[发明专利]一种爆破与剪切耦合作用的软岩剪切盒及其试验方法

权利要求书

1.一种爆破与剪切耦合作用的软岩剪切盒，包括上剪切盒、下剪切盒、法向加载垫块和滑动滚排；所述的上剪切盒设有上顶板和上剪切体，下剪切盒设有下底板和下剪切体，上剪切盒和下剪切盒中心部位设有放置岩样的空腔，岩样上部设有法向加载垫块，所述下剪切盒卡装在滑动滚排上，滑动滚排整体为圆形，滑动滚排上设有圆孔，圆孔内放置有钢滚珠；其特征在于：

所述的法向加载垫块顶部四边的中部各焊接一块方形板，方形板用于安装法向位移传感器；

所述的上剪切盒的上顶板与上剪切体交接部位环绕所述放置岩样的空腔设有一环形凹槽，环形凹槽用于放置卡盘钢圈；

所述的上剪切盒周边均布有6～10个扁柱形槽，每个扁柱形槽中放置1个爆破圆盘；所述的爆破圆盘的直径与上剪切盒的厚度相等，爆破圆盘为开口的扁柱，每个爆破圆盘上均沿半径开有一个圆柱形的药管孔，爆破圆盘卡装在卡盘钢圈上，并以卡盘钢圈为轴心在扁柱形槽内转动；

所述的药管孔的孔口部位设有内螺纹，卡盘钢圈在药管孔的孔底；

所述的药管孔用于安装装药试管和管帽，装药试管上部设有外螺纹，管帽上部设内六角凹槽，管帽中心开有一导爆孔，导爆孔便于穿接导爆索，管帽下部内外分别设有内螺纹和外螺纹，管帽通过下部内螺纹与装药试管的外螺纹啮合，管帽通过其外螺纹与药管孔孔口部位的内螺纹啮合，将装药试管固定于药管孔内；

所述的上剪切盒的上顶板与上剪切体采用长螺钉连接；下剪切盒的下剪切体和下底板之间也采用长螺钉连接；

所述的上剪切盒和下剪切盒外缘各设一个方形凹槽，两个方形凹槽槽口方向相反，槽底平面平行于放置岩样空腔的同一侧壁面，方形凹槽便于在进行剪切流变试验时使剪切盒与加载压头紧密接触，受力均匀；

所述的下剪切体底部外缘焊接两个测量支架，两个测量支架中心的连线垂直于剪切方向，测量支架用于安装切向位移传感器和爆破测振仪；

所述的下底板底部中心设有十字形凹槽；

所述的滑动滚排上表面中心部位设有十字形凸台，滑动滚排的十字形凸台与下底板的十字形凹槽榫接在一起，十字形的榫卯结构用于使下剪切盒与滑动滚排之间相对位置保持不变，滑动滚排降低了剪切盒在试验过程中与剪切盒承台之间的摩擦力。

2.一种使用权利要求1所述的爆破与剪切耦合作用的软岩剪切盒的试验方法，首先要构建一套试验系统，试验系统至少设有法向位移传感器、切向位移传感器、爆破测振仪、切向作动器、法向作动器和剪切盒承台；准备大小为100mm×100mm×100mm的立方体岩样，表面打磨光滑后放置于下剪切体空腔内，然后将上剪切体的空腔与岩样对齐安装，之后分别安装好卡盘钢圈、上顶板、长螺钉，在岩样上部安装好法向加载垫块；其特征在于，试验步骤如下：

⑴、按照不同的试验设计方案，在6～10个装药试管中全部或者部分装填预定品种的炸药，采用分段装药或者不分段装药，然后将导爆索与炸药连接，导爆索穿过管帽中心的导爆孔，将管帽与装药试管通过螺纹啮合安装在一起；

⑵、将带管帽的装药试管通过螺纹与爆破圆盘的药管孔啮合安装；以卡盘钢圈为轴心拨转爆破圆盘，使装药试管处在预设的倾角位置；然后将各装药试管口的导爆索按照预定的试验方案进行连接，以实现不同的起爆顺序；

⑶、将放置在滑动滚排上的剪切盒推至试验系统中预定工位，安装并检查位移传感器和爆破测振仪是否能正常工作，然后启动法向作动器使其与法向加载垫块紧密贴合接触并施加设定的法向荷载，启动切向作动器使其与剪切盒两侧的方形凹槽紧密贴合接触，剪切流变试验过程中保持上剪切盒相对于整个剪切试验系统处在静止状态，切向作动器推动下剪切盒发生切向位移；

⑷、按照预定的试验方案，定时引爆装药试管内的炸药，记录试验数据；

⑸、再次装药重复爆破试验作业，剪切流变试验过程需要进行多次爆破试验作业，在一次爆破试验作业完成后，取出装药试管清理炸药残渣后再次装药并连接导爆索，按照预定试验方案再次进行爆破试验作业，并记录试验数据，重复爆破试验作业直至试验完成；

⑹、试验完成后，将剪切盒推出试验工位，移开上剪切盒取出岩样并将剪切盒空腔清理干净，然后扭动爆破圆盘内的管帽取出装药试管，拧开管帽将爆炸后装药试管内的炸药残渣清理干净，将装药试管安装在爆破圆盘内，并安装好剪切盒以备下次使用。