实验、恒定法向刚度剪切实验CNK、恒定法向应力剪切实验CNS等等。然而，随着研究逐渐深入，对岩石节理力学性质认识逐渐扩大，岩石节理的各项异性性质得到了很多学者的发现和认同，岩石节理力学强度、变形刚度、起伏形态统计参数、节理加卸载退化等表现出各向异性，且随着加卸载过程而动态变化。但是，过去的实验仪器中对岩石节理加卸载以及变形的方向特性没有进行严格约束，不能很好对节理试样的剪切或变形的方向进行限制和控制，因此，本发明就此提出一种严格意义上岩石节理自由平剪系统。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明的目的在于解决上述现有技术中存在的一个或多个问题。例如，本发明的目的之一提出一种能够严格获取岩石节理的加卸载、变形的大小与方向数据的岩石节理自由平剪系统和方法。

为了实现上述目的，本发明一方面提供了一种岩石节理自由平剪系统。所述系统可包括：固定剪切部、活动剪切部、刚性框架、法向驱动机构、第一剪向驱动机构和第一滑轨，其中，所述固定剪切部具有沿法向方向延伸的第一空腔，并能够被固定在刚性框架中，其中，第一空腔具有能够使第一节理试样通过的第一开口，第一空腔能够容纳第一节理试样并具有能够限制第一节理试样与第一空腔相对运动的形状；所述活动剪切部具有沿法向方向延伸的第二空腔，其中，第二空腔具有能够使第二节理试样通过的第二开口，第二空腔能够容纳第二节理试样并具有能够限制第二节理试样与第二空腔相对运动的形状，且所述活动剪切部以所述第二开口面向所述第一开口的方式设置；所述法向驱动机构能够向活动剪切部提供法向驱动力，在法向驱动力的作用下，活动剪切部能够带动第二节理试样向第一节理试样运动，使第一、第二节理试样相对的两个节理面接触并发生挤压变形；所述第一滑轨沿第一剪切方向设置在刚性框架上，所述第一剪切方向与所述法向方向垂直；所述第一剪向驱动机构能够通过伸缩作用力使活动剪切部沿第一剪切方向在第一滑轨上进行平移滑动。

在本发明的岩石节理自由平剪系统的一个示例性实施例中，所述第一、第二节理试样都可包括棱柱段和圆柱段，其中，每个节理试样圆柱段的圆形表面可为节理面。所述第一、第二节理试样相对的两个面(即节理面)上的形态可以是任意的，两个节理面之间也可以设置有填充物，节理面的形态和充填物都可以按照研究和测试需要设计。

在本发明的岩石节理自由平剪系统的一个示例性实施例中，所述系统还包括第二剪向驱动机构和第二滑轨，其中，所述第二滑轨沿第二剪切方向延伸并将所述第一滑轨与所述活动剪切部连接，所述第二剪切方向与所述法向方向垂直并与所述第一剪切方向垂直；所述第二剪向驱动机构与活动剪切部连接，并能够通过伸缩作用力使活动剪切部沿第二剪切方向在第二滑轨上进行平移滑动。

在本发明的岩石节理自由平剪系统的一个示例性实施例中，法向驱动机构和活动剪切部可以是直接接触的，也可以是间接接触的，例如法向驱动机构可通过滚珠板将驱动力传递给活动剪切部，而且滚珠板的存在不会影响法向加载的变形刚度；当利用本发明的系统仅开展岩石节理实验的法向压缩实验时，两者可以直接接触。